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1、东营港码头工程钢管桩防腐措施及应用 摘要：东营港扩建工程二号泊位承台部分桩基共有钢桩458根，为了保证工程设计使用年限，对钢管桩采取涂层和牺牲阳极联合防腐措施。经检测，保护电位满足设计要求，防腐措施科学、合理。关键词：涂层；阴极保护；防腐1. 概述东营港地处鲁西北黄河三角洲5号桩附近，码头主体结构为高桩承台与高桩梁板结构形式。码头2号泊位承台基桩为1200钢管桩。材质为Q345，共458根，单根长度为64m。2号泊位承台的有效使用年限主要取决于桩体的腐蚀性能、防腐蚀技术措施及其防护效果，所以对钢管桩采取有效防腐措施具有十分重要的意义。2. 海洋环境钢管桩的腐蚀及防腐措施海洋中固定式的钢质结构具
2、有典型的海洋腐蚀特征，可分为5大腐蚀区：海上大气区、浪溅区、水位变动区（潮差区、水下区（全浸区）、泥下区。其腐蚀有3个峰值：第1个峰值是发生在平均高潮线以上，由于海水飞溅、干湿交替、盐分高、温度高、日照而造成的腐蚀最为强烈，平均腐蚀率为0.20.5 mm/a；第2个峰值是在水下区（全浸区），通常发生在平均低潮线以下0.51.0 m处，由于此位置与水位变动区供氧充足区域构成氧浓差电池，该部位是阳极区而遭受严重的腐蚀，平均腐蚀率为0.103mm/a；第3个峰值是发生在与海水交界处的泥下区界面以下几十厘米处，由于此处泥浆中氧含量低，与水下区形成氧浓差电池，还有可能存在硫酸还原菌的作用，腐蚀也比较严重
3、，平均腐蚀率为0.030.07 mm/a。目前，国内外根据海洋环境钢管桩的腐蚀机制，减缓其腐蚀的主要措施是涂层和阴极保护。具体说来，对海洋环境钢管桩的大气区、飞溅区、水位变动区进行涂层和包覆层保护，对全浸区和泥下区进加涂层和阴极保护技术联合保护，或者单独采用阴极保护技术进行防腐。3. 东营港区水质东营港区海域海水中的Cl含量及pH值变化不大，Cl含量在16000 mg/L左右，pH值在7.2左右，相应的海水电阻率为30cm，对钢结构具有中等腐蚀性。4. 东营港码头钢管桩防腐蚀方案4.1 技术指标根据相关技术规范、东营港码头设计技术要求、海域条件，确定码头钢管桩防腐蚀方案的技术指标如：码头钢管桩
4、有效保护年限t30a；在有效保护时间内，被保护钢管桩的保护电位为0.851.10 V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，下同）；在有效保护期内，钢管桩的保护度90%，平均腐蚀率0.03 mm/a；在有效防腐蚀期限内，潮差段涂层耐盐雾、耐老化、耐湿热，抗振和附着力强。4.2 防腐方案东营港码头的钢管桩属于海中固定式钢质结构，工作在水位变动区、水下区和泥下区3大腐蚀区，针对3大腐蚀区的腐蚀特点，防腐措施如下：（1）水位变动区：采用牺牲阳极阴极保护与涂层联合保护，充分发挥两种保护方法的各自优势，即在落潮期间，可借助于涂层的隔离作用和阴极保护期间所形成的阴极沉积膜的作用予以防腐蚀；而在涨满潮期间，由于该区
5、段有涂层的存在，不仅具有隔离防护作用，又可大幅度降低保护电流密度，进而使钢管桩电位快速极化到最佳保护电位得到充分的有效保护，保护度满足技术要求。（2）水下区：采用牺牲阳极阴极保护与涂层联合保护，涂层可以减少所需保护电流，延长阳极块寿命，保护度满足技术要求。（3）泥下区：单独采用牺牲阳极阴极保护，保护度满足技术要求。4.3 设计计算4.3.1 环氧重防腐涂料保护（1）涂装面积：考虑到风浪的影响和施工期间的保护，以及为加快水位变动区的极化速度，缩短达到最佳保护电位的诱导期，每根钢管桩涂装范围是：浪溅区和水位变动区为标高+2.201.00 m，长度3.20m；水下区为标高1.0018.00 m，长度
6、17 m。根据钢管桩几何尺寸和涂覆范围，求得单根钢管桩涂装面积如下：浪溅区和水位变动区（+2.201.00 m），A1=3.141.23.2=12.1m2；水下区（1.0018.00 m），A2=3.141.217=64.1m2。（2）涂料的选择：由于钢管桩所处的环境恶劣，水深流急，受风浪影响较大，并且防腐蚀年限高达30 a，要求选用的防腐涂层应具有优异的附着力、良好的耐水性和耐干湿交替性，致密坚硬、耐磨性好。725-H45-ZFl01环氧重防腐涂料采用改性环氧树脂及特种活性固化剂，加入耐磨及抗渗透颜料及各种助剂，使产品具有极优异的附着力，表面硬度高、耐磨性好，耐海水、耐化学腐蚀和阴极保护有良
7、好的兼容性；不含有机溶剂，符合环保要求；采用手工刮涂，工艺简单，维修、补涂方便，并可以在多个现场同时进行施工；施工性能好，涂装一道干膜厚度可达500 m，节约施工时间及费用；涂层干燥迅速并可在水下继续固化。ZF-101环氧重防腐涂料已先后应用于我国各海区20多座码头的钢管桩防腐工程、东海大桥及其它工程，钢管桩防腐总数达到了19500根。选用ZF-101环氧重防蚀涂料作为钢管桩外表面防腐涂装材料，结合牺牲阳极阴极保护联合防腐，钢管桩的保护年限预期可达到30 a。（3）涂料用量：涂层厚度，浪溅区和水位变动区涂层干膜厚度为1=1100 m；水下区涂层干膜厚度为2=600 m。根据涂敷面积、涂层厚度要
8、求、涂料理论用量及施工过程中的涂料损耗，确定涂层一道用量为1.30 kg/m2。单根钢管桩外表面涂装防腐所需的涂料用量为121.5kg。（其中浪溅区和水位变动区：m1=12.1(1.3+1.3)=31.5kg；水下区：m2=64.11.4=90kg）（4）施工工艺：涂装前对钢管桩进行喷砂除锈，粗糙度达到GB/8T923-88中Sa 2.5级喷砂后的钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈等附着物，检查合格后立即将涂料甲、乙、丙三组分按重量比例混合搅拌均匀，进行第一道涂料的涂装，待第一道涂层干透(约2 h左右)后，刮涂第二道涂料。涂装完成后对外观、厚度进行检验，涂层厚度应均匀，涂膜不应有露底、流
9、挂、气泡、粗粒、起皱、返锈等现象。若检验结果不合格，按要求进行补涂。4.3.2 牺牲阳极阴极保护（1）保护面积：东营港码头钢管桩工作条件可分为浪溅区和水位变动区、水下区、泥下区。本工程承台底面高程+1.3m，浪溅区和水位变动区与水下区的分界线为-1.00m，水下区与泥下区的分界线为-18.00m。钢管桩长度64 m。以单根钢管桩为单元进行牺牲阳极阴极保护设计计算。钢管桩各区段的保护面积如下：浪溅区和水位变动区（+1.31.00m）S1=12.1m2；水下区（1.018.0 m）S2=64.1m2；泥下区S3=3.141.242.8=161.3m2。（2）保护电流密度：根据被保护钢管桩的表面状况
10、（有无覆盖层及类型、覆盖层质量）、环境条件（如温度、介质的流速、pH、含盐量、通气程度、微生物的活动）等有关因素，选取的保护电流密度分别为：浪溅区和水位变动区：由于在水位变动区段采用了高性能的环氧重防蚀涂层，具有极低的孔隙度和较厚的膜层，需要的保护电流密度同样较低，考虑到涂层在有效保护期内的破损率，该区段保护电流密度取i1=25 mA/m2；水下区：只是膜厚与浪溅区和水位变动区不同，也具有较低的孔隙度，该区保护电流密度取i2=25mA/m2；泥下区：参照相关规范，充分考虑到钢管桩泥中长度对保护电流密度的影响，泥下区段钢管桩保护电流密度取i3=15mA/m2。（3）保护电流：根据保护电流密度和钢
11、管桩各区段的保护面积，求得钢管桩的保护电流：I=i1s1+i2s2+i3s3=4324.5mA4.325A。（4）牺牲阳极材料与规格型号：本工程采用高效铝合金阳极，该阳极具有重量轻、电容量大、工作电位稳定、消耗率低、电流效率高、表面溶解均匀等优异性能。见表1。表1 铝合金阳极电化学性能阳极种类工作电位(-V,SCE)实际电容量(Ahkg-1)电流效率/%消超率(kg(Ah)-1)溶解情况高效铝阳极1.091.122550903.44表面潜解均匀，产物自动脱落。阳极的形状和安装方式与阳极发生电流密切相关，为了增大阳极的电流输出，设计采用长条状阳极结构，阳极规格型号见表2。表2 高效铝合金阳极规格
12、阳极材料型号规格/mm净重/(kg块-1)毛重(kg块-1)高效铝阳极AI-20800(260+300)275165175根据阳极驱动电位、阳极接水电阻、欧姆定律求得单支阳极发生电流为：Ia=2.212 A；根据单支阳极净重，发生电流和阳极的消耗率求得本方案选用的牺牲阳极有效保护年限t=33.5 a，满足了使用寿命30 a的技术要求。（5）阳极数量：根据被保护的钢管桩所需要的保护电流和单支阳极发生电流，求得东营港钢管桩防腐蚀工程单根钢管桩阳极用量为：N=2支。（6）阳极的配置：按照保护电流均匀分布的原则，每根钢管桩所需阳极焊装在设计低潮位以下1.5m到自然泥面标高之间的区段内。见图1。说明：1
13、.图中尺寸以mm计，高程以m计；2.阳极安装位置：本图为钢管桩牺牲阳极安装位置图，每根桩安装阳极2块。图1 钢管桩阳极焊装部位（7）阳极安装：安装方法采用SR TS208水下湿法焊条水下焊接安装。该法的优点是安装牢固，电性连接良好，可以确保阳极在水下长期安全使用，是国内外应用较普遍的一种安装方法。阳极水下焊接安装的质量控制措施：精心组织、统筹规划，实行项目经理负责制，对施工作业实施全过程监控，做好现场技术质量记录，对施工过程中实施阶段性检查验收：经过工程监督自检后请监理或业主检查，通过后方可进行下一个项目作业。如若发现安装出现质量问题，立即返工，直至达到质量标准要求。（8）电性连接：为了保证每
14、个承台钢管桩阴极保护电位分布的均匀性，在承台建造过程中，需要用钢筋将每座承台中的所有钢管桩焊接成为一体，确保绝缘电阻1。5. 保护电位检测2006年10月27日，借助于数字万用表和便携式铜饱和硫酸铜参比电极（CSE），对东营港码头二号泊位7区、8区、9区和11区承台中的钢管桩保护电位进行了测量，测量结果见表3。从表中可以看出，所测承台钢管桩最正保护电位为-0.99V（CSE，下同），最负电位高达-1.08V，均达到了设计要求，并处于良好的保护状态。表3 阴极保护电位测量记录表序号钢桩编号保护电位(CSE,-V)18-3C-LL41.0328-5-KK11.0438-6C-LL21.0648-8-KK41.0858-2-KK31.0468-1C-LL21.0377-7C-LL41.0387-6-KK51.0197-5C-LL40.99107-3C-LL30.996. 结论东营港扩建码头钢管桩防腐蚀工程选用的涂料性能良好，附着力强，无任何返锈和剥离现象；工程选用的铝合金阳极是高效的，表面溶解均匀，电化学性能稳定；已完成牺牲阳极水下安装的钢管桩保护电位达到-0.99-1.08V，全部处于良好保护状态；选用的钢管桩防腐措施是科学的、合理的。
