专利名称：：一种海洋用防护钢桩的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及海洋用防护钢桩。
背景技术：
：钢桩包括钢管桩和钢板桩是码头、桥梁、海洋平台、风力发电站等海洋基础工程中广泛使用的金属结构支撑材料，由于在海洋严酷的腐蚀环境下，一般的普通钢材制造的钢桩年腐蚀速率达到12mm/年，而在考虑由于制造和安装过程造成的缺陷以及海生物驻留所产生的局部腐蚀的点蚀的速率比均匀腐蚀要大几倍以上，随着海洋工程从最早的2030年的服役年限提高到100年以上的耐久性的要求，采用高效耐久性的钢桩防腐材料以及相应的防腐蚀措施是迫在眉睫的关键之事，这既符合全球对能源与钢材的节约，也是对海洋基础设施的长期安全性的需求。1.腐蚀环境目前，在许多码头、桥梁、海洋平台、风力发电站等建设中，支撑桩基部位设计采用钢桩。海洋环境下的钢桩，不同高度所处的腐蚀环境不同，将分别在潮差区和飞溅区、水下区和泥下区三个不同腐蚀环境中服役。(l)潮差区和飞溅区该区受到饱和充氧海水的连续循环溅湿，因而对钢桩的腐蚀性相当强。台风期在高风速和水流的影响下，造成腐蚀和磨蚀的相互作用，加快该区域钢桩的腐蚀损伤。因此，该区受到海水飞溅加日照造成干湿交替环境；钢桩表面由于海水飞溅，干燥时间短很难形成保护性的膜层；日光照射加之海浪的冲击作用等等，老化、腐蚀和磨蚀的环境最为苛刻。(2)水下区该区腐蚀情况仅次于飞溅区和大气区，腐蚀状况受海水泥沙含量、盐度、温度、PH值、氧含量、海生物附着、环境污染等因素的影响。流速快，还受到近海海洋细菌和海生物以及工业、生活污水的侵蚀。(3)泥下区泥下地质多数为沙土、粉沙，而且由于该区属于海洋生物和细菌种类及其数量较多，对钢桩具也有一定的腐蚀能力，是钢桩所处的三个腐蚀区域内腐蚀性较相对较弱的区域。2.钢桩腐蚀防护技术发展用钢铁制造的桥梁始于十八世纪后期，如1779年英国造成的科尔布鲁克德尔大桥。但是，裸露钢铁在长期运行中要产生腐蚀，钢结构的腐蚀也给桥梁带来寿命和运行安全问题。因此，钢铁桥梁腐蚀与防护问题一直是人们关注的问题，至今在200多年的历史中，腐蚀防护方法也经历了如下发展过程。2.1早期预留腐蚀余量早期工业发达国家由于钢铁种类比较少，海洋钢桩工程主要采用厚壁的大口径钢管或钢板，依靠钢材自身的腐蚀余量来达到设计寿命。这种方法浪费大量钢铁资源，而且制造和安装费用高，施工周期长，在海洋腐蚀环境由于局部腐蚀和应力腐蚀等不可预见性的破坏导致桥梁过早地报废之事屡见不鲜。2.2采用耐海水合金钢近50年来材料学家研制多种耐海水用合金钢，包括10CrMoAl、316L和蒙纳尔合金等，虽然其腐蚀速率较普通碳钢低2倍多，但价格昂贵，易在焊接部位、应力集中处和海生物附着区域产生严重的点蚀等，严重降低了使用的安全性。2.3阴极保护方法自从阴极保护方法技术开发以来，在海洋环境中的桥梁等钢结构腐蚀和防护中应用相当普遍。但由于海水中裸钢基材上实施阴极保护所需的电流密度太高，通常设计寿命在20年左右，由于电绝缘性低，保护范围和保护均电位性差，需要安装的阳极块太多，施工进度缓慢，维修养护难度较大。阴极保护方法只能对水下和泥下的腐蚀能起到保护作用，且一次施工的保护年限只有2030年左右。如对于使用寿命要求100年以上的跨海大桥应用这种方法，就需要进行多次的更换实施阴极保护的牺牲阳极材料才能达到防护要求，对长期安全运行的可靠性和整体维护的经济性来说，都是让大桥营运商很难接受的。2.4涂层和阴极保护联合防护方法为了改善阴极防护的缺点，近30年来已开始采用阴极保护加涂层联合的方法对桥梁和钢桩进行防护，而且涂层保护的范围只在大气区、飞溅区和潮差区居多。在水下区和泥下区还是单独以阴极保护进行防护。选用的涂层主要有环氧煤沥青、玻璃钢、金属喷涂层加有机涂层封闭体系、普通多层有机涂层和水泥聚合物砂浆。环氧煤沥青一般以环氧树脂为基础树脂，加以煤沥青进行改性以增加涂层的耐海水性和抗细菌的能力。应用在钢管桩的防腐蚀一般用厚浆型为主，涂层厚度在2001000um不等，其虽具有价格居中，涂层的抗水性好的优点，但由于施工过程不易机械化操作，质量不易控制，受环境和气候影响很大，由于加入煤焦油沥青对人体和环境副作用很大，在欧洲已经在近海区禁止使用。一般环氧煤沥青涂层虽为高固体份涂料，但含有一定量的非活性稀料，在成膜中留下部分小分子稀释剂和非活性扩散通道，影响了涂膜的长期耐水性，降低了涂膜的玻璃化温度，引起涂层耐冷热温变性差，特别对热辐射敏感。而且在阴极保护的作用下，涂膜耐超电位性差，沥青涂层只能耐-0.8V(SCE)电位，在-0.85^-1.05V(SCE)正常保护电位下，涂膜易产生阴极剥离而失效。玻璃钢虽然通过玻璃纤维增强了涂层的刚度和强度，但防腐基础还是环氧沥青和煤焦油沥青等，同样存在如上述的问题，而且在施工中玻璃纤维尖端的露出，加速了海水沿着涂料和纤维的薄弱界面产生非活性渗透。玻璃钢的耐磨性一般较差，一旦表面富树脂层被磨蚀而露出纤维，渗透性就会迅速增大，破坏了纤维与树脂的粘合整体性，又促进了磨蚀，如此相互促进，因此玻璃钢衬里层一般不适用于磨蚀严重的环境中。用热喷涂(电弧、火焰、等离子)等方法，将铝、锌或者铝-锌合金加有机涂层封闭的体系，有机涂层常用为液体涂料如聚氨脂、环氧云铁、环氧树脂涂料等，目前国内在海洋环境中最为常用的体系为Zn-Al合金。虽然活泼合金层具有优良的牺牲阳极的保护作用。但含有稀释剂的有机涂层的寿命较短，海水容易沿着孔隙渗透到金属涂层的内部，引起内层金属的加速消耗，形成金属的氢氧化物和氧化物的混合物，产生体积急剧膨胀而鼓泡。而且在钢桩的飞溅区和潮差区氧气浓度富集，底层的含有较多孔隙的金属涂层非常容易消耗完毕，引起外层涂层与基体金属的附着力下降和基体金属产生铁的水合化合物而脱落。该体系在热喷涂过程中产生较多的孔隙和氧化物，在飞溅区和潮差区由于合金涂层消耗太快而无法应用。常用多层有机涂层体系为富锌底漆，云铁中间层，氯化橡胶(乙烯、聚氨脂、环氧沥青等)面漆等构成，其各层起相应的防护功能。涂膜的整体厚度为150350um。该复合多层涂层体系虽然设计理论较为完整，但实际在施工和养护过程中出现很多弊端，主要是涂装过程复杂涂装道数多，层间污染严重，涂装间隔严格，各层之间的相互渗透而产生渗色严重等。由此引起涂装效率低，施工成本高，养护时间长。同样由于涂料含有较高比例的稀释剂，涂膜固化过程中挥发的小分子引起显微针孔较多，严重影响了涂层整体的寿命。由于涂层的交联密度不高，海生物附着严重，产生局部腐蚀介质的浓度很高而影响涂膜的防护能力。在普通水泥中加入合成聚合物所形成的水泥聚合物砂浆，虽然其耐磨性和抗冲击能力很好，用在输水管线和海底管线用得较为普遍。但其成型复杂，体积笨重，在成型过程中如玻璃钢那样产生较为严重的内应力、微裂纹和微气孔，引起涂层的附着力抗渗透能力的降低，在较短时间内由于基体腐蚀产生铁锈膨胀而开裂。综上所述，至今大多数采用一般的防腐涂料进行钢桩防护，这种防腐涂层自身防护性能很差，在海洋环境中也只有515年，只可以适当延长几年，在潮差区和飞溅区涂层由于长期冲刷和撞击的因素使得失效更快，在海水全浸区由于阴极保护产生过保护的影响，涂层在析氢和碱性降解的破坏下容易剥离，海生物容易附着而产生污损等影响，涂层防腐的寿命达不到理想的要求。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种机械性能和抗腐蚀耐老化性能优良，寿命长的海洋用防护钢桩(包括钢管桩和钢板桩)。本实用新型提供一种海洋用防护钢桩，其特征在于主要由钢桩构成，表面按泥下区域、水下区域、潮差和飞溅区域以及大气区域分别涂有03层SEBF-6环氧粉末涂层，SEBF-6环氧粉末涂层的成分按重量百分比为酚醛改性环氧树脂40~60，双酚A环氧树脂020，线性酚醛固化剂020，酚类固化剂5~25，2—苯基咪唑0.3~1.5，硅烷偶联剂0.21，气相白碳黑0.2-3，苯基苯并三唑紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂02，改性聚四氟乙烯蜡05，玻璃粉5~25，滑石粉+硅微粉+云母粉5~30，三聚磷酸铝+铁红+金红石钛白粉+氧化亚铜5~10，颜料0~3。滑石粉+硅微粉+云母粉是指滑石粉、硅微粉和云母粉中任一种或任意多种的混合物，比例不受限制，三聚磷酸铝+铁红+金红石钛白粉+氧化亚铜是指三聚磷酸铝、铁红、金红石钛白粉和氧化亚铜中任一种或任意多种的混合物，比例不受限制。本实用新型提供的海洋用防护钢桩，其泥下区域可以涂单层SEBF-6-l环氧粉末涂层，水下区域涂底层SEBF-6-l和外层SEBF-6-2环氧粉末涂层，潮差区域、6溅区域和大气区域涂底层SEBF-6-l、中层SEBF-6-2和外层SEBF-6-3环氧粉末涂层，涂层的成分按重量百分比为<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本实用新型提供的海洋用防护钢桩，其泥下区域可以涂单层SEBF-6-l环氧粉末涂层，水下区域涂底层SEBF-6-l和外层SEBF-6-2环氧粉末涂层，潮差区域、飞溅区域和大气区域涂底层SEBF-6-l、中层SEBF-6-2和外层SEBF-6-3环氧粉末涂层本实用新型提供的海洋用防护钢桩，其SEBF-6-1涂层厚度可以为》300Mffl，SEBF-6-2涂层厚度为》350Mffl，SEBF-6-3涂层厚度为》200Mm，双层总涂层厚度》650Mffl，三层总涂层厚度》850Mm。本实用新型提供的海洋用防护钢桩，其优点在于其涂层表面的粗糙度与钢桩原材质粗糙度相当，以满足钢桩与钢管桩所在的海洋地质条件——砂土的嵌固强度，且有良好的抗划伤性、抗阴极剥离性能、抗冲击耐磨性、海生物防污性能、耐老化性和抗紫外线的辐照。图1为嵌岩防护钢桩的结构示意图2为摩擦防护钢桩的结构示意图。具体实施方式实施例1嵌岩防护钢桩，其结构如图1所示，主要有钢桩1构成，其泥下区域无涂层，水下区域涂底层SEBF-6-l和外层SEBF-6-2环氧粉末涂层2和3，潮差区域、飞溅区域和大气区域涂底层SEBF-6-l、中层SEBF-6-2和外层SEBF-6-3环氧粉末涂层2、3和4，涂层的成分按重量百分比为原材料酚醛双酚线性酚类2-苯基桂院气相苯基苯改玻璃滑石三聚颜改性A环酚醛固化咪唑偶联白碳并三唑性粉粉+磷酸料环氧氧树固化剂剂里紫外线聚硅微铝+树脂脂剂吸收剂四粉+铁红和受阻氟云母金红胺光稳乙粉石钛定剂烯白粉+蜡氧化亚铜SEBF-6-l40~600~200~1015~250.3~1.50.2~10.2-30~55~1515~305~100~3SEBF-6-240~600~205~1010~200.3~1.50.2~10.2—31~510-2010~255~100~3SEBF各340~600~2010~205~150.3—1.50-2~10.2~30.5—2.02~515~255~205~100~39SEBF-6-1涂层2的厚度为^300Mm，SEBF-6-2涂层3的厚度为》350Mm，SEBF-6-3涂层4的厚度为》200Mm，双层总涂层厚度》650Mm，三层总涂层厚度实施例2摩擦防护钢桩，其结构如图1所示，主要有钢桩1构成，其泥下区域涂单层SEBF-6-l环氧粉末涂层2，水下区域涂底层SEBF-6-l和外层SEBF-6-2环氧粉末涂层2和3，潮差区域、飞溅区域和大气区域涂底层SEBF-6-l、中层SEBF-6-2和外层SEBF-6-3环氧粉末涂层2、3和4，涂层的成分按重量百分比为<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>SEBP-6-1涂层2的厚度为》300Mm，SEBF-62涂层3的厚度为》350Mm，SEBF-6-3涂层4的厚度为》200陶，双层总涂层厚度^650Mm，三层总涂层厚度》850阮权利要求1、一种海洋用防护钢桩，其特征在于主要由钢桩构成，其表面分为泥下区域、水下区域、潮差区域、飞溅区域和大气区域，泥下区域涂单层SEBF-6-1环氧粉末涂层，水下区域涂底层SEBF-6-1和外层SEBF-6-2环氧粉末涂层，潮差域、飞溅区域和大气区域涂底层SEBF-6-1、中层SEBF-6-2和外层SEBF-6-3环氧粉末涂层。2、按照权利要求1所述的海洋用防护钢桩，其特征在于所述单层SEBF-6-l环氧粉末涂层的厚度为》300ixm。3、按照权利要求1或2所述的海洋用防护钢桩，其特征在于:所述SEBF-6-l和SEBF-6-2双层环氧粉末涂层底层SEBF-6-l涂层厚度为》300Mm，外层SEBF-6-2涂层厚度为》350Wn，总厚度为》650um。4、按照权利要求1或2所述的海洋用防护钢桩，其特征在于所述SEBF-6-l、SEBF-6-2和SEBF-6-3三层环氧粉末涂层底层SEBF-6-1涂层厚度为》300Mm，中间层SEBF-6-2涂层厚度为》350Mm，外层SEBF-6-3涂层厚度为》200Mm,总涂层厚度》850Mm。5、按照权利要求3所述的海洋用防护钢桩，其特征在于所述SEBF-6-l、SEBF-6-2和SEBF-6-3三层环氧粉末涂层底层SEBF-6-1涂层厚度为》300Mm，中间层SEBF-6-2涂层厚度为》350Mm，外层SEBF-6-3涂层厚度为》200Mm，总涂层厚度》850Mm。专利摘要本实用新型提供一种海洋用防护钢桩，主要由钢桩构成，表面按泥下区域、水下区域、潮差和飞溅区域及大气区域分别涂有0～3层SEBF-6环氧粉末涂层，SEBF-6环氧粉末涂层的成分按重量百分比为酚醛改性环氧树脂40～60，双酚A环氧树脂0～20，线性酚醛固化剂0～20，酚类固化剂5～25，2-苯基咪唑0.3～1.5，硅烷偶联剂0.2～1，气相白碳黑0.2～3，苯基苯并三唑紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂0～2，改性聚四氟乙烯蜡0～5，玻璃粉5～25，滑石粉+硅微粉+云母粉5～30，三聚磷酸铝+铁红+金红石钛白粉+氧化亚铜5～10，颜料0～3。该钢桩的优点是其涂层表面的粗糙度满足砂土的嵌固强度，且有良好的抗划伤性、抗阴极剥离性能、抗冲击耐磨性、海生物防污性能、耐老化性和抗紫外线的辐照。文档编号E02D5/28GK201381509SQ20082021875公开日2010年1月13日申请日期2008年10月29日优先权日2008年10月29日发明者史杰智,张立新,京李,李晓东,陆卫中,英高申请人:中国科学院金属研究所