海洋钢结构中的防腐控制

摘要：海洋之中蕴藏着丰富的自然资源，可以极大的推动我国经济的发展，因此做好海洋石油资源的开发具有十分重要的意义。通常大型海洋工程结构的设计寿命一般在20—30年，只使用钢铁此种耐腐蚀性比较差的材料比较难处于一种安全的工作情况。基于此，本文主要探讨了海洋钢结构之中相关的防腐控制。

关键词：石油平台；防腐控制；质量控制

中图分类号： P755 文献标识码： A

引言

海洋环境是一个特定的极为复杂的腐蚀环境，十分恶劣。处于其中的海洋钢结构是一个资金富集、技术密集型建筑物，易受海水或海洋大气的腐蚀。随着条件的不同，材料的耐腐蚀性能会发生很大变化。一般将海洋腐蚀环境分为海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底泥土区等五个区带，而浪花飞溅区的腐蚀尤为严重。海水的冲击加剧了材料的破坏，同时海水中的气泡对金属表面的保护膜及涂层来说具有较大的破坏性，而此区的漆膜比起其它区域要老化得更快，因此全面的腐蚀防护必不可少。

1、钢结构的腐蚀类型与成因1.1、钢结构的大气腐蚀所谓的大气腐蚀主要是指钢结构在空气中，与其中的水蒸汽和氧气等的发生化学和电化学作用而引起的腐蚀现象。钢材在大气中会与水蒸汽在金属表面形成的电解液层，大气中的氧会部分溶于其中从而形成作为阴极，这就构成了一个电解的原电池最基本的两个因素，而当钢材因发生氧化反应而生锈时，所产生的反应物又会影响或促进一步的反应，导致钢材更深一步的锈蚀。1.2、钢结构的局部腐蚀钢结构的局部腐蚀主要包括：电偶腐蚀与缝隙腐蚀，局部腐蚀也是破坏钢结构形态中最常见的。其中，电偶腐蚀的原理也是电化学反应造成的，当钢材与其它金属材料组合或连接时，在一定条件下就会形成原电池，一旦钢材成为这原电池中的负极时，就会加速其腐蚀程度；而对于钢材的缝隙腐蚀，主要是钢结构与非金属的连接的地方形成的缝隙，当这个缝隙的宽度一定范围内，一般在0.025毫米到0.1毫米之间时，液体如水很容易在其中停滞，从而使钢材发现锈蚀，这不但会降低这两材料的吻合程度，也会使钢结构整体的强度下降，但这种情况一般出现在铆接和衬垫中，但这些在大部分施工都会用到而且是必要的，所以钢结构的缝隙腐蚀是难免的。1.3、钢结构的应力腐蚀所谓钢结构的应力腐蚀是指钢材在某一特定介质中，钢结构由于受到拉伸作用影响后，在一段时间内发生腐蚀，而最终导致整个钢结构的断裂与损坏，但其在不受应力作用时不会出现腐蚀现象或者腐蚀程度极小。钢材的应力腐蚀一般很难看到显著的预兆，因而造成的后果往往也是突如其来甚带有极强的灾难性，而且这种事件的发生会给社会个人造成不堪设想的损失，如：管道泄漏、建筑物倒塌、桥梁坍塌等。1.4、钢结构腐蚀造成的危害一般情况下，钢材的表面一旦发现腐蚀，则会形成一个腐蚀坑，由于铁绣的稀松并不能对钢材起到保护作用而且还会使腐蚀进一步加剧，到达一定程度后，一定出现力作用，引起连锁反应，就会更加集中地作用加速腐蚀速度与程度，从而产生不堪设想的后果。这种现象是钢结构腐蚀中的一种，在这种情况下，钢材的抗冷能力以及强度都会随着应力作用的加深而不断下降，造成很多承重构件在无明显的变形的预兆下突然断裂，从而导致建筑物的突然坍塌。

2、表面处理阶段

2.1、表面预清理

从钢厂采办的钢材，一般都带有对喷砂和涂漆产生不利影响的表面缺陷，因此，要对钢材表面进行预清理，即清除钢材表面的油脂、污垢、灰尘、硫酸亚铁、氯化物等。一般采用以下方法：①刮去油脂；②喷洒溶剂进行清洗；③先用清洁剂清洗，然后再用清水或蒸汽冲洗去残物。

2.2、环境条件检测

由于周围环境条件会对喷砂过程产生影响，因此，在此之前要做一些准备工作：(1)挡风处理：因为风力过大会将污染物如盐、喷砂磨料、灰尘或沙土吹到正在施工的区域上从而引起过度堆积或涂料的过喷；加速施工后的溶剂蒸发。

(2)空气温度和底材温度的测量：如果温度过低，则涂料固化时间加长或停止固化；温度过高，则可能出现干喷现象。一般采用表面温度计或红外测温枪测量。(3)相对湿度的测量：相对湿度是空气含水量与该温度空气饱和含水量的百分率，喷砂时的相对湿度不得超过85%，如果过高会导致喷过砂的钢板表面发生冷凝，从而导致表面出现闪锈。相对湿度可采用手摇式干湿温度计测量。(4)露点：露点是水蒸气在表面上发生冷凝，留下水珠时的温度。露点温度必须高出钢板温度3℃才可以进行喷砂及随后的涂装，否则涂层之间的湿气会引起早期的缺陷。通过环境温度、相对湿度即可查出露点温度。2.3表面清洁度检测钢材表面进行喷砂后磨料碎末、粉尘等会残留在表面上，这样会影响底漆的附着力。因材，在底漆施工前必须用空气进行吹除，以防止磨料留在刚刚清理过的表面上，造成日后的涂装缺陷。利用参考标准ISO8502-3判定钢材喷砂后的表面清洁度是否合格。

2.4表面光洁度检测

表面光洁度是指钢材在经过处理后表面的状态，反映钢材表面氧化皮、锈蚀等的程度。表面光洁度的检测可参考SSPC-VIS3判定其程度。

2.5表面粗糙度检测

钢板表面经过喷砂后，就会获得一定的表面粗糙度。但并不是粗糙度越高越好，因为涂料必须能够覆盖住这些粗糙度的波峰，太大的粗糙度要求更多的涂料消耗量。粗糙度的检测可参考标准ISO8503或ASTMD4417判定。测量表面粗糙度的方法。包括样板法，触针法和X-COARSE法。

3、用于海洋的主要防腐蚀方法

3.1、有机涂层钢材及涂装

在海洋的飞沫带、涨落带和海水中，因各个环境不同，不仅腐蚀不同，而且对有机涂层要求的特性也不同。针对实际海洋环境，研究人员用20年的时间调查了海洋结构物的腐蚀和涂装防腐钢材劣化的状况。其中，作为普通涂装的例子，由涂装无机富锌底漆(75μm)和焦油环氧树脂(600μm)的L型钢材的劣化行为，看海洋结构物要求的特性。首先，从涂膜生锈面积率的变化分析，生锈面积比的顺序是涨落带>海水中>飞沫带。这与钢材腐蚀速度飞沫带>涨落带>海水中的顺序不同，涨落带>海水中>飞沫带的顺序易产生涂层劣化。其原因是在L型钢顶部的损伤较严重，所以可能成为漂流物等导致物理损伤的起点。在这样的海洋环境中，涂膜强度低的普通涂层以涨落带为中心损伤增加，要求具有抗冲击性的厚膜涂层。因此，具有1000μm以上膜厚有机衬的防腐技术正在成为主流。此外，在飞沫带和涨落带，涂层厚度20年间减少200-230μm，认为是紫外线的影响。

对于上述劣化现象，作为具有长期耐久性的涂层和兼备耐候性和高抗冲击性等的防腐蚀方法，钢铁厂家制造了涂装2mm以上厚膜聚乙烯或聚氨酯的重防腐蚀涂层制品。其主要对应品种是钢管桩、钢管板桩和钢板桩等。此外，钢板桩原来只对应U型，但现在经过研究开发，可以对应宽幅帽形钢板桩，在加速腐蚀试验中确认了其耐久性。进行有机涂装时，钢材的表面状态很重要。重防腐蚀涂装时，因为直接使用工厂制造的钢材，堆积锈和盐分等的附着问题少。作为有机涂装的方法，是事先进行喷丸处理，在去除表面锈的同时，使表面粗糙。然后，进行特殊表面处理(底漆涂装等)，将粘接层和聚乙烯防腐层熔融挤压包覆，或涂装聚氨酯包覆。

3.2、金属包覆钢材

与传统有机涂层相比，包覆高耐腐蚀性金属材料的抗物理性损伤更强，而且可以完全隔断给予腐蚀反应的水和氧，设施寿命期内的维修最少化，有望降低维修管理所需的总成本。此外，包覆金属时，包覆材料本身的腐蚀决定使用寿命，所以，进行了长期的海洋暴露试验。在此，将通用不锈钢作为比较材，介绍对增加以Cr、Mo为主的提高耐腐蚀性元素，或补充添加高耐腐蚀性不锈钢(奥氏体系、铁素体系和双相系)以及钛的耐腐蚀性钢材，在飞沫带、涨落带和海水中的腐蚀环境下研究的约20年长期暴露试验结果。

4、结语

钢结构检验是钢结构建造的重要组成部分，防腐涂层能否达到预期的工作年限影响了海洋钢结构的实际应用期限，因此防腐蚀涂装是钢结构建造的关键环节。在海洋钢结构防腐之中应该控制好每一个环节，及时找到施工之中存在的主要问题，并且也会极大减少安全隐患的存在以及后期海上维修的成本。

参考文献：

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