钢管桩阴极保护与Denso防腐蚀技术联合保护

2011-03-12李云飞唐聪陈韬

中国港湾建设 2011年2期

李云飞，唐聪，陈韬

（中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222）

我国从上世纪70年代起开展了钢铁设施在海洋环境不同腐蚀区带的腐蚀规律研究[1]，从腐蚀的角度，海洋环境分为海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区5个腐蚀区带[1-2]。由于码头结构终年处于海水及海洋大气环境中，长期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各种阴、阳离子等的腐蚀，码头结构不可避免地受到一定程度的腐蚀，直接影响到码头的使用年限和安全。

一般情况下，钢在海洋大气中的平均腐蚀速度约为0.03～0.08mm/a；而浪花飞溅区为 0.3～0.5 mm/a。同一种钢，在浪花飞溅区的腐蚀速度可比海水全浸区中高出3～10倍[1，3-4]。一旦在这个区域发生严重的局部腐蚀破坏，会大大降低整个设施的承载能力，缩短使用寿命，影响安全生产，甚至导致设施提前报废。

目前针对海洋钢铁构筑物所采用的防腐措施，水上部分以防腐涂层为主，水下部分采取防腐涂层和阴极保护技术相结合的防腐方法，但对于腐蚀最严重的浪花飞溅区国内尚未有成熟、经济、长效的防护方法。近年来，一种新型的防腐蚀技术——包覆防腐蚀技术，对暴露于海洋浪花飞溅区部位的钢铁设施，包括各种钢结构和钢筋混凝土设施，如跨海大桥、钻采平台和港口码头等具有广泛的适用性，具有长效经济的防腐蚀效果。据此，营口港某液体化工码头改造工程中，钢管桩设计采用牺牲阳极加Denso包覆防腐蚀技术联合防腐措施，对钢管桩起到全面而有效的保护。

1 工程概述

营口港某码头结构形式为桩基墩台式结构，其水位变动区、水下区（自桩顶以下至海泥面下2m）采用防腐涂层。防腐涂层采用美国联合涂料公司生产的E－160改性聚氨酯涂料，设计要求钢管桩表面除锈等级为Sa2.5级，水位变动区（桩顶至标高-1.5m段）涂层厚度1mm，水下区（自标高-1.5m以下至海泥面下2m段）涂层厚度0.6 mm，2002年开始施工，2004年底竣工并交付使用，设计使用年限30 a。

该码头投入使用后不久，在例行检查中发现水位变动区及水下区防腐涂层有剥落现象，后已逐渐发展为大面积剥落并返锈。为确保该码头钢管桩的安全使用和耐久性，需对码头钢管桩采取防腐措施。

2 保护方案的确定

该码头为已投入使用的成品油及液体化工品码头，属于易燃易爆环境，从安全、管理和经济角度考虑，不适宜采用外加电流阴极保护技术，因此本工程确定采用牺牲阳极阴极保护技术。牺牲阳极保护系统的设计使用寿命为30 a，有效保护率不小于90%。

对部分钢桩的浪花飞溅区及潮差区采取Denso矿脂防腐带冷包缠保护。Denso防腐蚀保护系统具有优异的防腐性能，其特点是：对酸、碱、盐和微生物等有很强的抵抗力，对水、水蒸气和气体都有极强的防渗性能，耐紫外线、耐候性良好，矿脂防腐剂不干裂、不脱落，使金属完全隔绝空气和水，而且施工简单，对表面处理要求低。这种防腐蚀系统不含可挥发性物质，适用温度范围广，不含任何有毒物质，不可燃，无污染，采用冷施工方法，不需要动火，可以在潮湿、水中的环境下施工。

3 Denso冷包缠防腐技术

3.1 施工工艺

Denso矿脂防腐带冷包缠系统由矿脂带底漆、冷包缠防腐带和高密度乙烯护甲组成。在海洋环境应用时，应先用Denso S105矿脂底漆覆盖清理后的待保护表面，再包缠Denso海洋矿脂冷缠带，最后安装HDPE高密度乙烯护甲保护包缠过的表面。

Denso冷包缠防腐技术工艺施工简便易行，详细操作如下：

1）所有被保护的地方一定要经过彻底的清理和检查。对钢管桩的表面处理要求低，无需考虑喷砂等严格处理工艺，表面清洁度要求达到ST2.0级即可。

2）如果表面有2mm或以上凹痕，必须先用Denso S105矿脂底漆填补，再涂上一层薄薄底漆。如果表面有太深或不规则的凹痕，可以选用Denso Under Water Mastic水底专用防腐胶泥填满空隙，使表面平整。小面积可以用手套或海绵涂抹，大面积可以用油漆滚筒涂抹。

3）用矿脂带包裹桩柱时，在开始和结束的位置都需要缠绕一个完整的圆周。一般情况下都是由下往上螺旋形包裹桩柱，带子重叠不少于50%～55%。不可以有不平滑的摺叠或皱纹出现，避免让水渗透入带内。矿脂带一定要紧缠在桩柱上，不可有松散、气泡或水存在。重叠的边缘必须弄平，使高层和低层的带子完全密封。当包裹至桩柱顶部时、用缠绕带完整缠绕一圈才算完成。

4）安装护甲至顶部。在安装之前，要检查护甲是否有破洞、切口或损坏，两边焊接的法兰凸缘是否完整无损；在安装之后，要检查护甲是否紧密接合，没有膨胀凸起或摺缝出现，护甲与护甲垂直重叠后，螺栓的位置要一致。

3.2 保护效果

2008年，该港口选取了10根钢管桩进行Denso高纬度海洋桩柱保护系统的防腐试验，以观测其在北方寒冷冰冻情况下的使用效果。2009年对该防腐系统进行了检测：防腐护甲未出现位移、破损、开裂等现象，确实起到了防冰凌撞击的保护作用；护甲内防腐矿脂、矿脂带及底漆完好，起到了钢管桩与海水的隔离作用；系统所用螺栓等配件未出现锈蚀、松动等现象。初步认定为该系统达到了预期的防腐效果。

4 牺牲阳极阴极保护设计

4.1 保护电流密度

根据码头所处环境条件及作业工况，以及原钢管桩防腐涂料的设计要求和使用现状，该港区保护电流密度取值[5-6]如下：海水中初始值为11mA/m2、维护值21mA/m2及末期值56mA/m2，泥下区中保护电流密度的初始值为25 mA/m2、维持值为20mA/m2及末期值为20mA/m2。

4.2 保护电位

依据现行行业规范[5-7]，有效保护期限内，钢管桩水位变动区、水下区的保护电位自始至终控制在保护电位范围：-780～-1 050mV（相对Ag/AgCl参比电极）。

4.3 保护面积和保护电流

保护面积和保护电流见表1。

表1 保护面积和保护电流

4.4 牺牲阳极型号、用量与布置

根据钢管桩所需初期保护电流、平均维护保护电流、末期保护电流和牺牲阳极的设计使用寿命30 a，设计选用Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极，其规格尺寸为1 250mm×（200+240）mm×180mm，每块阳极质量为137 kg，实际安装884块。阳极尽量均匀布置，使阳极电流分布均匀，从而使钢桩的各部分都得到应有的保护。

5 牺牲阳极阴极保护的实施

5.1 钢管桩的电连接

由于该码头是在役的危险品建筑，在码头上面设置测试点和电连接装置，因其线路不可能浇筑在混凝土中，暴露在码头面上的连接钢筋可能会对结构的安全性带来隐患；施工中的敷设和焊接会对码头的装卸作业造成很大的影响。考虑到原结构墩台钢桩与钢筋之间已有电焊连接，因此，要求对钢管桩之间的电阻进行测量，若相邻两桩电阻大于1Ω，则需采用φ16钢筋及水下焊接工艺对钢管桩进行电连接。