鋼管樁是橋梁基礎(chǔ)的承重結(jié)構(gòu),且不可更換,是最需要關(guān)注的腐蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)。鋼管樁跨越多種腐蝕區(qū)域,腐蝕性最強(qiáng)的是飛濺區(qū),全浸區(qū)和海泥區(qū)的腐蝕性相對(duì)較弱。但是,這兩個(gè)區(qū)域的腐蝕因素卻比較復(fù)雜,處于全浸區(qū)的部分受到海水中溶解的氣體、海水流速、懸浮泥沙、溫度、壓力、海洋動(dòng)植物、微生物活動(dòng)、海洋資源開采、漁業(yè)作業(yè)、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)榷喾N因素的影響,而海泥區(qū)影響腐蝕的因素有微生物、含水量、土壤電阻率、離子濃度等。
鋼管樁是海港碼頭和近海設(shè)施建設(shè)中非常重要的鋼結(jié)構(gòu),是鋼管樁碼頭的承力構(gòu)件。與混凝土樁相比,鋼管樁承載能力大,抗壓、抗拉、抗剪切力、抗震、抗風(fēng)荷載能力強(qiáng);其規(guī)格多,可選余地大,管徑可以達(dá)到2100mm,壁厚6.9~25mm;樁長(zhǎng)易調(diào)整,易于割樁和接樁。盡管鋼管樁的單價(jià)較高,但是單樁承載力高,布樁數(shù)量少,可以縮小基礎(chǔ)承臺(tái),施工進(jìn)度快,后期處理容易,因此綜合效益高。
鋼管樁的防護(hù)采用過熱噴涂涂層,挪威1975年建成的Troms海濱橋,在鋼樁暴露于浪花飛濺區(qū)的部分上噴涂160μm厚的鋁金屬涂層,然后再涂裝封閉涂料進(jìn)行防護(hù)。一年后在鋼樁上出現(xiàn)直徑達(dá)2-6cm鼓泡,鼓泡中發(fā)現(xiàn)紅銹,且大部分表面出現(xiàn)裂紋。隨著有機(jī)涂層技術(shù)的發(fā)展和性能的提高,有機(jī)涂層開始大規(guī)模用于橋梁鋼管樁的防腐。上世紀(jì)90年代后期,國(guó)內(nèi)防腐界開始在碼頭鋼管樁上應(yīng)用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層。該涂料在某種程度上與鋼管形成了化學(xué)結(jié)合,使其具有優(yōu)秀的防腐性能。1997年寧波小港協(xié)和石化碼頭鋼管樁的潮差區(qū)、飛濺區(qū)進(jìn)行了環(huán)氧粉末涂層防腐,工程設(shè)計(jì)壽命為50年,涂層設(shè)計(jì)壽命為30年。涂層厚度設(shè)計(jì)為400μm-500μm,經(jīng)過近20年的使用,涂層依然處于良好狀態(tài)。
碼頭鋼管樁重防腐涂料中,主要應(yīng)用的涂料品種有環(huán)氧煤瀝青涂料、聚氨酯涂料、改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料、聚酯玻璃鱗片涂料、無溶劑超強(qiáng)環(huán)氧及環(huán)氧粉末涂料等。
一、環(huán)氧煤瀝青涂料
環(huán)氧煤瀝青涂料是傳統(tǒng)的防腐蝕涂料,耐海水腐蝕性強(qiáng),曾經(jīng)是鋼管樁上的重要應(yīng)用品種,主要有厚漿型環(huán)氧煤瀝青涂料和無溶劑環(huán)氧煤瀝青涂料兩類。由于瀝青是致癌物,歐美國(guó)家對(duì)環(huán)氧煤瀝青涂料的應(yīng)用限制,因此目前應(yīng)用已經(jīng)不多。
二、聚氨脂涂料
聚氨酯涂料物理機(jī)械性能良好,漆膜堅(jiān)韌耐磨,附著力強(qiáng),耐腐蝕性優(yōu)良,漆膜耐酸堿、抗鹽霧性強(qiáng),用于鋼管樁的聚氨酯涂料,有雙組分固化型、濕固化型和無溶劑聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的固化速度快,即使在冬天也能快速固化。
三、玻璃鱗片涂料
以具有很好的耐化學(xué)性能玻璃鱗片作為主要防銹顏料的涂料,稱之為玻璃鱗片涂料。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境,有環(huán)氧玻璃鱗片涂料、聚酯玻璃鱗片涂料和乙烯基酯玻璃鱗片涂料等。玻璃鱗片的厚度在2~5μm,這樣能保證涂料中有數(shù)十層的鱗片排列,形成涂層內(nèi)復(fù)雜曲折的滲透擴(kuò)散路徑,使得腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散滲透路線變得曲折彎曲,很難滲透到基材。玻璃鱗片片徑縱橫越大,涂層的抗?jié)B透性能越強(qiáng)。玻璃鱗片把涂層分割成了許許多多的小空間,固化后收縮率小,大大降低了涂層的收縮應(yīng)力,減少各接觸面的殘余應(yīng)力,增加了附著力。
四、超強(qiáng)環(huán)氧漆
超強(qiáng)環(huán)氧漆是一種雙組分高強(qiáng)度高性能涂料,特點(diǎn)是高固體分、高機(jī)械強(qiáng)度,耐磨性好。固化后具有優(yōu)良的耐淡水、海水、防腐蝕、耐磨蝕性能。而超強(qiáng)環(huán)氧漆一般在配方中采用中、低分子量混合環(huán)氧樹脂與聚酰胺/聚胺混合固化劑,在固化成膜時(shí),聚胺與低分子量環(huán)氧反應(yīng),形成高交聯(lián)密度的堅(jiān)硬漆膜,而中分子量環(huán)氧與聚酰胺反應(yīng)生成分子間距較大的長(zhǎng)分子鏈,使漆膜具有優(yōu)良的柔韌性。又加入硬質(zhì)填料,從而使漆膜具有突出的耐磨性,耐含泥沙江水、海水沖刷的性能。
五、環(huán)氧粉末涂料
環(huán)氧粉末涂料漆膜堅(jiān)固,耐蝕性強(qiáng),耐酸、堿、抗?jié)駸?、抗鹽霧。環(huán)氧粉末涂料不含有機(jī)溶劑,固體分100%,減少對(duì)人體危害、對(duì)環(huán)境的污染,涂料利用率高,過噴的粉末可以回收利用。鋼管樁環(huán)氧粉末涂料的施工,從表面處理、粉末噴涂、烘烤固化、冷卻成品至包裝,都可以在整條流水線上進(jìn)行,施工進(jìn)度性,減少勞動(dòng)力。但是環(huán)氧粉末涂料在鋼管樁上的涂裝應(yīng)用局限性也是明顯的,流水線一次性投資大,涂料的配色比較困難,流水線噴涂設(shè)備換顏色噴涂較為困難。環(huán)氧粉末涂料用在鋼管樁上的另一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)吊裝打樁時(shí)造成的破損部位,無法進(jìn)行修補(bǔ)。
六、結(jié)語
我國(guó)處于海洋橋梁建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期,橋梁規(guī)模、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及耐久性均較以往橋梁有大幅度提高。海洋橋梁的腐蝕防護(hù)問題日益得到重視,加強(qiáng)其腐蝕防護(hù)工作是保證海洋橋梁耐久性的關(guān)鍵。海洋橋梁的腐蝕環(huán)境包括從大氣到土壤,環(huán)境復(fù)雜多變,必須依據(jù)腐蝕環(huán)境和橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有針對(duì)性地且嚴(yán)密的腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)。橋梁的腐蝕防護(hù)目前仍然針對(duì)混凝土和鋼結(jié)構(gòu)為保護(hù)對(duì)象,提倡采用新技術(shù)、新材料解決海洋橋梁建設(shè)遇到的新的腐蝕問題。橋梁的腐蝕防護(hù)問題是安全和經(jīng)濟(jì)的問題,在耐久性要求大大提高的情況下,提倡采用全壽命經(jīng)濟(jì)方法,轉(zhuǎn)變思路,綜合考慮而非僅考慮初期投資成本,為橋梁能更好的服役做鋪墊。對(duì)目前蓬勃興起的橋梁結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)技術(shù),應(yīng)在橋梁的設(shè)計(jì)中予以大力支持。而對(duì)海洋橋梁的腐蝕監(jiān)測(cè)是維護(hù)在其服役過程安全運(yùn)行的重要保障手段,是對(duì)橋梁按時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)的前提,必須重視。海洋橋梁的腐蝕防護(hù)問題,需要設(shè)計(jì)者、建設(shè)者和管理者攜手共同解決,任何一個(gè)鏈條脫節(jié)都無法保證橋梁的長(zhǎng)期安全。
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