大连港石化钢桩复层矿脂包覆防腐（PTC）工程分析

＊蒋全通 翟晓凡 翁德洋 白天舒 杨萍 侯保荣*

（1.国家海洋腐蚀防护工程技术研究中心 中国科学院海洋研究所 山东 266071 2.三亚中科海洋研究院 中国科学院南海海洋研究所 海南 572024 3.青岛迪恩特新材料科技有限公司 山东 266111 4.大连港石化有限公司 辽宁 116610）

1.浪花飞溅区钢桩腐蚀状况

海洋环境是较为苛刻的自然腐蚀环境。高温、高湿、高盐的海洋环境，会造成重大基础设施材料和装备的腐蚀，会造成海上构筑物倒塌、港口码头破坏、国防装备失效等严重事故，极大影响海洋工程装备的服役安全。现阶段，我国海洋工程钢结构设施的防腐，在大气区通常采用重防腐涂料，全浸区主要采用电化学阴极保护。而浪花飞溅区由于受海水周期性润湿，长期处于干湿交替状态，而且氧供应充分，加上阳光、风吹和海水环境的协同作用，腐蚀最为严重。目前应用于浪花飞溅区的常规防腐蚀技术，普遍存在防护时间短、修复困难等缺点，导致处于该环境下的重大设施面临巨大的腐蚀失效风险。

大连北良港于2002年正式建成并对外开放，是迄今世界上最为先进、规模最为庞大、功能最齐全的现代化散粮进出口港之一。北良港码头桩柱原为重防腐涂料防护，部分桩柱存在明显修补痕迹，整体码头桩柱腐蚀情况严重，目测锈蚀等级可达D级别，部分位置钢材锈蚀达5mm以上。其中以浪花飞溅区的腐蚀最严重，出现大面积剥落腐蚀。潮差区有严重的海生物附着，主要种类是贻贝。由于腐蚀严重，码头桩柱质量受到严重影响，产生安全隐患。部分桩柱腐蚀严重断裂，引起了北良港相关部门的重视。

图1 大连北良港码头钢桩腐蚀现状

大连港石化有限公司2018年8月开始至今，采用中国科学院海洋研究所国家海洋腐蚀防护工程技术研究中心研发的新型矿脂包覆防腐蚀技术（PTC）进行修复防护，先后对439根钢桩，总计11261.52m2的浪花飞溅区面积进行了防护，取得了非常良好的防护效果。新型矿脂包覆防腐蚀技术（PTC）为大连港石化有限公司安全运营，提供了强有力的保障，具有显著的经济和社会效益。

2.复层矿脂包覆防腐技术（PTC）介绍

浪花飞溅区是海洋腐蚀的“短板”问题，大部分措施并不能提供有效保护。目前，针对于海洋浪花飞溅区的防护技术主要有：涂料：价格便宜，施工方便，但防护寿命短，效果差，且对已建设施修复困难。耐海水钢：可有效提高浪花飞溅区的耐蚀能力，但价格昂贵。不锈钢包覆：优点是防护效果好，预计达到100年防护寿命，但成本太高，每平米费用高达1.5～2.0万人民币，尽管现在日本已经应用，但我国市场望尘莫及。单纯玻璃钢包覆：采用玻璃钢外壳直接保护，价格便宜，但防腐蚀效果差，一旦进水发生缝隙腐蚀，更为严重。

针对海洋浪花飞溅区防控难题，中国科学院海洋研究所国家海洋腐蚀防护工程技术研究中心，在“十一五”“十二五”国家科技支撑计划、国家海洋局公益性项目等项目的大力支持下，历经多年攻关，试验上百种配方，成功研发出了由矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层、防蚀保护罩组成的复层矿脂包覆防腐技术（PTC）。矿脂防蚀膏、防蚀带是PTC技术核心部分，含有高效的缓蚀成分，能够有效阻止腐蚀性介质的侵蚀，并可带锈带水施工。密封缓冲层和防蚀保护罩具有良好整体性能，不但能够隔绝海水，还能够抵御机械损伤对钢结构的破坏。

图2 复层矿脂包覆防腐蚀技术（PTC）结构图

PTC防腐技术强度高、耐冲击、防护时间长、施工工艺灵活，解决了现有浪花飞溅区防腐蚀技术表面处理要求高、防护时效短、修复施工困难等问题，具有“绿色环保、阻燃耐高温抗冰、可带锈带水施工、长效防护30年以上”等优点。复层矿脂包覆防腐蚀技术（PTC）优势主要包括：

（1）表面处理要求低—锈转化剂把锈层转化成稳定化合物，形成保护性的封闭层；

（2）可带水进行施工—防锈剂中大分子置换金属表面水分，吸附和捕集腐蚀物质；

（3）缓蚀效果非常好—含有缓蚀剂、复合稠化剂，强力粘附钢铁表面，长效保护；

（4）采用密封缓冲层—防蚀罩内表面的密封缓冲层能减轻钢结构受到的冲击和破坏；

（5）抗冲击性能优良—防蚀保护罩强度大，可承受船舶和流冰的剧烈碰撞和冲击；

（6）防止海生物污损—防蚀表面光滑，可阻止海生物附着，防止海洋生物的污损；

（7）包覆体系重量轻—PTC包覆防腐体系的重量轻，不影响整体结构的承载能力；

（8）绿色环保无污染—复层矿脂包覆系列产品均无溶剂、无有毒添加剂绿色环保。

3.北良港钢桩PTC防腐工程施工分析

根据施工现场条件和施工位置，使用施工作业船搭建脚手架。一组半圆形抱箍利用高强度紧固件连接，踏板搭设在抱箍支撑上，利用铁丝绑紧。注意作业平台脚手架安装必须牢固，便于施工操作，必须保证施工人员的安全。如图3。

图3 搭建作业平台

北良港码头钢桩表面形成的锈层，附着大量的海洋生物和腐蚀产物。为保证矿脂防蚀膏可以与钢桩表面充分结合，以达到最佳保护效果，必须进行钢桩表面处理。但表面处理要求比较简单，无明显鼓泡和浮锈即可。在进行大面积表面处理时，可以采用喷砂除锈，使钢结构表面光洁度达到要求，如图4。

图4 钢桩表面处理

防蚀膏含有优良缓蚀剂，能有效隔绝氧气。可直接用手或刮板进行涂抹，绿色环保无污染。根据表面腐蚀严重程度，在处理好的钢桩表面均匀涂抹防蚀膏，按照300～500g/m2的使用量涂抹。每次自矿脂防蚀膏袋中挤出20～30g矿脂防蚀膏在手掌中间或其它工具上，在钢桩表面来回涂抹2～3次，使防蚀膏在钢结构表面均匀分布。对于钢桩的光滑表面用量约300g/m2，锈蚀特别严重处用量约400～500g/m2。钢桩表面的坑凹和缝隙处应用矿脂防蚀膏填满抹平，使矿物油脂在钢桩表面成一层均匀分布的完整保护膜。防蚀膏可带水涂抹作业，在海水潮差区位置涂矿脂防蚀膏时，应自上而下涂抹好防蚀膏。同时，尽量选在低潮时进行，以减少水中作业量，降低人工成本，如图5。

图5 涂抹防蚀膏

矿脂防蚀带同样含有优良缓蚀剂，能有效隔绝氧气，极大地降低腐蚀发生的可能。矿脂防蚀膏涂抹完毕后，接着在表面螺旋状缠绕矿脂防蚀带，要求缠绕矿脂防蚀带有50%的叠加量。保证钢桩表面至少2层防蚀带覆盖，压紧碾平，隔绝空气，必要时可以缠3层以上，如图6。

带水作业时，涂抹好防蚀膏后应立即自下而上缠绕防蚀带至无水区。缠绕时，应用手拉紧、铺平防蚀带，保证被缠绕处无气泡出现。

在水中缠绕的防蚀带若因海况和其它原因不能立即安装玻璃钢护罩时，应用外束缚方式将防蚀带固定，以防止海浪和海流冲击脱落。

防蚀防护罩材质为高强度玻璃钢，能够使防蚀带免于遭受船只或冰层的撞击，同时有效阻隔水汽和盐雾。具体施工步骤为将密封缓冲层黏贴在预制好的防蚀保护罩内侧，然后现场安装在钢结构物上，用耐海水不锈钢螺栓紧固。对于钢桩结构的直管、横管或交叉管等结构，安装预制玻璃钢防蚀保护罩时，在玻璃钢防蚀保护罩对接处要安装同材质的厚度为1～2mm的密封防渗挡板，主要作用使预制玻璃钢防蚀保护罩形成一个完成的保护罩，防止外部海水自两片预制玻璃钢防蚀保护罩的连接缝隙处渗入，如图7。

图7 安装保护罩

将螺栓插入玻璃钢护套法兰密封边上的所有螺孔，拧上螺帽固定。然后依次拧紧所有部位的螺栓，紧固时应注意使玻璃钢护套的密封受力均匀，以防止因局部应力过大造成玻璃钢护套的变形和法兰密封边破裂。

用特制的水下固化环氧树脂，将防护罩两端与钢桩结合处密封，使复层矿脂包覆层与被保护钢桩构成一个密封的整体，飞溅的海水和雨水不会渗入包覆层内，进一步杜绝了腐蚀发生的基本条件，使该部位钢桩得到最大可能的保护。环氧树脂填完后外延部分应保持坡面，以利于溅上的海水和雨水的滑落，避免积水，如图8。

图8 端部密封处理

目前，现役海洋工程钢结构设施及装备最常见的防护技术主要包括：重防腐涂层、环氧粉末涂层、热喷涂金属等，涂层防腐首次防腐年限较长，可达4～6年，然而一旦发生腐蚀，每2～3年就需大修一次。如果按照30年全寿命周期计算，各种防腐技术的详细特点、参数及使用成本对比如表1。

表1 码头钢管桩PTC包覆技术与传统涂层防腐技术的全寿命周期对比

综上所述，尽管PTC技术在初期投入要高于传统涂层防腐技术，然而其后期维护费用很低。在30年全寿命周期中，其全部成本仅为传统涂层防腐技术的一半以下。因此，PTC防腐技术是当之无愧的浪花飞溅区最佳防护手段。

4.结论

（1）北良港码头桩柱原为重防腐涂料防护，部分桩柱存在明显修补痕迹，整体码头桩柱腐蚀情况严重，目测锈蚀等级可达D级别，部分位置钢材锈蚀达5mm以上。其中以浪花飞溅区的腐蚀最严重，出现大面积剥落腐蚀。潮差区有严重的海生物附着，主要种类是贻贝。由于腐蚀严重，码头桩柱质量受到严重影响，产生安全隐患。部分桩柱被货船撞断后，引起北良港有关部门的高度重视。

（2）复层矿脂包覆防腐技术（PTC）适用于低潮线下0.5m与高潮线上2.5m的浪花飞溅区和潮差区，可以提供长效保护，具有“绿色环保、阻燃耐高温抗冰、可带锈带水施工、长效防护30年以上”的优点，是最佳的浪花飞溅区防护技术。