夏錫瑞

（中國電力工程有限公司，北京 100048）

海洋環(huán)境結(jié)構(gòu)物分為海岸結(jié)構(gòu)物和海上結(jié)構(gòu)物。海岸上的結(jié)構(gòu)物設(shè)施有碼頭機械設(shè)備、海岸電廠、海岸鐵道、運輸設(shè)備及其他設(shè)施結(jié)構(gòu)物等，這些設(shè)備結(jié)構(gòu)受到海洋大氣環(huán)境的腐蝕。海上結(jié)構(gòu)物包括，海洋石油鉆井平臺及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備、艦船、海上大橋、港灣棧橋等。相對于海岸結(jié)構(gòu)物，海上設(shè)備結(jié)構(gòu)的腐蝕更加嚴酷。僅靠金屬結(jié)構(gòu)物自身的抗蝕能力，很難達到預(yù)期效果[1-5]。

1 結(jié)構(gòu)物區(qū)域

典型的海洋結(jié)構(gòu)區(qū)域的劃分如圖1所示。

在海水飛濺區(qū)，由于干-濕交替作用，陽光紫外線暴曬使有機涂層產(chǎn)生粉化、變色等。在全浸區(qū)和潮差區(qū)的水下部分，有機涂層的主要破壞形式為起泡、生銹、脫落。海水環(huán)境中有機涂層起泡是最普通的早期破壞現(xiàn)象。起泡通常是漆膜局部喪失防腐蝕能力的最早外觀表征。表現(xiàn)為：吸水腫脹、氣體起泡、滲透壓引起發(fā)泡、損傷起泡等[6-9]。

圖1 大型海洋構(gòu)造物

張三平等曾對數(shù)種無機富鋅和有機（環(huán)氧）富鋅涂層，參照美軍標準DOD-P-24648方法：將150mm×75mm面積試樣中部保留?40mm的圓面積不涂保護層，露出基體。試樣浸入人造海水（室溫）中，觀察出現(xiàn)紅銹的時間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種環(huán)氧富鋅涂層的試樣中部出現(xiàn)紅銹，幾種無機富鋅涂料無紅銹產(chǎn)生。這是由于鋅粉犧牲陽極作用使鐵得到了保護。在顏料中加入鉻酸鹽、磷酸鹽可使鋼鐵發(fā)生陽極鈍化，而阻滯腐蝕的陽極反應(yīng)。另外，提高涂層與底金屬的結(jié)合力，可增加金屬電化學(xué)腐蝕的阻抗[10]。

2 海洋環(huán)境結(jié)構(gòu)物防腐涂裝

由于在海洋環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)物金屬材料的腐蝕受多種因素的控制，且各種不同區(qū)帶條件下，影響腐蝕的作用因素又有不同。因此在海洋環(huán)境結(jié)構(gòu)物防腐涂裝的設(shè)計上，首先應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)物所處的環(huán)境條件，另外還應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的保護壽命，施工環(huán)境條件、造價等因素，來選擇涂層體系和涂裝施工。

2.1 涂裝設(shè)計的重要因素

涂裝設(shè)計的因素見圖2。

設(shè)計要素中，保護年限是一個抽象的概念，應(yīng)提出涂層的維修年限或需要更替涂層的年限。在這個年限內(nèi)，金屬結(jié)構(gòu)物的銹蝕程度應(yīng)控制在什么范圍，涂層表面狀態(tài)破壞在一個什么樣的程度內(nèi)。結(jié)構(gòu)物的部位不同，選擇涂料有所差別，在水下，應(yīng)更注重涂層的抗?jié)B透性，而在水線上或大氣區(qū)，面漆耐紫外光的老化非常重要。在維修周期的確定上，應(yīng)考慮采用何種監(jiān)測或檢測手段來判明涂層的破壞程度。維修條件應(yīng)根據(jù)舊涂層的破壞程度和表面狀態(tài)確定涂層表面的調(diào)整和涂裝的厚度范圍等[10-13]。

2.2 海洋環(huán)境對防腐涂層破壞的主要因素

2.2.1 海生物附著污損對涂層耐蝕性影響

海生物附著對保護涂層特別是有機涂層的耐海水腐蝕性能有很大影響。附著力強的海生物如藤壺、牡蠣對涂層的機械剝離破壞，因涂料性能不同而有差異。對于氯化橡膠、氯硫化聚乙烯類涂料，海生物附著剝離后對面漆有破壞。高性能涂層由于涂層抗拉強度高、附著力強，能有效抵抗海生物附著的機械破壞。而一些涂層本身機械強度和結(jié)合力較低，因此抗這種機械損傷的能力差。

圖2 結(jié)構(gòu)物防腐涂裝設(shè)計要素圖

2.2.2 氯離子對涂層和金屬腐蝕性影響

通過對氯離子在涂膜中滲透過程的研究，在有涂膜的情況下，水與氧能在較短時期滲透到金屬表面而引起早期腐蝕，而裸金屬在腐蝕初期氯離子就起作用。氯離子的存在對有機涂層的破壞不像對金屬腐蝕那樣大，但由于海水滲透過涂層膜，對基底金屬腐蝕影響較大，基底金屬的腐蝕使涂膜喪失結(jié)合力，產(chǎn)生起泡。

2.2.3 海水中其他腐蝕因素影響

海水中溶解氧量增大，使氧在涂膜中的滲透量也會相應(yīng)增加，因此加速涂層下金屬的腐蝕。海水溫度對海生物生長繁殖以及在涂層上附著的隨機性，都可能對保護層的防護性能產(chǎn)生或好或壞的影響。海水流動使海水中含氧量增加，流動海水可降低金屬腐蝕的表面擴散層厚度，而加速腐蝕。這種作用對于金屬噴涂層是相同的，但在流速不高的情況下，對有機涂層的腐蝕影響不明顯[6，11]。

3 海洋環(huán)境對防蝕涂層的性能要求及其選用

用于防腐蝕涂裝的涂料性能，應(yīng)在服役條件下能滿足規(guī)定使用期內(nèi)的防護要求。防腐蝕涂裝對涂膜性能的主要要求見表1。不同類型的涂料性能和對處于不同環(huán)境條件的海洋結(jié)構(gòu)物的防護能力見表2。

4 新型海洋防蝕涂料

由于社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護的需要，對于防蝕涂料的環(huán)境適應(yīng)性的要求也愈來愈高，具有發(fā)展前途的新型涂料，一方面在制造施工過程中注意對環(huán)境的“零”污染，另外在使用中盡量提高涂層的防護壽命以減少維護次數(shù)，以達到節(jié)省資源的目的[11，14，15]。表3列出了一些有發(fā)展前途的涂料。

表1 防蝕涂裝性能的要求

表2 防蝕涂料的特性和對海洋結(jié)構(gòu)物的適應(yīng)性

表3 常用涂料與省資源型涂料

水下大型鋼結(jié)構(gòu)物由于固定，在維護涂層時很難按正常涂層條件施工，此時需用特殊的水下涂層帶水進行涂覆，對其有如下要求：

（1）涂料在水中能在鋼鐵表面附著并固化成膜，首先應(yīng)具有親水性和一定的憎水性。在涂料配方設(shè)計中親水性和憎水性要達到一個最好的平衡。

（2）基料的選擇：主要有環(huán)氧樹脂、煤焦油和焦油瀝青、聚酯樹脂、環(huán)氧丙烯酸樹脂和聚氨酯等，其中以低黏度的環(huán)氧樹脂最好。

（3）潤濕劑的選擇：選用兼有潤濕和固化雙重作用的潤濕劑最為理想。潤濕劑的選用要與基料和固化劑相配合。

（4）固化劑的選擇：應(yīng)具有在水中使基料固化而又不被水乳化的特性。目前較多新型水下固化劑如酮亞胺、帶酮亞胺基的多胺衍生物（701固化劑）、環(huán)氧化聚丁二烯、多胺類縮合無（731固化劑）酚醛變性酮亞胺等。

（5）其他助劑：有填充劑、稀釋劑、促進劑和防老化劑等都根據(jù)基料和固化劑的類型來選用，使其起到增強水中附著力和固化膜的強度及其他性能和施工性能等。