海上风电混凝土承台的防腐涂装.doc

海上风电混凝土承台的防腐涂装海上风电混凝土承台的防腐涂装(优龙(南通)重防腐涂料有限公司)摘要：海上风电项目有着巨大的发展空间，但其恶劣的海洋腐蚀环境对整个系统的使用寿命造成极大的威胁。尤其是混凝土承台由于在现场施工难度大,环境恶劣，潮差腐蚀严重，维修困难，更要引起我们的重视。本文就海上风电混凝土承台的防腐涂装从腐蚀机理到防腐措施做了简单的综述。关键词：海上风电海洋混凝土防腐湿固化无溶剂耐潮湿型涂料0引言我国海上风能资源丰富，据初步测定有8亿千瓦储量，是陆地风资源储量的2到3倍。而且海上风电项目优势明显：年利用时间长，风速较陆上更高，风切变更小，湍流强度小，有稳定的主导方向，因此机组运行稳定、寿命长，单机能量产出大。除此之外，海上风电不占用土地资源，且接近我国沿海能耗负荷中心。海上风力发电经过10多年的发展，在国外已日趋成熟，中国还处于起步阶段有着巨大的发展空间。海上风力发电的方式分为两种，即在浅海的底座式和在深海的浮体式。在沿海滩涂的底座式风电机组，由管桩上浇筑钢筋混凝土承台，在上立风机塔筒。与陆上风电相比，其受到海水、盐雾的腐蚀更为严重。钢结构塔桶的防腐工作可以在陆上进行，施工环境可控，涂层配套也可以借鉴其他海洋工程的成功经验。但是混凝土承台部分由于在海上现场施工，环境复杂、气候恶劣，盐雾多，湿度大，潮汐间隔短，施工难度大，后续维修困难。所以其防腐涂层质量要求更为严格，防腐周期越长越好。优龙(南通)的无溶剂耐潮湿型重防腐涂料be14和es301，由于其独特的湿固化成膜和优异的防腐性能，可以很好的满足海上风电混凝土承台的防腐要求。本文就混凝土的腐蚀机理、涂层的防腐机理、优龙南通公司简介、涂层方案、技术特点等几个方面，对海上风电混凝土承台的防腐涂装做了简单的综述。1海洋环境下混凝土的腐蚀机理简介通常，钢筋混凝土的化学腐蚀主要有以下几种：1)氯离子腐蚀：一般情况下，由于混凝土为强碱性物质，其液相ph值为12.513.5，钢材在这种环境中能形成厚约40m的致密的共格构薄膜(钝化膜)，它不仅可以隔绝氧接触钢筋，而且阻止钢筋内部形成腐蚀电流，因此对钢筋起到保护作用。然而海水中存在着大量的氯化物，氯离子是钢筋最强烈的活化剂之一，当氯离子渗透到钢筋表面、氯离子达到一定浓度时会使得局部保护膜破坏，成了活化态，在氧和水充足的条件下，活化的钢筋表面形成一个小阳极，未活化的钢筋表面成为阴极，结果阳极金属溶解形成腐蚀坑，这种腐蚀成为点腐蚀(铁锈)。铁锈若继续失水就形成水化氧化物红锈，一部分氯化不完全的变成黑锈，由于铁锈成多孔从而伴随着较大的体积膨胀，因此很容易在混凝土中出现顺筋裂缝，引起结构物的永久性破坏。同时氯盐还可以和混凝土中的ca离子反应生成易溶的cacl2和带有大量结晶水、比反应物体体积大几倍的固相化合物，造成混凝土的膨胀破坏。如果水泥中铝酸三钙含量高于8%，其制成的混凝土很容易受到cl-腐蚀。在水位变动区，涨潮时混凝土表层吸饱海水；落潮时被风吹干，盐分析晶，如此干湿交替，又有充分的o2，因此腐蚀严重；而浪溅区(设计高水位加1.5m至设计高水位减1.0m之间)，一方面接触海水浪花，另一方面由于毛细孔作用海水从混凝土内部上升，而且这一部位风吹日晒强度大，o2供给最充足，混凝土内部积累的cl-含量最大，通常腐蚀也最为严重。2)硫酸根离子腐蚀：当海水中存在的so42-进入混凝土表层内部后与混凝土的某些成分反应，生成物吸水肿胀产生膨胀应力，当应力达到一定程度时混凝土就产生裂缝，这种腐蚀作用在不同条件下又有两种表现形式，即e盐破坏和g盐破坏。e盐破坏即钙矾石膨胀破坏，其生成物的体积比反应物大1.5倍多，呈针状结晶，引起很大的内应力，其破坏特征为混凝土表面出现几条较粗大的裂缝。g盐破坏即石膏膨胀破坏，当外界溶液中so42-浓度达到1000mg/l，so42-可与ca(oh)2反应生成石膏晶体，生成的caso4*2h2o体积增大1.24倍，导致混凝土因内应力而破坏，其破坏特征为混凝土表面无粗大裂缝但是遍体溃散，即使浓度不高，但是混凝土处于干湿交替状态，因水分蒸发而导致石膏结晶的g盐破坏也容易发生。3)镁离子腐蚀：镁盐(mgso4和mgcl2)在海水中含量较大，深入混凝土中将和ca(oh)2发生反应。虽然生成的固相物质积聚在孔隙内，在一定程度上可以阻止介质的侵入，但是大量的ca(oh)2与镁盐反应后，碱度降低会使得水泥石中的水化硅酸钙和水化铝酸钙与酸性的镁盐反应，同时生成的mg(oh)2还能与铝胶、硅胶缓慢反应造成混凝土粘结力减弱，导致混凝土强度降低。4)碳化作用：空气中的co 2与混凝土中的ca(oh)2和水化硅酸钙反应，导致混凝土碱度降底、碳化层的收缩裂缝和混凝土本身的竕化，同时也可能导致钢筋表面钝化膜的消失。混凝土碳化受多种因素影响，混凝土的组成材料、配合比、环境条件如温湿度、co 2浓度等。2欧美龙涂料用于混凝土的防腐机理采用长效防腐涂层在陆地上的无水状态下涂装混凝土承台、桥墩等钢筋混凝土结构是较为方便实用的方法，它可有效地阻止氯化物、氧气、二氧化碳和海水等腐蚀介质进入。但对于处在海里的钢筋混凝土承台却不是容易的事情了，由于混凝土本质上是水化的硅酸盐，具有高极性，多孔性和吸湿性等特点，所以退潮后混凝土在很长的时间里处于100%潮湿状态，而涂装工作只能在很短的潮汐间隔进行，要求涂料必须能在潮湿表面涂装，加之潮水很块涨起，所以还要求漆膜能在短时间内有一定强度，能抵挡海浪的冲刷，并在水里继续固化。要解决这一难题，必须要突破潮湿固化、高附着力、水下固化和涂料透气性等技术难题。为了解决这个问题，欧美龙涂料采用独有的无溶剂环氧技术，选用亲水高性能重防腐环氧树脂和专有助剂和特殊固化剂，制造出在100%潮湿的混凝土表面直接涂装的重防腐涂料be14和es301。欧美龙涂料涂刷在水下和100%潮湿的钢筋混凝土结构表面时，通过配位键改进各种组分，使涂层与混凝土基材形成化学键结合。欧美龙特殊改性的亲水高性能树脂形成可疏水的活性基团，配合了漆膜水下或100%潮湿固化反应时所产生的化学强化排水功能，可把从混凝土孔隙中分解出来的水彻底逸出涂层。漆料可充分地渗透进混凝土孔隙中，增强了混凝土的表面强度和密度。当涂层固化封闭后，该疏水活性基团的分子键也随着固化而消失，从而在混凝土表面形成了以化学键作用力和高强度渗透锚固力组成的干燥强固密闭透气涂层。由高性能环氧树脂、专有助剂、混凝土转化物以及特殊固化剂强力化合形成的优龙渗透性强固涂层，坚韧致密，有超强的附着力和优异的防蚀性能，更具有独特的长效疏水透气功能，可长效持久地阻止水分、气体、盐雾等有害介质对涂层的侵蚀危害，涂层随着防腐年限的延长而漆膜性能不退化，有效地解决了在潮差带100%潮湿状态下的涂装钢筋混凝土结构达到长效重防腐的技术难题。3优龙南通公司简介优龙(南通)成立于2005年，和国际知名的海洋重防腐涂料生产商euronavy合作，生产销售生态环保型环氧重防腐涂料euronavy系列产品(100%固体含量，无溶剂，无voc，可适用于100%潮湿表面，无露点限制)以及在技术上具有革命性的、可在水下直接施工的高科技涂料产品。在引进吸收欧洲和美国最先进的涂料技术的基础上，优龙(南通)还自主创新，开发出了具有国际领先水平的欧美龙系列重防腐涂料。在延续了euronavy原有产品特性的的同时，降低了成本，以便更好的满足中国工业用户的需求。目前，euronavy和欧美龙产品已被广泛应用于桥梁、海洋工程、电力、石化等领域，相继在江苏黄海大桥、苏通大桥、中海油长青号fpso、青岛海湾大桥、宁波北仑港、天津港30万吨油码头、国电龙源如东海上风电项目等国家重点工程中得以应用，其优异的防腐性能得到业主和施工方的广泛好评！4混凝土承台防腐方案海上风电机组的腐蚀环境属于典型的海洋气候，根据iso12944-2腐蚀环境分类：c5-m.高盐度的沿海和离岸地带。我们按照腐蚀因素和腐蚀程度的不同分为水下混凝土、潮差带浪溅区混凝土、大气区混凝土三个部位。防腐年限为20a以上。1)水下区域和海泥区(主要为海水和海泥腐蚀。腐蚀程度较弱)涂料设计方案干膜厚度(m)湿膜厚度(m)理论涂布率(/l)底漆be14无溶剂环氧耐潮湿涂料5050 20面漆es301无溶剂环氧耐潮湿涂料10010010面漆es301无溶剂环氧耐潮湿涂料10010010总计250250 2)潮差带混凝土(有海水和充分的空气，干湿交替，腐蚀最为严重)涂料设计方案干膜厚度(m)湿膜厚度(m)理论涂布率(/l)底漆be14无溶剂环氧耐潮湿涂料5050 20中间es301无溶剂环氧耐潮湿涂料1251258面漆es301无溶剂环氧耐潮湿涂料1251258面漆es301无溶剂环氧耐潮湿涂料1251258总计425425 3)大气区混凝土(主要为盐雾和大气腐蚀，腐蚀比较严重)涂料设计方案干膜厚度(m)湿膜厚度(m)理论涂布率(/l)底漆be14无溶剂环氧耐潮湿涂料5050 20中间es301无溶剂环氧耐潮湿涂料1001008中间es301无溶剂环氧耐潮湿涂料1001008面漆fc106氟碳面漆508412面漆fc106氟碳面漆508412总计350418 be14是一种固含量为100%的优异的环氧封闭底涂层，用于混凝土的表面。可直接涂装在湿的或干的表面，与裸露的混凝土或有涂层的混凝土能紧紧渗透粘附。具有优异的附着力(干表面10mpa，湿表面8mpa)、优异的耐海水性能，干燥迅速，施工中无露点问题，且环保无毒，无有害的溶剂气化物和挥发性的有机化合物，是世界范围内性能指标最高的混凝土底漆。es301是具有世界顶级水平的生态环保无溶剂重防腐涂料，双组份，100%固体含量，无有害的溶剂挥发气体，无露点限制，无毒，表面处理要求低，可在100%潮湿的表面直接涂装，也可与be14配套使用，具有杰出的基底和内层粘附力，具备超常的防蚀和保护特性，是有效的水屏障。es301是目前在全世界范围内用于海洋环境下技术指标最高，防腐年限最长的重防腐涂料，被巴西海洋石油公司编入海洋平台防腐标准，是美国海军压载舱防腐指定产品(美国海军唯一批准可在潮湿面施工的防腐涂料产品)、中国南极长城站防腐指定产品。fc106是具有耐候王之称的氟碳面漆，因为其f-c键在所有分子键中键能最大，所以赋予了氟碳漆无与伦比的性能优势，具有超长的保光性、耐候性。美国海军认可用于压载舱的es301涂层平均厚度300m，防腐年限20a；巴西石油公司海洋平台制造标准中潮差带和浪溅区防腐方案为es301涂层厚度450m，防腐年限25a。我们提出在潮差带混凝土的表面采用es301涂层厚度425m，可以确保提供20a以上的防护。iso12944-5防护涂料系统，对于处于c5-m腐蚀环境中的钢结构，给出了明确的涂层厚度参考数值：320m的ep+pu体系可以提供15年以上的防腐保护。对于海工混凝土我们可以参考这一标准，所以本方案在大气区混凝土表面给出了es301无溶剂环氧和fc106氟碳面漆，350m的体系厚度可以确保20a以上的防腐保护。在水下的混凝土腐蚀远远弱于潮差带和大气区，所以250m的体系厚度，也可以确保20a的防腐保护。5优龙南通防腐方案的优点和传统的重防腐解决方案相比，欧美龙重防腐解决方案具有以下特点：生态环保、无毒：首先，涂料具有生态环保配方，无毒性，不含铅、铬等重金属，es301和be14固体含量都是100%，无溶剂，无有害气体挥发，对人体无伤害，可以直接涂装饮用水舱，对海洋环境和生物无污染。表面处理要求低、施工环境要求宽松：欧美龙涂料可在100%潮湿表面施工，无露点限制，对表面处理要求简单，涂装后30分钟即可浸入水中，继续固化。海面上施工常年湿度很大，潮汐间隔短，传统涂料都要求施工时相对湿度不能大于85%，很难满足要求。而欧美龙涂料的这点特性把施工对环境的依赖性降低到了最低，节省大量工期成本。超强附着力：即使在潮湿混凝土表面，欧美龙涂料也具备超常的附着力，最高可达8-10mpa，附着力拉开法测试基本都是混凝土断面。涂层有能力抵抗来自背面的压力，以防止漆膜起泡。这是欧美龙涂层长效寿命的基础。优异的抗水、汽渗透性能和抗氯离子渗透性能：溶剂挥发容易在漆膜上形成针孔，欧美龙涂料是无溶剂涂料，可避免针孔问题；特有致密坚韧涂层具有独特的单向长效疏水透气功能，在保证表面的水气排出的同时，可持久地阻止外界水分、气体、盐雾等有害介质对涂层的侵蚀危害。以es301为例，它在最恶劣的海洋环境下防腐年限高达25a以上，它通过了以下严格测试：100%相对湿度-5000小时盐雾实验-5000小时盐水(6%nacl)浸泡-5000小时碱液(40%naoh)浸泡-3000小时酸液(30%硫酸)浸泡-3000小时70蒸馏水-3000小时抗氯离子渗透0.810-4mg/cm2d优异的耐寒性和耐热性，抗冻融性好：优龙涂料可在零下-40的环境长期工作，是中国南极长城站指定的重防腐涂料；在湿热100的状态下，100小时漆膜无缺陷。优异的耐磨性：涂料漆膜坚韧耐磨，抗磨强度：210-5 g/周(1000周/1kg)，抗冲击性好，能够承受海浪和泥沙带来的冲击和磨损。防腐寿命长：基于世界领先的改性环氧技术、耐水技术以及独创的化学键成膜机理，欧美龙涂层具备传统环氧涂料无法比拟的优秀性能，在耐化学性、耐水等性能方面极为优秀。因此，欧美龙解决方案具有更长的防腐寿命。综合造价低：由于表面处理更简易，工序更简洁、工艺更宽松、工时更节省，对环境无污染，防腐年限更长(维修费用降低)。综合分析，优龙南通的解决方案具