海洋環(huán)境是自然界當中最嚴苛的腐蝕環(huán)境之一。金屬材料在海洋大氣環(huán)境或者海水當中極易產生嚴重的腐蝕現(xiàn)象。很多長期暴露在海洋大氣環(huán)境下的螺栓等異形件腐蝕情況嚴重，導致部分螺栓等異形件拆卸困難，結構件之間的連接強度降低，同時給結構件的正常服役和日常的維護保養(yǎng)帶來了新的難題。異形件的腐蝕是普遍存在的，長期以來并未引起人們的關注。而設計者通常比較關心異形件的應力應變狀況、疲勞壽命、沖擊負荷以及斷裂失效等力學性能的變化，忽視由于異形件腐蝕可能帶來的問題。異形件在腐蝕初期階段，表面會產生銹跡，影響美觀，同時，如果腐蝕未得到及時處理，甚至會導致結構件產生腐蝕斷裂，不僅會影響結構件的安全使用，還可能引起安全事故。螺栓等異形件在腐蝕很嚴重的情況下才被發(fā)現(xiàn)和重視，某些設備的螺栓腐蝕、失效甚至會影響結構件的功能，可能會導致設備事故及人員傷亡事故，造成不可估量的損失。所以對于螺栓等異形件的腐蝕情況和防腐措施應給予高度的關注。

一、海洋環(huán)境下異形件腐蝕現(xiàn)狀及原因分析

據(jù)統(tǒng)計，我國每年因鋼構件腐蝕造成的經濟損失高達1 500億元，約占當年國內生產總值的4%，海洋環(huán)境腐蝕損失約占三分之一。提高鋼結構在海洋環(huán)境中的耐腐蝕性是一個綜合性的問題，需要從設計、施工、維護等方面加以考慮。金屬鋼構件在海洋環(huán)境下的腐蝕主要受大氣中的酸性氣體、大氣相對濕度、大氣中的鹽分含量等綜合影響，耐海洋大氣腐蝕性能較差，嚴重影響結構件的正常使用壽命。相較于陸地大氣環(huán)境，海洋大氣環(huán)境水汽含量高，鹽分含量大，金屬腐蝕情況更為嚴峻。另外，在海洋大氣環(huán)境下，金屬表面易附著真菌和霉菌，使得金屬表面的水汽含量進一步增加，腐蝕加劇。據(jù)報道，在自然條件下，50%以上的腐蝕都是由大氣腐蝕引起的，由此可見大氣環(huán)境腐蝕的嚴重性。此外，海水也是一種典型的腐蝕電解質溶液，金屬在實際的海洋環(huán)境中的腐蝕存在3個峰值點，第一個峰值點是浪花飛濺區(qū)，通常發(fā)生在平均高海潮線以上，是金屬構件腐蝕最嚴重的區(qū)域，也是最嚴苛的海洋腐蝕環(huán)境；第二個峰值點發(fā)生在平均低海潮線以下0.5~1m左右，在這一區(qū)域中溶解氧含量大、流速快、水溫高，并且存在大量的海洋生物附著繁殖，容易產生腐蝕；第三個峰值通常發(fā)生在海泥與海水的交界處下方，產生腐蝕電池。螺栓是連接和固定鋼結構的重要零件，但是往往也是腐蝕最嚴重的區(qū)域，設計者對螺栓的防腐要求一般僅限于螺栓出廠運輸、存儲防護，并且在工程應用中，由于間隙較小、結構復雜導致的防護困難，設計通常不會提出具體的防護方案，往往導致其他部位完好，但是螺栓已經開始產生腐蝕。如果不進一步采取措施，腐蝕不斷加劇，直接導致鋼構件的連接強度減小，存在嚴重的安全隱患。與此同時，跨海大橋的鋼索、鋼構件的焊接部分、海上設備的球形節(jié)點、法蘭以及儲罐的邊緣板等異形件由于其結構特殊，在腐蝕防護過程中可能存在較多的缺陷、棱角和縫隙，導致結構件的局部不平整，易產生積水，進而發(fā)生應力腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和電偶腐蝕行為，異形件的腐蝕問題往往很嚴重，是海洋環(huán)境下鋼構件腐蝕防護的短板。

二、螺栓等異形件防腐措施分析

2.1 材料及表面處理工藝

生產螺栓、螺母所用的鋼材都是經過軋制或者鍛造工藝的，通常為珠光體、鐵素體或者奧氏體，此外生產原料當中的硫磷成分含量對產品的防腐性能具有一定的影響。除了硫磷等特殊成分以外，為了適應不同的使用環(huán)境，生產原料中還會限定其他成分的含量。螺栓、螺母等結構件的化學成分不是提高防腐性能的主要因素，其主要的防護手段還是通過外涂層防護。螺栓等異形件的表面處理工藝通常有表面光亮處理、熱浸鍍、電鍍、電鍍+特殊防腐層、發(fā)藍處理，此外還有一些特殊的處理工藝，如達克羅工藝、不銹鋼處理、特氟龍工藝、合金共滲等。

2.2 涂層防護

涂層防護是海洋大氣環(huán)境下最常用的防腐措施，其主要優(yōu)點是成本低、工藝簡單，但是對于基材表面的處理要求很高，而螺栓等異形件因其形狀不規(guī)則，表面處理很難達到要求。此外，防腐涂料在施工操作過程中易產生流掛、漏涂等現(xiàn)象，導致在異形件的局部區(qū)域或者邊緣區(qū)域很難達到所要求的膜厚。因此，在這些區(qū)域表面的涂層易產生鼓泡、剝離現(xiàn)象，并且由于保護時間短，在后期的養(yǎng)護施工時，表面涂層和銹層難以清除，維護成本高。目前，通常考慮選擇厚漿型可覆涂涂料，如環(huán)氧類、聚氨酯類、橡膠類等。

2.2.1 橡膠涂層

橡膠涂層防腐性能優(yōu)越，適用于螺栓等異形件的腐蝕防護。該產品是一種雙組份常溫硫化型橡膠類黏稠液體，硫化后呈中硬彈性體，其主要利用液態(tài)橡膠的常溫快速硫化技術及適用于大多數(shù)常見固體表面的粘接技術，并能和非橡膠物質形成牢固的結合。目前已經在異形件防腐（閥門井、法蘭、閥門）、混凝土基座、管道支架、發(fā)汗管道、銹蝕的螺栓螺母，海洋鋼樁等部件上獲得應用，但是考慮到經濟性問題，尚未在異形件防護領域得到大規(guī)模應用。

2.2.2 厚漿型聚氨酯涂料

在海洋環(huán)境下，異形件重防腐配套體系為環(huán)氧富鋅-環(huán)氧中間層-聚氨酯面層，傳統(tǒng)的聚氨脂涂料通常是低固體含量、高光澤度、高壓無空氣噴涂，一次成膜厚度只能達到30μm，否則可能會產生流掛現(xiàn)象，不能滿足海洋環(huán)境重防腐要求。宜采用厚漿型聚氨酯涂料，厚漿型聚氨酯涂料以含羥基樹脂配合聚苯胺納米復合材料、鈦白粉、云母粉、磷鈦粉、催干劑、防銹顏料等組成A組份，B組份為HDI三聚體。厚漿型聚氨酯具有黏度低、固體分高、理論涂布率高，一次成膜濕膜能達200~250μm，外觀平整光滑，無氣泡，很好的附著力，耐磨性、耐化學介質等性能。廣泛適用于鋼結構設施、集氣站、化工設施、各種儲存罐貯槽，橋梁、電機、火車、汽車、海洋石油服務平臺及構造件防腐等。

2.2.3 可剝離涂層

目前主要研究的可剝離涂層分為熱熔型和溶劑型，熱熔型涂料主要是以乙酸丁酸纖維、乙基纖維素為主要成膜物質，通過加熱將樹脂材料和其他輔助材料混合溶解。熱熔型在常溫下為堅韌的塑料，需要加熱到140~180℃后才能涂覆，施工操作較為復雜，成本較高，并且對施工尺寸也有限制；溶劑型涂料以過氯乙烯樹脂、低相對分子質量的聚苯乙烯、尼龍共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯酸樹脂、SBS共聚物等為成膜物質，將這些成膜物質溶于有機溶劑中，并加入部分輔助材料而成。溶劑型可剝離涂層使用方便，可在室溫下浸涂，因此得到了廣泛的應用。相對于其他涂層，可剝離涂層由于其可剝離性，適用于需要經常拆卸的螺栓等異形件的防護。

2.3 涂油防護

涂油防腐主要是在螺栓等異形件的表面涂覆一層特質油脂（碳鋼螺栓通常采用黃油、不銹鋼螺栓采用石墨鋰基潤滑脂），通過隔絕空氣達到防腐效果。涂油防護施工方便、快捷，無需特殊設備。但是也存在一定的局限性。針對異形件防護時，局部位置不能完全覆蓋，并且防銹油脂長時間與水接觸會產生乳化反應，在干燥環(huán)境中也容易干結。因此，采用涂油防護時，通常需要采取定期檢查和養(yǎng)護的措施，防止由于防銹油的干燥、乳化、揮發(fā)等原因引起的防護措施失效。防銹油也會在空氣當中發(fā)生氧化反應，生成酸性的物質，一方面會加速金屬構件的腐蝕，同時也會破壞防護油脂的結構，使得滴點下降、基礎油黏度增加、流動性變差，另外使用環(huán)境中的水分、塵埃以及有害氣體等也會導致防銹油的劣化。目前部分跨海大橋螺栓等異形件的防護采用涂油防護，螺栓、螺母表面涂抹黃油，外部添加PVC（聚氯乙烯）防護罩，阻止外界水分及空氣與構件的直接接觸，達到防護作用。但是海洋腐蝕環(huán)境惡劣，防護罩容易出現(xiàn)劣化脫落，黃油液化流失，后期導致鋼構件產生嚴重腐蝕，嚴重影響安全服役。

2.4 包覆材料防腐

包覆材料防腐技術采用了3層相連的保護層，從內到外分別是防腐膏、防蝕帶和外部保護劑。此外，異形件防護還采用防蝕膠泥填充局部空隙。防腐膏是包覆材料防腐中最重要的一部分，防腐膏直接與金屬表面接觸，其含有的銹轉化成分可將表面銹蝕的部分轉化為黑色保護膜，保護性密封層的形成可以防止鋼基體的進一步氧化腐蝕，起到除銹和防銹的雙重作用。防蝕帶是纖維無紡布在防蝕溶液中浸泡而成，較為柔軟，在各種復雜的架構表面均可粘貼。防蝕帶在施工后，外表面會發(fā)生氧化聚合反應變得干燥，內表面與鋼基體緊密接觸，以保持柔軟狀態(tài)并達到最佳的防腐性能。同時，浸漬有特殊調制的防腐材料的防蝕帶具有良好的密封性能，可以將基體表面與水、鹽、空氣等腐蝕介質隔離開，從而達到最佳的防護性能。此外，防蝕帶還具有良好的阻燃性和耐候性。最外層的保護劑是可固化的表面保護材料，可以直接涂刷在防腐蝕帶的表面。外表面防護劑可以在空氣中短時間氧化形成耐候性能優(yōu)異、密封性好、堅韌完整的保護膜，有效防止腐蝕介質的侵入和自然老化 。包覆材料防腐具有長久性，防護效果好，通常可以防護15~20a。但是，目前包覆材料防腐成本較高，還不具備大規(guī)模應用的條件，另外，針對經常發(fā)生內漏的法蘭也不適合采用包覆材料防腐技術。

2.5 防護套防護

根據(jù)螺栓等異形件的形狀和規(guī)格，加工標準的防護套，在防護套中添加密封膠，能有效隔絕空氣和水分侵入基體表面。防護套的拆卸十分簡單，并且不影響設備的檢修和拆卸，是一種行之有效的防護方法，適用于大批量標準化施工，以增加美觀性。但是螺栓保護套不適合用于介質浸泡或有水流動的環(huán)境中。

2.5.1 聚硫+防護套

聚硫密封膠作為高檔密封材料，其主要成分為液體聚硫橡膠圖片輔以補強劑、硫化劑、增塑劑等構成。因液體聚硫橡膠的主鏈上存在“S”原子，固化后形成了飽和的-S-S-、-C-S化學鏈段結構，故聚硫密封膠具有優(yōu)異的耐油、耐老化、耐溶劑、耐酸堿的特性，并且耐水性和耐熱性好、透氣率低，具有一定的彈性，與金屬和非金屬的結合力好。通常雙組分的聚硫密封膠，在使用時需要將A、B組分按照一定比例均勻混合，才能固化起到良好的密封效果；單組分聚硫是一種無溶劑的室溫固化密封膠，其主要是利用密封膠與空氣中含有的微量水分產生固化反應，與基體表面活性基團反應形成粘接作用。聚硫密封膠粘接密封性能好、使用壽命長，因其價格便宜，優(yōu)先推薦使用。

2.5.2 環(huán)氧煤瀝青+防護套

20世紀60年代，環(huán)氧煤瀝青已成為一種廣泛應用的高性能防腐涂料。環(huán)氧煤瀝青常用在埋地和地下水的鋼制管道、油輪壓載艙、鋼構件及混凝土結構上的防腐。目前國內在石油化工和城建部門的熱力、煤氣、輸氣、輸油、自來水等系統(tǒng)的埋地鋼質管道和鋼制儲罐的防腐蝕工程中廣泛使用環(huán)氧煤瀝青涂料。環(huán)氧煤瀝青具有耐鹽水性、抗化學性、耐水性、耐油性，耐微生物腐蝕性能優(yōu)異，并且漆膜具有優(yōu)異的耐沖擊性、耐磨性、附著力等物理性能，適用于海洋環(huán)境下異形件的防護。

2.5.3 紫外光固化涂料+防護套

紫外光固化涂料是指在紫外光照射下能夠交聯(lián)固化的一類涂料，因其高效涂裝固化和環(huán)境友好特性，已經廣泛應用于金屬、塑料、玻璃、陶瓷等多種基材的防護。紫外光固化涂料品種繁多，性能優(yōu)異，其成分主要包括反應性低聚物（預聚物）、活性稀釋劑（單體）、光引發(fā)劑、以及各種填料與助劑。光固化涂料是一種無縫密封防火防腐絕緣密封材料，其具有優(yōu)異的耐溫性能、耐化學腐蝕性能及高使用壽命，對一般的酸、堿、鹽、多種有機溶劑和油類、海水以及土壤都具有一定的抵抗作用，可以完全阻礙內外層介質或者空氣的滲透，從而保證基材的長期保護，提供長效的防腐增強作用，適用于重鹽霧、重酸霧等重腐蝕環(huán)境下的各種螺栓等異形件的防腐、防銹及防滲。

三、結語

（1）隨著海洋強國戰(zhàn)略的實施，我國對海洋環(huán)境下的腐蝕問題越來越重視。螺栓等異形件雖然只是工程項目上的小部件，但大都裸露在表面，如果出現(xiàn)腐蝕等問題，輕則影響美觀，重則影響整體構件的強度。螺栓等異形件的防護措施很多，通常單一的防腐蝕措施很難滿足長效防護的要求，必須采取多種方案有效結合，同時開發(fā)新方法、新技術，才能不斷提高異形件的長效防護能力；

（2）針對異形件防護，可根據(jù)使用條件，從服役時間、防護特點、成本等諸多方面綜合分析，可先采取小規(guī)模試點，并逐步形成標準化的施工方案；

（3）研究異形件在含水、含銹等條件下的防護材料及施工技術，同時開發(fā)適合異形件、耐高溫、便于清理和養(yǎng)護的長效防護材料，是目前異形件防護領域急需解決的問題。

四、夢能服務與支持

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