上海国际航运中心钢结构防腐技术

1、二零零二年六月国家金属腐蚀控制工程技术研究中心上海邦捷科技有限公司上海建筑科学研究院上海国际航运中心洋山深水港区一期工程码头港区钢结构综合防腐蚀技术方案目录前言.2第一章 码头钢管桩防腐蚀技术方案一、 钢桩的海洋腐蚀环境3二、 海洋环境下钢桩防腐对涂层的性能要求及熔融结合环氧涂层的性能分析4三、 码头钢桩防腐蚀涂层的防腐方案及施工技术要求13四、 码头钢桩防腐蚀工程预算16五、 工程业绩17六、 钢桩环氧粉末涂层涂敷的参考标准和规范18第二章 码头混凝土钢筋防腐蚀技术方案一、 海洋环境下混凝土钢筋的腐蚀及危害19二、 混凝土中钢筋的防腐蚀措施19三、 环氧粉末涂层钢筋的应用状况22四、 环氧粉

2、末涂层钢筋的涂装工艺及技术要求23五、 涂层钢筋的工程预算25第三章 码头结构防腐蚀一、 前言26二、 钢结构桥梁的防腐蚀涂装体系26三、 大桥主要钢结构的防腐蚀方案31第四章 码头钢筋混凝土的防腐蚀方案一、 前言35二、 码头钢筋混凝土部分防腐蚀涂层配套体系及施工技术要求35三、 钢筋混凝土防腐蚀涂层质量检查与验收37四、 钢筋混凝土表面防腐施工概算37附件1、 美国ASTM A972/A 972M-00 钢管桩环氧粉末涂敷标准STANDARD SPECIFICATION FOR FUSION BONDED EPOXY-COATED PIPE PILES2、 国家标准GB/T 18593-2

3、001熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装3、 SEBF-5、6型环氧粉末涂层及SLF-2型高分子复合涂料综合测试报告 （中国石油天然气总公司管道科学研究院综合试验室） （中国科学院沈阳分院理化测试中心）4、 SEBF熔融结合环氧粉末涂层抗划痕测试报告 （中国石油天然气总公司管道科学研究院综合试验室）5、 “SEBF/SLF重腐蚀防护技术”科学技术成果鉴定证书 （中国科学院）6、 化工防腐施工一级资格证7、用户报告1) SEBF/SLF涂料用户报告 （宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司）2) SEBF涂装技术在秦山核电站使用和建议（秦山核电公司技委办）3) SEBF 涂装技术应用报告（丹东化纤集团有限责

4、任公司）4) SEBF涂装技术在波纹管上应用报告（中日合资南京晨光波纹管有限公司）5) SEBF涂装技术在水环真空泵上的应用报告（广东省佛山泵厂有限公司）6) SEBF涂装技术在潜水泵上应用报告（沈阳潜水泵股份有限公司）7) SEBF涂装技术在阀门上的使用报告（沈阳市异型阀门厂）8) SEBF涂装技术在风机上应用情况（吉林四平鼓风机厂）前 言 上海国际航运中心洋山深水港区码头是国家重点项目工程。港区码头主要由大型的钢结构和钢筋混凝土组合而成。洋山海区位于北亚热带南缘的东亚季风海洋性气候区，受季风影响冬冷夏热，四季分明，降水充沛，夏季台风多发。海港码头区域处于长江口外泄流为主的淡水流与东海高盐度

5、水流混合带区域，夏、秋季盐度平均为18.5,冬季盐度平均为24.8。海洋工程钢结构的腐蚀速率与海区飞溅的盐粒子量、气温、降水量和紫外线照射等有关，在这种亚热带季风区一般钢铁每年的腐蚀深度为100-1000um。根据上海国际航运中心洋山深水港区一期工程码头结构防腐蚀设计技术要求的设计规范，整体码头的防腐蚀设计的基准年限为50年以上，防腐蚀设计方案不仅要经济可行，而且要体现洋山港区开敞式码头工程规模大、技术要求高的特点。防腐技术方案应达到国际先进、国内领先的 一流水平。本着对项目负责的精神，国家金属腐蚀控制技术中心联合上海邦捷科技有限公司和上海建筑科学研究院，对洋山深水港区一期工程码头钢结构共同提

6、出综合防腐蚀技术方案，其中包括钢管桩防腐、钢筋防腐、钢架结构防腐和钢筋混凝土防腐四大部份。具体方案按四大内容依章叙述。第一章 码头钢管桩的防腐蚀技术方案一、 钢桩的海洋腐蚀环境由于码头钢管桩处在不同的海洋环境区带：海洋大气区、浪溅区、潮差区、水下区、泥下区，钢管桩的腐蚀形态和腐蚀速率有较大差异，见图1和表1。图1、钢铁在不同的海洋环境区的腐蚀形态和腐蚀特点表1、船用钢和低合金钢的长、短尺试样在某海域2年的腐蚀率（mm/年）比较材料海洋区带长尺短尺10CrMoAl09MnNb3C10CrMoAl09MnNb3C大气0.0460.0650.0850.0280.0410.041飞溅0.1330.18

7、60.230.300.250.27潮差0.0250.040.0350.210.200.18全浸0.1430.2490.250.130.150.16从上数据测试的分析结果看到，海洋环境下钢桩处于浪溅区和潮差区腐蚀最为严重。由于海水它是一种多种盐类的平衡溶液，还含有悬浮泥砂、溶解气体、海生物、腐败的有机物以及海上污染等等，因此金属材料在海洋环境下的腐蚀问题也很复杂。根据国内外的实际经验，钢管桩防腐主要采用阴极保护与涂层联合的方法加以解决。尤其随着涂层技术的发展，涂层防护方法已逐渐增加，近年来美国ASTM已提出标准A972/A972M-00“Standard Specification for fu

8、sion Bonded Epoxy Coated Pipe Piles”。该文明确提出用熔融结合环氧涂层作为钢桩防腐的技术和标准。熔融结合环氧是美国60年代发展起来的涂装技术，经过几十年的客观评定，国内外防腐专家一致认为，该项防腐技术在管道等重腐蚀环境下的防腐是最佳的防腐方法，同时也提出在工业化的年代里它在管道防腐领域中的应用仍将是领先的。本文将推出用熔融结合环氧涂层加阴极防护的方法解决钢桩防腐的技术方案。二、海洋环境下钢桩防腐对涂层的性能要求及熔融结合环氧涂层的防腐性能分析对海洋钢结构进行涂层防腐是一种经济可行、而且技术可靠地延长结构寿命的有效方法。从设计规范中对钢桩结构予留了4mm的腐蚀余

9、量，但丛表1的均匀腐蚀数据粗略推算，钢桩的有限强度的寿命远远低于码头的设计使用要求，因此必须采取有效、可靠、经济的防腐蚀措施，使得防腐涂层满足技术条件和海洋使用环境的要求，最大限度地延长钢结构的使用年限。施工单位必须从涂层选择、设计、涂装工艺和涂装管理等方面进行严格考虑。防腐蚀涂料的质量及其配套性是取得优质、长效涂层的关键，为了便于防腐蚀工程设计中选用适合海洋环境的涂层材料，各国都有相应的设计规范，如表2所示：表2、国外及国内选用防腐蚀涂料的原则要求性能的次序德国DIN55928美 国ASTM A972/A972M-00中国船检局1良好的附着力抗Cl-等渗透，碱、盐介质中稳定良好的耐磨性、抗冲

10、击性能2足够的机械强度良好的机械性能与钢铁良好的附着力3涂层的配套性好抗耐磨性涂层的配套性能好4可焊性及无污染抗阴极剥离涂层抗渗透性5良好的涂装工艺涂层抗阴极剥离6抗阴极剥离针对海洋钢桩的复杂腐蚀环境，钢桩的防腐涂料应具有如下特性（以ASTM标准为例）表3、海洋环境中常用防腐涂层的性能及价格比较性能ASTMA972/A972M-00双层环氧单层环氧XTW-M7氯化橡胶环氧沥青玻璃钢渗透性3M CaCl23M NaOH饱和Ca(OH)2(45天，24)-冲击强度（J）923185.84.94.9弯曲度（/PD）1.5 (0)1.52.52.02.02.01.5耐磨性(mg)10010010010

11、0-耐阴极剥离(mm)6448>8>8>8盐雾（hr）1000>1000>1000>1000-表面处理×××涂敷工艺可控性×××涂敷工艺简易性阴极保护的相容性抗物理损伤性×耐化学性能抗海洋生物性抗细菌性现场补口性能使用寿命50年以上20-30年20-30年7-20年8-20年8-20年注：优：；一般：；差：×从中分析可知，熔结环氧粉末涂层能全面复合海洋钢桩防腐技术要求。以下将进一步结合海洋环境下对涂层性能的要求结合熔结环氧涂层作系统的评述。1、 优良的抗海水渗透性涂层必须承受海水

12、长期浸泡，一般的涂层会发生软化、溶胀、起泡、附着力下降等现象，这与涂层的抗渗透能力直接相关，而抗渗透性能的指标一般从涂层的吸水率和溶出率中可以得到表征，因为有机涂层是一种半透膜，水分子绝对不渗透是做不到的，优良的涂层应长期浸泡在溶液中不发生明显的吸水和溶出。在无机物水溶液中，水分子是体积最小的液体介质，渗透力比一般的水合化的离子强。有机涂层的一般规律是，在海水中抗渗水性最好，自来水中次之，在蒸馏水中最差。所以涂层在蒸馏水或稀盐溶液中的渗透能力直接反映了涂层的致密性。图2为环氧涂层在60蒸馏水中的吸水增重率变化图，从图可见，不同系列的涂层在60中的增重率在3%以下，说明环氧涂层具有良好的抗水渗透

13、能力，达到国际先进水平。2、涂层的具有长期良好的绝缘强度防腐涂层长期浸泡在电导率高的海水环境中，而大多数涂层或多或少在固化成膜的过程和服役的过程中带上正电或负电，这时外界的水分子或其它离子会产生的电渗析和阳极转移等现象使之涂层失效，良好的涂层具有较高的介电强度，也是阴极保护所需要的。电化学阻抗技术，在不同交流频率下对涂层的阻抗和容抗值进行测定，以及反映涂层与金属界面的信息，其中涂层电阻值的大小可以衡量涂层的防腐蚀性能。用X60管线钢制成大小为60mm×60mm×2mm试件，并涂敷四种不同固化程度的厚度为230±10µm的涂层，暴露面积为9.4 cm2，在

14、60的1%NaCl溶液中浸泡一年的电化学阻抗值的变化见图3，从图中可见完全固化的SEBF涂层经过365天的连续浸泡，涂层的涂层电阻基本保持不变，保持1010.cm2。说明涂层有极好的致密性、抗水渗透和抗电渗析性。与图2的结果符合得很好。3、涂层耐化学稳定性钢桩周围所处海洋环境的腐蚀介质比较复杂，作为长效防腐涂层必须具有优异的抗海洋环境介质中各种离子的侵蚀和变性，如H+、OH-、Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等。其中有代表性的涂层在强酸、强碱和盐溶液在60下的耐化学腐蚀的性能。图4为在10%HCl溶液，60时不同配方的SEBF/SLF涂层的增重率。图5为SEBF/SLF涂层在3.5%NaC

15、l溶液中的增重率与时间关系曲线。 以上两图说明了熔融结合环氧SEBF/SLF涂层具有良好的抗浓酸、盐能力，而SEBF/SLF环氧涂层中含脂肪羟基、苯环结构而不含脂键，故耐碱性能也很突出。这说明涂层的化学和交联结构比较致密。这种涂层材料现已广泛应用在化纤厂粘胶纤维生产中受强酸、强碱腐蚀的淋洗机、导流板和油田的高温卤水管道上。并已成功的用于海洋工程中，如秦山核电站、大亚弯核电站等。4、涂层耐冲刷和气蚀性能好钢桩埋设在大陆架附近的海水中，受到长江河水中夹杂的泥砂、海水的飞溅、海水暗流和潮汐、潮落中的固体颗粒和液体的冲击，在这种环境下涂层受到固、液双相流的冲刷磨蚀和水中的介质化学腐蚀的交互作用，这就需

16、要涂层优异的抗冲刷、磨蚀和气蚀。图6上显示了1%NaCl溶液中含有10%大量砂粒（120目）时，涂层的临界流速仍可达到7m/s,表明SEBF涂层具有良好的抗冲刷磨蚀性能。近几年，我所用SEBF涂装的泵、叶轮、阀门、弯头等异型构件和设备用于核电站的海水回路中，效果非常显著。在洋山工程的环境中，流速都低于4m/s，且砂含量也远低于10%，这种涂层的磨损率远远低于该曲线值，可以估计涂层厚度的设计要求满足涂层防腐50年的要求。图6 动态试验中涂层失重与流速关系5、抗阴极剥离和阴极屏蔽性能好预制完的管桩由于运输、安装中不可避免存在小的针孔和缺陷，导致该处小阳极大阴极的局部腐蚀电池，产生严重的局部腐蚀，故

17、在工程上均采用阴极防护的方法来弥补。在阴极保护电流的作用下，管道作为阴极，但在海水环境中，当水、氧、离子等渗入涂层中，在阴极处发生反应：2H2O+O2+4e 4OH- 2H2O+2eH2+2OH- ，涂层在高碱性环境下造成聚合物降解和涂层溶胀产生内应力，导致涂层与基体金属剥离。所以在阴极保护电流和工业杂散电流的相互作用下要求涂层具有良好的抗阴极剥离性能。实测SEBF/SLF涂层的抗阴极剥离在1.5-4mm之间，远小于国外用于重腐蚀防护上的6mm的标准，同时这种涂层有一定的微渗水性和优异的粘结强度，保证了涂层在阴极保护时有微电流通过，故不会产生阴极屏蔽（CP）现象。6、抗应力腐蚀和抗腐蚀疲劳性能

18、钢桩埋设在海泥下，不可避免地要承受地质运动、温变等引起的土壤应力、海浪运动和支撑负载产生的形变应力以及焊接时所产生的残余应力，而且海水中含有大量的Cl-，所以选择涂层时必须考虑到涂层抗Cl-的应力腐蚀开裂特性。按美国ASTM标准试样的抗应力腐蚀实验，采用U型弯曲试样，基材为1Cr18Ni9Ti，得到熔融结合环氧涂层抗应力腐蚀的结果如表3所示：表3、SEBF涂层抗应力腐蚀的实验结果试样形态试验条件测试结果无涂层裸露试样110,25%MgCl2溶液浸泡48小时，检测发现裂纹浸泡120小时，试样断裂有SEBF涂层试样110,25%MgCl2溶液浸泡720小时，检测无裂纹有SEBF涂层试样先在110蒸

19、馏水浸泡48hr,110,25%MgCl2溶液浸泡720小时，检测无裂纹从表3的实验结果可以说明，SEBF涂层下的基体在含Cl-腐蚀环境中具有较强抗应力腐蚀断裂。码头的承台部分钢桩不可避免地存在海洋腐蚀性环境下外界周期性的交变应力的影响，特别在东海跨海铁路、公路运输大桥地段，这时研究涂层下管线钢的抗腐蚀疲劳非常有必要。图7为涂有SEBF涂层和未涂涂层的1Cr13的试件，在3%NaCl溶液，温度50，实验频率为40Hz，应力比为0.1腐蚀疲劳试验。试验结果表明，SEBF涂层明显提高了管线钢的腐蚀疲劳极限强度。这对于受到周期性压力波动的管桩十分重要。7、涂层应具有良好的机械性能涂层的机械性能主要包

20、含粘结强度、附着力、抗冲击强度和耐磨性等，由于海洋钢结构的设计寿命较长，而且环境比较苛刻，故涂层的性能指标要远大于普通的防腐涂料。涂层的附着力和粘结强度是海洋防腐涂料十分重要的指标，涂层与基体的牢固粘着可以大大克服渗析和电渗析等物理作用产生的起泡、开裂现象，而涂层的附着力强、粘结强度高、抗冲击性能好，可以避免因安装、检修、机械损伤等外界因素带来的不利影响。从表4可见，用作埋地管道SEBF-5（用作内层）、SEBF-6（用作外层）涂层的冲击强度可达18J以上，无脱层、裂纹、损伤等产生，可承受运输、安装过程中的冲击。同时粘结强度最高可达到100MPa，比常规涂料提高了一个量级，这说明涂层这些性能保

21、证涂层的使用的长效性。表5说明了SLF补口和修补涂料的性能与国外涂料相同类型的比较，可以看出两种涂料用在钢桩的整体防腐上具有很大的可靠性。 表4、SEBF系列涂料涂层的机械性能性 能单位SEBF-5SEBF-6执 行 标 准粘接强度MPa90100GB6329-Z245.20附 着 力级11CAN/CSA-Z245.20剪切强度MPa4345ASTMD1002-72(83)抗冲击强度J1824ASTM G14-77抗弯强度MPa93GB1042-79挠 曲 性级11CAN/CSA-Z245.20耐 磨 性L/m>4>4ASTM D968-81硬 度H33GB/T6739-86耐阴极

22、剥离mm44CAN/CSA-Z245.20表5、SLF涂料机械性能与国外同类产品的比较涂层性能SLF-1SLF-2国外A国外B国外CABCD剪切强度（MPa）211914（17）15（17）（19）（21）粘结强度（MPa）45433544抗压强度（MPa）103106（107）103（107）（58）（59）（77，116，126）抗弯强度（MPa）5353（69）（69）（39）（37）（65，77，71）抗冲强度（J）1010注：（）内数据为产品说明书所记载8、涂层的耐候性在海洋的环境下服役的涂层，由于受强光照射和盐雾干湿交替影响，涂层会产生化学降解和老化现象，因此要求防护涂层具有良好的

23、耐紫外线老化和抗干湿交替的盐雾腐蚀破坏。而SEBF/SLF系列涂层通过助剂改性和优异的物理化学性能保证了配套涂层具有良好的耐侯性和抗干湿盐雾腐蚀性。9、抗污损生物性污损生物吸附在钢桩的涂层上，由于局部的腐蚀介质浓度、成分发生变化，从而引起涂层的局部破坏和脱落，聚氨脂涂层在水溶液和碱性条件下具有优良的保护性能，而在污水的细菌作用下发生彻底降解。而环氧涂层在同样的介质下不出现问题。通过涂料加入防污助剂和实施电化学保护技术能减少污损生物的破坏。10、涂层可施工性、配套性及修补性大型码头的钢桩防腐面积大，体积笨重，而涂层具有良好的长效性，要求涂装工艺相对简单，并且具有很好的可控性、配套性、修补性和易于

24、管理，保证涂层的质量达到设计要求。三、洋山深水港码头钢桩的防腐蚀涂层的防腐方案及施工技术要求1、 保护面积洋山深水码头共有钢桩2839根，其中码头部分基桩的打入桩1200mm 1165根，嵌岩桩2200mm 112根（为钢套筒护壁），承台部分钢桩为1562根。钢桩总的防腐面积为646902.2m2，其中水下部分面积约为215634.1m2，泥下部分面积为431268.1m2。2、防腐技术方案1）、泥上部分：采用加强型双层环氧粉末涂层（外层抗紫外线）加阴极保护，涂层厚度：800-1000um，防腐蚀设计寿命为50年以上。2）、泥下部分：采用普通型双层环氧粉末涂层加阴极保护，涂层厚度：600-80

25、0um，防腐蚀设计寿命为50年以上。3、涂层防腐1）、涂料选用根据上述的分析，钢桩的外表面的重腐蚀防护涂料应采用优良的抗水渗透性、抗干湿交替的盐雾、优良的物理机械性能、耐侯性、配套性、良好的施工工艺性能等特点的要求，我方经过认真周密的选材，认为采用SEBF-5型为内防腐层，SEBF-6型为外增强抗紫外线涂层。2）、防腐加工方案a.由钢管桩制造工厂将制作合格后的管桩堆放到露天成品管仓库；b.经过15天时效后，将钢管桩进入防腐涂敷生产线；c.经过涂敷合格的管桩按照设计要求,在对接焊接后用SLF专用补口涂料进行现场补口；d.通过码头浮吊吊运驳船；e.通过打桩船将钢桩打入泥下。3)、防腐厂双层环氧粉末

26、涂敷工艺流程合格品（氯化盐<20mg/；无油污）不合格品不合格品内涂层及型式试验不合格品外涂层不合格品管桩表面清洗(除盐、油污)检管桩预热(除潮气或不合格涂层)喷（抛）射(除锈及附着物)包装(堆放、运输保护)涂层冷却检检合格品（等级Sa21/2）合格品（加强型：内层350m；外层450m;总厚度800m）（普通型：内层250m；外层350m;总厚度600m）标识端口保护(110±10mm)内层涂敷外层涂敷4)、内、外层环氧粉末的用量a.其中水下部分钢桩采用加强型双层环氧粉末涂层（外层抗紫外线），内涂层厚度350m，外层厚度450m，总厚度在800m。按照1.5KG/ m2的用量

27、计算，则所需的涂料为：215634.1×1.5KG/m2/1000=323.45吨b.泥下部分钢桩采用普通型双层环氧粉末涂层，内涂层厚度250m，外层厚度350m，总厚度在600m。按照1.2KG/ m2的用量计算，则所需的涂料为：431268.1×1.2KG/m2/1000=517.2吨4、 外加电流阴极保护的相对费用1）、保护电压：-0.771.05V（vs SCE）2）、保护电流参数：根据双层环氧粉末防腐涂层的电绝缘性和防护性能，参照国外的阴极保护文献资料，确定如下：水下区与泥下区全部采用涂层防护 水下区： 20uA/ 泥下区； 10uA/ 3）、总保护电流水下区与泥

28、下区全部采用涂层防护:I1 =（20×215634.1）+（10×431268.1）÷106 =8A四、洋山深水港区码头钢桩防腐蚀工程预算1、 钢桩采用双层环氧粉末在水下部分的涂装费用a、在水下部分按照加强型双层环氧粉末涂层的目前市场双方接受价格为：88元/计算 215634.1×88=18975800.8元b、在泥下部分按照普通型双层环氧粉末涂层的目前市场双方接受价格为：75元/计算 431268.1×75=32345000元2、外加电流阴极保护费用 水下区与泥下区全部采用涂层防护，总保护电流为8A，按照有关阴极保护相关的经济分析，约需相关的

29、设备和安装费用为32万元。3、总费用总费用为双层环氧粉末涂层外加电流阴极保护费用。 水下区与泥下区全部采用涂层防护+外加电流阴极保护费用：(18975800.8元32345000元320000元)/10000=5164.1万元五、工程业绩在国外海洋上采用环氧粉末涂层对码头、桥梁的钢桩进行长效、可靠的防腐已经相当普遍，美国已于97年制定了钢桩的国家标准：ASTM A972,并于2000年又进行了修订和完善，成为钢桩的专用指定的防腐涂层。国家金属腐蚀控制工程技术研究中心经过十几年的SEBF/SLF重腐蚀防护技术的研究和应用，目前已在如下几个相关的典型工程中得到了应用：1995年秦山核电公司海水二回

30、路循环水管路中防腐，管道直径273-2000mm。1998年宁波协和石化码头钢管桩防腐，管桩直径为1200mm。2001年杭州下沙开发区钱塘江钢桩防腐，管桩直径为600m、800mm、2200mm。六、钢桩环氧粉末涂敷参考标准和规范1、美国ASTM A972STANDARD SPECIFICATION FOR FUSION BONDED EPOXY-COATED PIPE PILES2、国家标准GB/T 18593-2001，熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装3、加拿大国家标准CAN/CSA-Z 245.20-M92第二章 码头混凝土钢筋防腐蚀一、海洋环境下钢筋的腐蚀及危害上世纪五十年代以来，随

31、着海洋开发事业的发展，钢筋混凝土材料广泛应用于海洋构筑物的建造，交通、石油、渔业、水电等许多部门的海洋构筑物规模很大，遍及世界各个海域，担负着繁重的任务。由于海洋交替干湿盐雾及海水浸泡的环境比较恶劣，普通的钢筋混凝土结构一般经受不住海洋环境下的各种物理、化学的长期的浸蚀作用，尤其在溅浪区和飞溅区，常由于混凝土的中性化、氯盐的渗透等原因，造成钢筋的电化学腐蚀，致使混凝土和涂层开裂，甚至脱落，不但破坏了混凝土的结构，还使得钢筋的截面减少和铁锈的生成，体积增大2.5倍，所产生的膨胀应力使得保护层的混凝土开裂，导致结构的强度降低而破坏。据统计，美国每年因钢筋的腐蚀导致钢筋混凝土的破坏相当于数百亿美元。

32、现今，美国每4座钢筋混凝土桥梁中就有一座因钢筋腐蚀破坏，每年投入的修复与加固处理的费用达数千亿元，相当于原建桥费用的几倍。据称，钢筋混凝土腐蚀破坏的原因主要是化冰盐和海洋氯离子的侵入作用，此外，工业化学介质、中性化、冻融等也促进钢筋混凝土腐蚀破坏的因素，前者主要发生在海洋及沿海、道路化冰盐、盐碱地、工业盐环境，后者与环境污染、酸雨等密切相关。混凝土耐久性已是当今世界的重大问题，其中钢筋腐蚀破坏被认为第一因素。因此这次洋山深水港区的工程 ，必须要解决钢筋混凝土的耐久性问题，也就是要解决钢筋腐蚀被破坏的问题。二、混凝土中钢筋的防腐蚀措施1、 基本措施只有混凝土自身受到破坏（如硫酸盐侵入）、碱度降低

33、（pH<11.5）或有害离子入侵时，混凝土的完好性才受到破坏。因此，最大限度地保证混凝土自身密实完好、保持高碱度和防止有害离子的入侵是混凝土防腐蚀措施的出发点。选择优良水泥、增加水泥用量、降低水灰比、使用优良外加剂、渗合料、增加混凝土的防护层厚度等来提高混凝土自身的防护能力。2、 附加措施经过大量的实践证明，在海洋环境或使用防冰盐、盐碱地和某些工业化环境下单靠上述的基本措施还不能达到耐久性要求，特别对于细薄构件，如桥梁的面板、高桩码头的粱及板等，因在施工及使用过程中，不可避免会产生裂缝，这时就必须采用相应的附加措施。1)、钢筋混凝土的外涂层渗透层、覆盖层和树脂类涂层等类型外涂层具有隔离腐

34、蚀环境的功能，对于保护混凝土自身和碱度以及防止有害离子的侵入都是有效的 。但有些涂层自身的防腐寿命不长，再次涂敷又困难。2）、钢筋阻锈剂能够阻止或延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏，在混凝土中加入如亚硝酸钙、硝酸铁、磺酸钙等物质，能促使钢筋表面的继续钝化，阻止钢筋的腐蚀。但有时必须考虑其加入对混凝土性能的副作用。3）、阴极保护根据阴极保护原理，采用外加电流或牺牲阳极的方法，使得混凝土内钢筋受到电化学保护。对于新工程，阴极保护可用于海洋、水域或潮湿地下的独立构筑物，必须严格控制保护电压的范围，防止过保护而产生析氢引起锚固力降低和氢脆的发生，特别在预应力钢筋混凝土中应用要相当小心。4）、特种钢筋特种钢筋

35、有环氧涂层钢筋、耐蚀钢筋、不锈钢钢筋、镀锌钢筋等。耐蚀钢筋和不锈钢钢筋在一般情况下防腐效果不错，但价格昂贵，在有应力存在和焊接区时，其抗氯离子的应力腐蚀开裂性较差。因锌是两性金属，镀锌钢筋会与某些水泥发生化学反应生成硅酸锌而放出氢气，氢气在钢材表面产生空隙，引起混凝土与钢筋的粘结强度下降，甚至氢脆，由于镀锌钢筋或预应力钢筋用于混凝土工程，达不到40-50年使用寿命，所以现在在码头混凝土的长效防腐蚀设计中不预采用。环氧树脂涂层耐酸、碱、盐反应，具有极高的化学稳定性和延伸好、线性膨胀系数与钢筋接近，与金属表面具有极高的附着力。环氧涂层有液态环氧树脂和粉体环氧树脂，通常液态环氧树脂由于含有一定量的非

36、活性溶剂，在固化成膜以后留下针孔，而且涂装工艺较为复杂。美国交通部从1970年开始，通过三年的大量实验，从56种涂层中筛选出静电喷涂环氧粉末涂层为钢筋最佳的防腐层。1994年，美国海军在佛罗里达州西部进行了76个月的海洋浪溅区、水位变动区的浸泡外露实验，评比几种钢筋的防腐效果，得出环氧涂层钢筋防腐效果最佳，热浸镀锌次之，采用阻锈剂保护涂层第三。1993-1998年，美国联邦公路管理局对环氧涂层钢筋与316不锈钢等不同类型的钢筋进行各种抗腐蚀检测，得到环氧涂层钢筋的防腐效果仅次于316钢筋，316钢筋可使用设计年限为75-100年，估算环氧涂层的钢筋的使用年限不小于50年。根据以上分析针对洋山工

37、程的腐蚀环境和工程年限要求，应用环氧涂层钢筋作为码头混凝土钢筋的防腐是合适的。因此，这次洋山工程用的钢筋的防腐方案应选用环氧涂层钢筋。三、环氧粉末涂层钢筋的应用状况1、 国外应用状况美国是最早用环氧涂层钢筋的国家，早于1973年在宾悉法尼亚的一座桥面板上首次试点应用。1976年进入了建筑市场，随后焊接钢丝网也于20世纪80年代进入建筑市场，在冬季需要化冰盐的路桥上，采用涂层钢筋已成为必要的防腐措施。在海港码头、近海建筑、地下建筑、化工厂房等也普遍采用了这种钢筋，在桥梁方面涂层钢筋占总用量的70-80%，在其它结构建筑方面占钢筋总量的6-7%。该项技术由美国引进到加拿大、日本、香港和欧洲等国。经

38、过近30年的发展，涂层钢筋的材料和生产工艺已相当完善，应用技术和范围也越来越广泛，已广泛扩展到各种水上和沿海地区的工程上，如码头的浪溅区、跨海的桥墩和基部、海底通道的内外侧等，价格也普遍被业主接受。如印度政府交通部于1994年要求建设离海50km以内的沿岸地区的桥梁公路宜采用涂层钢筋。美、英、日等国早于80年代颁布了有关产品、设计、施工等方面的技术规范。有美国材料标准：ASTM A755-95a、ASTM A934M-95；英国BS7295-1992；日本：JSCE1985以及国际标准化组织ISO14654（1995）等。2、 国内的应用状况过去，国内对混凝土结构钢筋混凝土多只采用提高混凝土本

39、身的耐腐蚀性方面做了措施。但随着构筑物的防腐蚀寿命要求越来越高时，开始采用了钢筋进行防腐，以弥补混凝土保护层防腐性能的不足。目前国内已有两个码头采用了环氧涂层钢筋技术，在香港在90年代已在机场、跨海大桥、高架桥、高层建筑上采用了涂层钢筋。以前国内推广该技术进度较慢主要阻力是涂层的价格较贵，目前国内已研制的涂层材料无论从性能指标上还是从价格上都比国外有优势，而且性能价格比越来越高。在钢筋涂层的涂装规范、检测和施工规范已逐渐完善，制定了建设部JG3042-1997环氧树脂涂层钢筋行业标准和国家标准GB/T 18593-2001熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装，为该项技术大规模推广应用奠定了良好的基

40、础。通过国外几十年的工程实践和国内的小规模应用，工程技术人员积累了丰富的经验：1、 涂层钢筋在施工过程中必须比普通钢筋严格，以保证进入混凝土中的钢筋涂层的完整性。2、 按照国内外相关的标准和施工规范对涂层的现场吊装、储存、涂层的修补、涂层钢筋的现场安装和制作及混凝土的振捣的要求是完全可操作的，一般的施工队伍只要熟悉操作规程，文明施工。3、 一次性的投资费用有所增加，但能大大提高混凝土结构的耐久性，减少以后的维修费用，避免灾难性事故的发生。四、环氧涂层钢筋的涂装工艺及技术要求1、 涂层材料熔融结合环氧粉末涂敷钢筋的涂层材料主要成分有环氧树脂、耐碱填料、增韧剂、固化剂、流平剂及有关助剂，按照特定的

41、粉末涂料的制造工艺进行生产。关于熔融结合环氧粉末的涂层性能，在上一章中已详细介绍，由于具有高的化学稳定性，强的结合力和好的机械强度，使得用这类涂料进行涂敷钢筋的防腐性能，高出于其它涂层材料的性能，成为防腐钢筋不可替代的产品。2、涂装工艺流程检包装(堆放、运输保护)合格品（氯化盐<20mg/；无油污）不合格品不合格品涂层及型式试验不合格品钢筋表面清洗(除盐、油污)钢筋预热(除潮气或不合格涂层)喷（抛）射(除锈及附着物)涂层冷却检检合格品（等级Sa21/2，清洁度95%）合格品（厚度:130-300m、连续性）标识感应加热（约232）静电涂敷2、 涂层的技术要求和质量控制涂层的技术要求和质量

42、控制可依照建设部JG3042-1997环氧树脂涂层钢筋行业标准和国家标准GB/T 18593-2001熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装的要求制定，标准见附录。主要控制涂层材料有足够的抗化学腐蚀、湿热环境腐蚀、阴极剥离、抗氯化物的渗透性，涂层钢筋与混凝土之间的粘结强度不低于普通钢筋的80%。一般通过涂层的厚度、涂层的连续性和弯曲性等三项指标判定涂层的制作质量依据。 五、涂层钢筋的工程预算据初步估计，本项码头混凝土钢筋约为3000吨，国内可根据业主提供普通钢筋进行涂装加工，加工费用为：2000-4000元/吨。（具体价格与钢筋直径大小有关）。由于采用涂层钢筋将提高900万元的防腐费用。但是它所起到

43、的防腐效果，要远大于这些费用，尤其对于这百年大计的工程，其作用更加明显。第三章 钢结构防腐蚀一、 前言社会和经济的发展对交通运输的“先行官”的角色更为重视。而新材料和先进制造技术的进步又促进交通运输业的发展，以桥梁为例，桥梁由横卧江河到跨越海湾和海峡、跨海大桥的建设为高速公路和铁路的延伸提供了可能。由于跨海桥梁是建在环境相当恶劣的海上，海洋大气的严重盐雾腐蚀是设计和建造过程中必须非常重视的课题。为了安全和节省维修费用，要求对钢铁桥梁提供合理的防腐蚀涂料方案。桥梁的类型、结构、材料、尺寸和地理位置与选择的保护方案密切相关。钢桥所暴露在野外环境中的钢结构等表面与周围介质（水气、盐份等）极易发生化学

44、及电化学作用，当涂层性能较差时便会破坏涂层使钢铁产生锈蚀。对钢铁桥梁的防腐蚀早在18世纪末欧洲一些国家就已意识到进行保护性涂装的重要性。多年来我国在钢桥防腐蚀涂装方面也投入了大量人力、物力，现在武汉长江大桥铁路桥面系纵梁因锈蚀而更换的事实，使我们更加清醒地认识了钢桥防腐涂装的重要性。东海大桥地处亚热带东南季风海洋性气候区。大气中盐雾富集，是典型的海洋性大气腐蚀环境。要求采用长效防腐蚀涂装体系对桥梁的钢结构进行有效防腐蚀保护。二、 钢结构桥梁防腐蚀涂装体系1、 桥梁钢结构防腐蚀涂装的发展历程由于铁路钢桥防腐蚀涂装的现实要求，随着世界上钢铁防腐涂料工业的发展，铁路钢桥防腐蚀涂装技术取得了长足的发展

45、和进步。50年代，铁路钢桥防护油漆是以采用天然原料为主的低档涂料，防护性能差，部分桥梁一年后就出现严重腐蚀。60年代，开发了由片状锌铝粉作颜料并与长油度季戊四醇醇酸树脂制成的面漆（灰色户外面漆或灰铝锌醇酸磁漆）。因片状锌铝粉能反射紫外线，抗褪色性及抗粉化性比以往任何灰色面漆大有改善，同时由于片状层层相叠，水汽就不易通过，增强了防蚀性能。70年代，进一步开发出当时具有国际先进水平的灰云铁醇酸磁漆，并在其原料筛选、配方调试以及漆膜耐侯性等方面做了大量工作，解决了灰铝锌醇酸磁漆不能耐二氧化硫、不适于行驶蒸汽机车的桥梁上涂装使用的问题。最后于1976年以云铁醇酸面漆调和云铁聚氨酯底漆和红丹防锈底漆，分

46、别正式涂装于南京和武汉大桥。保护寿命长达5年以上，该漆成为我国后来近20年钢桥的主要涂装涂料。80年代以来，随着交通事业的迅猛发展，各种形式大跨度钢桥被大量采用，钢桥保护涂装也提出了新的要求，适应这一形式我国已把保护期达20年的钢桥涂料列入重点攻关项目。现在，环氧富锌、氯化橡胶、无机富锌等系列新型防腐涂料已广泛在公路钢桥上采用。武汉长江大桥，是建国后修建的规模最大的钢结构桥梁。钢梁防腐涂装，底漆采用红丹防锈漆，面漆采用钢灰桥梁面漆，或长油度醇酸瓷磁漆。但当时钢灰桥梁面漆仍存在不耐紫外线，开发了由片状铝锌粉作颜料、抗紫外线的户外面漆或灰铝锌醇酸磁漆。并用于南京长江大桥。南京长江大桥于1968年1

47、2月29日建成通车。钢梁涂装，底漆采用红丹防锈漆，面漆采用灰色户外面漆。部分铁路纵梁上盖板，采用工厂热喷锌防护。“八五”期间随着涂料工业的发展，公路钢铁涂装技术的发展，大型钢结构防腐涂装保护的重要性也逐渐被人们认识和接受。与此同时，铁路钢桥也逐步采用性能更优、保护寿命更长的新型涂料，避免铁路运营过程中经常性的大修工作，新荷线长二桥和芜湖长江大桥钢梁采用环氧富锌底漆环氧云铁中间层聚氨酯面漆的涂装配套方案。2、 钢结构桥梁防腐涂装体系选择21铅系防腐涂装系统钢桥的腐蚀，目前仍然主要采用涂装的方法加以控制。涂装用的涂料系统的选用，考虑的主要因素是桥梁所处的自然环境、使用的年限，同时与结构类型、施工方

48、法也有一定关系。目前，绝大多数所采用的涂装系统大体上是以铅系防锈涂料为主体的涂装系统和以富锌涂料作为底漆的涂装系统。以红丹防锈漆灰云铁醇酸面漆的铅系涂装系统，在我国铁路钢桥防腐涂装方面已有了几十年的成功历史。这种体系，防锈性能好，对基底表面处理要求相对较低，涂装施工方便，涂料、涂装和管理费用便宜。所以，长期以来，以铅系防锈涂料作为底漆的系统一直是桥梁钢结构防腐的主导体系。但是，对长大型桥梁，尤其是维护比较困难的桥梁或桥梁某些维护比较困难的部位，上述涂装系统的耐久性和维护涂装的经济性则显得不尽人意。另外，铅系防腐涂料不符合环境保护的要求，施工中劳动强度大，实际使用上已趋向选用重防腐蚀涂装系统。2

49、2重防腐蚀涂装系统与铅系防腐涂料为主体的涂装系统相比，以富锌涂料为防锈底漆的，使用氯化橡胶、聚氨酯等合成树脂涂料的涂装系统，具有长时间的耐久性，维修周期可以大大延长。这种涂装系统常被称为“重防腐蚀涂装系统”。重防腐蚀涂装系统在国外已有成功使用的例子，在我国已开始在大型桥梁上使用重防腐蚀涂装系统来进行防腐蚀保护。以富锌涂料为防锈底漆的，使用氯化橡胶等合成树脂涂料的涂装系统，具有长达2050年的耐侯有效期，目前在国内采用的大致有如下3个方案：环氧富锌底漆环氧云铁中间层丙稀酸聚氨酯面漆（或氯化橡胶）。（水性）无机富锌底漆环氧云铁中间层丙稀酸聚氨酯面漆。热喷锌（铝）层环氧云铁中间层丙稀酸聚氨酯面漆。从

50、理论上、研究实验结果以及实际作用上，无机富锌的防腐蚀性能均要比环氧富锌要好，这一点在国内、外均已达成共识。无机富锌漆可直接与钢铁表面反应生成硅酸铁，是化学附着，故附着力很强；环氧富锌是物理附着，故不及无机富锌。由于无机富锌与底板的附着靠化学反应生成硅酸铁，故要求表面光洁；而环氧富锌靠的是物理附着，又有湿态附着力，所以无机富锌在使用前对钢铁表面的处理要比环氧富锌漆严格，须达到Sa2.5级。两种除锈等级在我国实际使用中均可以实现。无机富锌涂料作为水性涂料历经3代产品，最早用钠水玻璃，现已发展锂水玻璃、钾水玻璃硅酸三种。以锂水玻璃作为溶剂，火焰切割面及焊接热影响区不必磨边加工，可焊性好，延伸性能好。

51、而热喷锌（铝）层，则必须在热喷前对钢铁表面进行Sa3级的除锈，钢铁表面须具有均匀一致的金属光泽，达到一尘不染的纯亮程序，这对我国来说在实际操作上确有相当大的难度，特别是对大面积的钢铁表面更难以保证。实际上，无机富锌漆之类的防腐蚀原理同热喷锌（铝）层一样，均属阴极防护范畴，但无机富锌漆之类是节能的“冷镀锌”。无庸置疑，热喷锌（铝）层的防腐蚀效果是十分良好的。钢结构防腐蚀涂装，一般分为底漆，中间漆和面漆，在大型钢桥重防腐蚀涂装系统的3个配套方案中，、方案目前在国内正在大面积推广使用；鉴于方案表面处理要求难度大，耗能费用高、施工进度慢，但考虑其良好的防腐蚀效果，在局部使用仍具极大的运用价值。近年来，

52、为适应重防腐个别涂装的需要，又有底面漆厚膜涂料出现，采用高压、无机喷涂技术，一次可以喷涂装几微米、甚至几毫米，在大型钢结构工程中得到迅速广泛的应用。3、 钢结构工程涂装工艺要点表面处理钢材涂漆前表面处理的好坏，直接影响涂料性能能否得到充分发挥，常用行之有效的方法是喷砂或喷（抛）丸处理，达到瑞典SIS055900除锈质量等级标准Sa2.5级Sa3级，即彻底去除钢材表面锈迹、油污、尘土、污水等一切赃物，确保在涂漆前表面清洁、干燥。首先要选择好喷涂工具和设备、刷涂、辊涂、空气喷涂、高压无气喷涂、静电喷涂等，都应根据具体条件进行选择，每种喷涂方法都各有优缺点和应用范围，但对于大型钢结构工程，一般选择高

53、压无气喷涂较好。不仅喷涂漆膜质量好，而且效率高，关于漆膜厚度的控制，十分重要，已经实验证明，涂层厚度与保护寿命呈直线关系，漆膜厚度直接影响整个涂层的防护能力。因此，要进行控制，并道道检查，此外，关于涂料施工黏度的调整，一般应以能喷涂出均匀一致的漆膜为准，黏度过稀，漆膜容易流挂，而过稠则易起皱、堵塞等。总之，必须制定一份切实可行的涂装工艺规程，并严格执行。加强涂装现场管理大型钢结构工程涂装现场更需要严格的现场管理。主要内容包括：人员培训、工艺与工艺纪律、质量控制、材料定额管理、工具与装备管理、喷涂环境控制及现场文明生产、消防、卫生等等。三、 大桥主要钢结构的防腐蚀保护方案东海大桥是一座主通航孔采用倒Y型双塔单索面斜拉桥、三个副通航孔均采用四跨变高度连续梁结构悬索桥。对整个桥梁的防腐蚀保护对象主要有上部结构全钢箱梁主桥梁、悬索的钢丝缆和主桥面的钢护栏等。下面就其他部位采用的防腐蚀涂装配套体系的方案作建议：1 主桥钢加劲梁构件由于建造桥梁的时间较长，需要参照造船工业使用的车间底漆对钢板先进行预处理保护。采用的车间底漆中，富锌底漆体系的性能要比不含锌粉