关键词：钢管桩；防腐涂层修复；水下涂装；磨料水射流除锈

    中图分类号：TU561.67文献标识码：A文章编号：1003-3688(2008)04-0036-03

    对于码头、桥梁等海上建筑，常采用钢管桩或预应力混凝土(PHC)桩构建基础，其中钢管桩的应用更普遍。在做PHC桩与钢管桩防腐层时，用料和施工工艺大同小异，主要在底涂的处理上不同。本文仅就钢管桩的防腐用材和旧涂层的修复进行阐述。在介绍钢管桩残旧涂层维修的材料选择和施工工艺之前，有必要先就新钢管桩的防腐设计规范及涂装方案作一些说明。

    1钢管桩防腐设计规范及新桩涂装方案

    如今钢管桩防腐涂层的设计有效防护年限多要求达30a。对应于海洋环境，尤其是潮差区，由于周而复始受海水的冲击和浸泡、干湿交替、影响腐蚀速度的氧浓度差高等原因，真正要做到有效防护30a并不容易。国内钢管桩防腐蚀设计依据的标准，就是交通部颁标准JTJ230-89《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》。这个标准已明显滞后，新的标准尚在修订中，使得目前钢管桩防腐层方案众多。相对应国际上，最严格也最广为接受的是挪威的NORSOK标准。《NORSOKM501表面处理和保护涂料》标准不但针对各种典型的海洋工程环境和不同的构件给出了推荐的涂料系统、预处理要求、施工要求、检测方法等，而且直接对可接受用于海洋工程的涂料性能检测指标要求和检测的方法给出了明确的规定。比如，适用于钢管桩水下区和飞溅区的涂层配套方案，要求喷砂处理到Sa2.5级，粗糙度Ry550~85μm；推荐使用双组分环氧，干膜厚度2×225μm；涂层系统须与阴极保护一起使用，根据需要可以使用防污漆系统。所用涂料须经测试，要求性能检测指标，潮湿箱测试达4200h以上；盐雾+人工加速老化循环试验达4200h以上。中国的《海上固定平台入级与建筑规范》和美国NACE规范RP-01-76(1983)也都是全面参照的NORSOK标准。由于NORSOKM501标准中关于盐雾+人工老化循环试验的测试方法不在国标规定的检测方法之列，所以我国的标准对涂料性能的要求折中为须经过4000h的耐盐雾试验，2000h的耐老化试验和4000h的耐湿热试验。能够全面达到以上性能指标的涂料应该说都是好涂料，防腐性能出色。

    目前，涂料供应厂商针对钢管桩的防腐，所推荐的涂料方案大致可归纳如下：①水下区采用高固体份双组分环氧涂料(尤其推荐使用高性能改性环氧涂料)，总膜厚要求达450μm，分两道或多道涂装。因考虑与阴极保护配套使用，第一道底涂多采用耐电位性好以及可减少阴极保护初始电流密度的含锌粉或铝粉型漆。②潮差区因腐蚀环境最为恶劣，现大多推荐使用玻璃鳞片涂料。其中主要包括环氧玻璃鳞片涂料和不饱和聚酯(乙烯基酯聚酯为最佳)玻璃鳞片涂料。前者涂厚500~650μm，可分两道涂(最好先涂一道环氧富锌底漆40~60μm)。后者聚酯树脂一般要求做到1500μm，分两道或多道涂。③水上区因无外加电流进行阴极保护，宜选用具阴极保护功能的无机富锌底漆(40μm)或环氧富锌底漆(60μm)，再涂高性能改性环氧漆两道400μm作中间漆，最后涂面漆60μm。面漆常规的选择是丙烯酸改性聚氨酯面漆，另外有的丙烯酸改性环氧面漆也可选用。

   近几年，随着钢管桩的生产加工工厂流水线化的发展，一种新的涂装工艺得到了推广，那就是采用熔结环氧粉末涂料来代替传统的喷涂液态环氧漆。杭州湾大桥和连接舟山到宁波镇海的金塘大桥都采用这种方案，具体做法是水上区和潮差区涂3道800μm，面漆要求耐候性佳；水下区涂2道600μm，外加阴极保护；泥下区涂1道300μm。

    除以上常规的用漆方案外，现在也有一些比较特殊的用漆方案，譬如有将聚脲涂料用于钢管桩保护的。聚脲涂料采用专用设备，将双组分加热后喷出混合，6~9s表干，30s可行走，30min可投入使用。优点是质地致密，涂层一次成型整体性好，有弹性，施工基本不受阴天、高湿、低温等天气条件影响。它的缺点是对基材表面的湿润性不好，基材与涂层之间容易粘合不佳，在水下涂层端口处甚至易渗进水，需密封。它可以在阴天施工，但却不允许基材表面潮湿，因为空气中的湿气不足以影响快速固化反应，但基材表面有水就会参与反应而产生气泡。即使反应程度小，水保留在基材与涂层之间，而涂层本身湿润性又差，其危害也是非常大的。上海洋山港曾选择聚脲涂料用于新钢管桩的防腐涂装，防腐效果不理想。

    2旧钢管桩防腐涂层维修材料选择

    钢管桩防腐涂层使用年限长，腐蚀环境恶劣，加上机械损伤等，涂层的破损失效难以避免，但维修起来却相当困难，其难度体现在防腐材料的选择和如何进行施工两方面。问题的关键在于部分修补区域在水下，部分在水上但受海浪的冲击。另外随着潮涨潮落，新做的涂层可能尚未固化就会被海水浸泡或海浪冲击走。这样看来，前面介绍的常规防腐材料，及快速固化的聚脲涂料等，都是不适合用于旧钢管桩防腐涂层维修的。

    要做好钢管桩的维修涂装，采用能够水下涂装、水下固化的高性能涂料当是最佳之选。目前，这类涂料基本都属于无溶剂改性环氧类涂料，而且为增加抗渗性，大都加玻璃鳞片作为填料，所以也属于高性能玻璃鳞片涂料。与以上新做钢管桩推荐选用的环氧玻璃鳞片涂料相比，除了具备水下涂装、水下固化性能不同外，其它防腐性能基本相当。而且，水下涂装漆固化后，漆膜内不会有海水留存(否则漆膜不会致密)。所以，只要施工做得恰当，水下涂装改性环氧玻璃鳞片漆涂装后，其防腐性能是可以保证的，并且完全符合NORSOKM501标准之要求。此外，改性环氧漆对新旧漆膜的相容性会比较好，修补也容易。至于具体适用的产品，国外有少数几个品牌的涂料在国内推销，价格都比较贵。海军曾经委托国内几大涂料生产厂商开发这一类型涂料，而最终选用的是深圳浩美的BW231无溶剂水下涂装改性环氧玻璃鳞片漆。该产品技术成熟，性能优秀。其主要性能指标：中性盐雾达10000h，耐湿热试验5000h，附着力7.2MPa，耐大气曝晒8760h等。单就其指标而言，大多优于国外同类产品。我们曾在北仑港矿石码头内选择对三种典型的产品进行水下涂装试验，除BW231漆外，另两种为进口漆。总体来说，这三种漆性能都不错，因为试验时间有限很难做更长久的比较，但有一点，那就是两种进口漆水下涂装均匀性很差，而BW231漆则均匀性良好，而且其价格较进口漆便宜很多。

    杭州湾大桥针对钢管桩施工过程中造成的防腐涂层破损的修补则是采用的interzone954改性环氧高固体份涂料，这种漆的特性跟以上介绍的水下涂装改性环氧漆相似，但它属有溶剂漆，不可水下涂装，涂装时有湿度要求，待到其溶剂挥发完后允许水下继续固化，所以施工的局限性很大。

    除了以上基于涂料的选材之外，也有一些非基于涂料的方案和选材，这里介绍其中的一种。上世纪90年代，国内曾研究采用聚乙烯塑料膜包覆钢管桩的防腐新工艺，并着重就聚乙烯材料作了较深入研究。但这种工艺并未得到推广应用。在修补钢管桩旧涂层时，因常规的施工工艺难以解决，故选用材料性能相对优秀的一家英国公司生产的所谓“海洋护甲”PVC膜来组成包覆防腐工艺。具体做法是：对旧钢管桩表面进行手工除锈处理，涂上一层矿脂底漆，填平表面洼坑和隔绝空气与海水；然后，缠绕一层矿脂带；最后，包覆一层高密度聚氯乙烯“海洋护甲”，保证紧密粘结、屏蔽和增加耐撞性。该工艺造价非常贵，合约1000元/m2，相比于常规采用水下涂装涂料方案，要贵好几倍，很难得到推广应用。就工艺而言也有不足。比如，塑料膜材料在海水中延伸率会随时间变化；半固态矿脂作粘结和密封材料在海水冲击下，密闭及抗渗透性不可靠；前处理过于粗略，不稳定价铁离子及盐份被滞留；潮位以下或近潮位施工时会将海水裹进矿脂内破坏其效用，以致实际工程中只能做到上半个潮差区及以上部分。

    总的说来，采用基于水下涂装涂料的选材和方案应属主流之选，该方案有着简单易行、可靠以及后续维修方便等特点。其可靠性具体体现在：涂料性能可依照NORSOK标准检测和评价；施工的每一环节都可依照标准进行工序控制和质量监督；涂膜的最终质量可测、可控。当监控到位时，维修后涂层与新桩初始涂层理论上无差别。这些都是其它的方案所不具备的。

    3旧钢管桩防腐涂层维修新工艺

    合适的水下涂装涂料选材确定之后，如何施工却是个问题。困难在于：①前处理除锈和清洁该如何做，尤其是水下部分和受海浪冲击的部位；②水下部分涂漆如何保证涂装均匀，并减少材料浪费；③怎样确立每一工序的施工质量标准，以及如何进行质量检验和监督；④如何克服宜施工时段受潮位制约的影响因素。针对以上难题，提出一种用于钢管桩防腐涂层维修的新工艺，并且于2007年6月在宁波港北仑股份有限公司码头内进行了试验，防腐效果理想。维修后新涂层状态佳，承诺的有效防腐年限为15~20a。下面具体介绍该新工艺：

    (1)前处理除锈和清洁。采用了一种新的前处理施工方法，即用磨料水射流技术，对钢管桩进行除锈和清洁。这种工艺特别之处在于，磨料水射流喷出的高压水压力达近50MPa，并夹带磨料(硬质砂砾)集束喷射，对铁锈及海生物的铲除效果和效率都要明显优于干喷砂，除锈的同时将表面沉积的盐份也清洗得很干净。其施工设备系特别定制的，其中喷头系统采用专利喷嘴。这种工艺不但能在水上作业，在水下也可以。其功能为：①除锈。在水下带磨料的水射流会受到海水的阻尼，压力会衰减。但因喷嘴喷出压力很高，当喷嘴距管桩表面较近时(≤150mm)，压力衰减的程度约为10%~30%。这样到达管桩表面的压力≥30MPa是可保证的，而这个压力对于除锈是可以的，当然效率较水上除锈会有所降低。②清除海生物。海生物包括贝壳类及青苔类等，它们比铁锈更容易清除。③除盐。管桩表面的积盐来自海水，是可溶性盐。当铁锈、海生物被清除干净后，水下钢管桩表面并无固态积盐存在，涂上水下涂装型漆后，海水连同盐份会被排挤出漆膜外，不会再有遗留。因此，磨料水射流工艺是适合用于水下除锈和清洁的有效前处理方法。另外该工艺施工设备机动性和操控性良好，也有利于水上水下的施工作业。

    (2)涂装工艺。

     首先确定涂层设计总干膜厚度为600μm，分两道涂装。当然困难仅在水下部位的涂装。水下涂装型涂料通常可采用抹涂、刮涂、刷涂等不同的涂装方法；但为减少不均匀性，减少材料的损耗，我们采用刷涂，以自动连续方式供漆。用一微型泵将调好的漆抽上来(流量定制好)，打到自制的刷子中间定向涂刷，并设一按钮开关，用于控制泵的开停。若是要深入到水下区涂装，面临潜水施工加海水浑浊看不见，可竖立一根导向杆，使导向杆可沿管桩圆周移位，既为刷漆导向，也为前处理除锈导向。对于海浪和潮水的冲击，应根据具体的涂料产品对水流速的许可参数，适当安排施工时段，或采取相应的辅助措施。

    (3)施工质量检验、监督和评价的标准。前处理后表面的清洁度要求，应按照NACENo.5/SSPC-SP-12标准，可视状态做到WJ-2级(相当于ISO8501-1标准Sa2.5级)，水下部位最低WJ-3级(相当于Sa2.0级)；不可视状态符合SC-1或SC-2标准要求。不可视状态需要控制的具体理化指标有：表面氯化物含量少于7μg/cm2，可溶性铁盐少于10μg/cm2，硫化物少于17μg/cm2。以上指标可按ISO8502标准提供的方法进行检测获得。另外，涂装前要求表面闪锈只允许达到标准SSPCVIS4(1)/NACENo.7之轻微(L)或中等(M)级别，即磨料水射流除锈和清洁后要求尽快刷漆。关于涂层膜厚及均匀性测控，这里引入70-30规则作为评价的依据。具体来说，就是无论水上水下，只允许不超过30%的膜厚测量值低于设计膜厚600μm，而且其中最低的膜厚测量值应不低于设计膜厚的70%，即420μm。

    (4)适宜施工时段及季节性。钢管桩防腐可以历史最低潮位为界划分为水下区、潮差区及以上部位两部分。前者既做阴极保护，又做涂层保护；后者只做涂层保护。当维修时，水下区的涂层维修施工，应设计好吊篮及导杆，其它的施工作业可如常进行。然而实际上，水下区因有阴极保护，腐蚀往往并不严重，大部分业主只要求做潮差区及以上部位的涂层维修。为使潮差区的涂层维修全面，一般设定施工最低位为潮差区设计最低潮位再往下0.5m处。若一天中的低潮位低于1.2m(齐胸)以下的时间段超过2h，则为宜施工日。这样既可保证全天8h施工，又可保证水下施工仅限在1.2m以下的易操作范围内进行。据统计，除8月下半月、9、10月份外，其余月份都有超过2/3的天数为宜施工日。这说明施工受制于潮位的影响不大，而且涂装质量易保障。至于季节性，每年3-7月为最佳施工季节。

    4结语

    综上所述，以NORSOK标准为依据，提出了能水下涂装、水下固化的高性能涂料防腐方案，加上磨料水射流除锈工艺、水下涂装工艺、以及对施工质量进行监控和测评的标准，钢管桩防腐涂层的维修涂装就会变成如同对岸上设备进行防腐涂装一样的简单而且可靠。这正是人们所期待的。

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