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码头钢管桩如何防腐?

323 2020-07-11 08:58:29


码头钢管桩重防腐涂料的应用


1 前言

钢管桩是海港码头和近海设施建设非常重要的钢结构,而以往都是用混凝土桩。钢管桩(材质:Q235)的防腐蚀范围分为水上段和水下段两部分。钢桩防腐处理可采用涂料、阴极保护、PE聚乙烯幅射热缩带和增加腐蚀余量等措施;钢管桩内壁同外界隔绝时,可不考虑内壁防腐。钢桩的腐蚀速率当无实测资料时,如桩顶在地下水位以下且地下水无侵蚀性,可取每年0.03mm,且腐蚀预留量不应小于2mm。水上段指从设计低水位减1.5m 起以上部位,该部位包括大气区、浪溅区和水位变动区。水下段指从设计低水位减1.5m 起往下至天然泥面以下1.5m 的部位。钢管桩重防腐涂料必须抗海洋大气、海浪飞溅以及海水浸泡和海泥的腐蚀。水上段和水下段的防腐蚀设计年限均为20a。水上段防腐蚀可选用无溶剂涂料或高固体分涂料。涂料应具有良好的附着性、耐蚀性、耐候性、耐磨损、耐冲击,同时涂料应能适应干湿交替变化。选用的涂料耐盐雾、耐老化、耐湿热应符合JTJ230、ISO12944、ISO20340或者NORSOK 501的要求。水下段多采用牺牲阳极阴极保护与涂料联合防腐蚀措施。水下段采用的涂料应能与牺牲阳极保护相配套,具有良好的附着性、耐蚀性、耐电位性和耐碱性。涂层厚度要能满足钢管桩沉桩后12个月内尚未采取牺牲阳极阴极保护时,水下段钢管桩应无腐蚀情况,同时应满足减小阴极保护初始电流密度的要求。码头钢管桩重防腐涂料中,主要应用的涂料品种有环氧粉末涂料、聚氨酯涂料、改性环氧玻璃鳞片涂料和聚酯玻璃鳞片涂料等。‍


2 环氧粉末涂料

环氧粉末涂料漆膜坚固,耐蚀性强,耐酸、碱、抗湿热、抗盐雾。环氧粉末涂料不含有机溶剂,固体分100%,减少对人体危害及对环境的污染,涂料利用率高,过喷的粉末可以回收利用。

钢管桩环氧粉末涂料的施工,从表面处理、粉末喷涂、烘烤固化、冷却成品至包装,都可以在整条流水线上进行,施工速度快,减少劳动力。但是环氧粉末涂料在钢管桩上的涂装应用局限性也是明显的,流水线一次性投资大,涂料的配色比较困难,流水线喷涂设备换颜色喷涂较为困难。

杭州湾跨海大桥中引桥和南引桥基础采用钢管桩沉桩设计,处于我国沿海强潮区域,潮差大,水流急,海水含砂量高,环境腐蚀条件恶劣。中引桥和南引桥分别使用F1500mm和F1600mm钢管桩2000余根,设计使用寿命100a。钢管桩防腐方案为:水位变化区和水中区采用环氧粉末涂层+桩内填充混凝土方式。钢管桩承台以下约8m范围采用加强型三层环氧粉末涂层(涂层厚度≥800mm),承台以下约42m范围采用双层环氧粉末涂层(涂层厚度≥600mm),泥下区钢管桩采用单层环氧粉末涂层(涂层厚度≥300mm),涂层外表面具有(30~100)mm的粗糙度。通过粉末涂料涂装,钢管桩具有抗海水腐蚀、抗泥沙冲刷、抗海生物附着、抗紫外线辐射等优点。环氧粉末涂料用在钢管桩上的缺点是对吊装打桩时造成的破损部位,无法进行修补。特别是在钢管桩打入海中以后,漆膜破损部位必须使用其它容易施工的溶剂型涂料进行修补。‍


3 聚氨酯涂料

聚氨酯涂料物理机械性能良好,漆膜坚韧耐磨,附着力强,耐腐蚀性优良,漆膜耐酸碱、抗盐雾性强。用于钢管桩的聚氨酯涂料,有双组分固化型、湿固化型和无溶剂聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的固化速度快,即使在冬天也能快速固化。于1986年春天启动的美国海军潜艇基地,共用了钢管桩18 580m2,采用了100%固体分的聚氨酯涂料和环氧煤沥青涂料,没有采用阴极保护。其中40%的钢管桩支承的是永久性的防波堤,其它是支承临时性设施(约5a)。在1990年夏天拆除临时性钢管桩时,使用了100%聚氨酯涂料保护的钢管桩完好如新,经过5a的冲刷,盐雾侵蚀和潮汐作用,没有剥落、开裂或分层。仅有部分地方生长了海生物藤壶。钢管桩上的局部锈,可以看出是严重擦伤,但是这些锈蚀也没有扩展到其它部位。同时涂装的环氧煤沥青涂料,却发现有起泡和分层,甚至涂膜下也产生了锈蚀,钢管桩表面布满了藤壶,难以去除。‍


4 玻璃鳞片涂料

以具有很好的耐化学性能的玻璃鳞片作为主要防锈颜料的涂料,称之为玻璃鳞片涂料,增强了防腐蚀系统的性能,延长了耐久性。根据不同的应用环境,有环氧玻璃鳞片涂料、聚酯玻璃鳞片涂料和乙烯酯玻璃鳞片涂料等。用于码头钢管桩保护的玻璃鳞片涂料主要有改性环氧玻璃鳞片涂料和聚酯玻璃鳞片涂料。

玻璃鳞片的厚度在(2~5)mm,这样能保证在涂料中有数十层的鳞片排列,形成涂层内复杂曲折的渗透扩散路径,使得腐蚀介质的扩散渗透路线变得相当曲折弯曲,很难渗透到基材。玻璃鳞片片径纵横越大,涂层的抗渗透性能越强。用硅烷偶联剂对玻璃鳞片进行处理,可以提高其强度、耐冲击性能和耐蚀耐磨性,而且明显加强了玻璃鳞片与树脂之间的粘结力,这样也相应有效地增加了涂层的抗渗透性和耐水性。玻璃鳞片把涂层分割成了许许多多的小空间,固化后收缩率小,大大降低了涂层的收缩应力,减少各接触面的残余应力,增加了附着力。

4.1 环氧玻璃鳞片涂料

环氧玻璃鳞片涂料的一般性能同环氧树脂涂料一样。溶剂型的体积固体分在80%左右,一次喷涂可以达到干膜厚度(200~400)mm,无溶剂环氧玻璃鳞片涂料的固体分含量为100%,不含溶剂,可以一次喷涂干膜达500mm以上。改性环氧玻璃鳞片涂料,用碳氢树脂改性低分子量环氧树脂,其突出的优点是渗透性强,具有优异的封闭性能和附着力;体积固体分高达80%以上,溶剂含量少,有利于环境保护;与阴极保护有着良好的相容性。加入玻璃鳞片后,进一步增加了涂层的耐久性和耐磨性。

码头钢管桩上使用改性环氧玻璃鳞片涂料,施工性能优于纯环氧玻璃鳞片涂料,冬用型可以在-5℃的冬季环境下应用。码头钢管桩需要长达20a的耐久性能,表面处理应该喷砂达到ISO8501-1:1988Sa 2.5,表面粗糙度Ry5(30~85)mm。改性环氧玻璃鳞片涂料是低表面处理型涂料,在涂膜碰坏部位,由于不可能进行喷砂处理,在动力工具打磨到St2~3级的表面上涂漆,附着力良好,具有很好的防腐蚀性能。其配套体系见表1。‍


福建可门电厂一期工程码头和广东LNG 接收站钢管桩,采用了改性环氧玻璃鳞片涂料防腐蚀体系。施工后涂层进行拉开法附着力检验(ISO 4624),达到10MPa。在飞溅区和水上部位增加一道丙烯酸聚氨酯面漆可以提高其耐候性和装饰性。

4.2 聚酯玻璃鳞片涂料

聚酯是有机酸和醇类的反应物,用于玻璃鳞片涂料中的聚酯主要是由不饱和二盐基酸与二羟基醇的反应物。聚酯溶于苯乙烯单体,加入催化剂和固化剂,苯乙烯开始交联,形成固体涂膜。在固化中会有实质的收缩伴以放热反应,加入玻璃鳞片以吸收这种收缩应力。不含苯乙烯的聚酯涂料,用乙烯基甲苯代替了其中的苯乙烯,消除了气味,符合环保要求。聚酯玻璃鳞片涂料,固体分高达96%~100%,固化迅速,在23℃时,干膜厚度(600~1 500)mm,只要2h就可以搬运或在上面走动。聚酯玻璃鳞片涂料耐海水的性能突出,具有高度的耐磨性能,适合直升机甲板、破冰船船壳、钢结构的潮汐飞溅区,与阴极保护相容性好。聚酯玻璃鳞片涂料在海洋平台和码头钢管桩方面已经有长达25a的良好应用记录。双组分喷漆泵和常规高压无气喷涂都可以进行聚酯玻璃鳞片涂料的施工。使用双组分喷漆泵,能在温度低到5℃时施工;使用常规的无气喷涂泵时,最低温度以10℃为佳。按照NORSOK M501 用于海洋环境大气环境和浸水区域的涂料系统测试,聚酯玻璃鳞片涂料(2 ×码头钢管桩改性环氧玻璃鳞片涂料的施工750mm)的测试结果见表2。



5 结 语

码头钢管桩多处于沿海地区,水上和水下特别是海浪飞溅区,腐蚀严重。应用重腐蚀涂料对钢管桩进行防腐蚀保护,简便有效。其中,玻璃鳞片涂料在海洋平台上已经有几十年的成功应用历史,是码头钢管桩防腐蚀的首选重防腐涂料产品。