800吨船坞龙门吊钢结构防腐方案优化

   中船江南重工公司作为国内最具实力的钢结构制造企业之一，承建了基地中最大的800吨龙门吊。 长兴岛地处东海之滨，为典型的海洋性气候，日照强，空气湿润，近海岸大气中Cl-含量较高。根据800吨龙门吊所处地理位置，龙门吊室外腐蚀环境（钢结构外表面）定义为C4，即腐蚀较为严重的工业及沿海区域环境；其内部腐蚀环境（钢结构内表面）定义为C2，即中性环境[1]。而碳钢在海洋大气环境中穿透深度最大约为0.08mm/a。
   如考虑其他腐蚀因素，腐蚀量会呈几何级增长。因此选择合理的钢结构防腐方案是保证龙门吊安全性和技术可靠性的重要因素。

   通过调研，在800吨龙门吊前期准备阶段，笔者提出800吨龙门吊钢结构防腐方案是一个系统工程，必须从涂装体系选择，钢结构焊接工艺、表面处理、涂装工艺等各要素进行优化，又要兼顾经济性。

2涂装体系优化

涂装体系优化主要依据涂装设计寿命、钢结构所处腐蚀环境、涂装使用调研和不同部位防腐要求不同，并结合工程造价、经济性分析和防腐性能分析等进行。优化流程见下图1。
涂装寿命是指涂装的耐久性，即涂装系统在进行第一次大修之前所期望的保护年限[1]。800吨龙门吊涂装设计寿命为10年。如何确定具体涂料品种以及涂层膜厚以保证10年的设计寿命是优化的重点。

2.1涂装底漆
防锈底漆主要分2大类：热喷涂铝、锌、锌铝合金的金属防蚀镀层；无机和有机（环氧）富锌底漆。传统红丹底漆由于防腐耐久性差和铅污染已经日趋淘汰。
金属热喷涂产生于上世纪40年代，其原理是在钢材表面热喷涂金属铝、锌粉，使其作为阳极，达到阴极保护作用。一般大气环境下，热喷涂至少可以保证钢结构30年的有效使用期[3]。但热喷涂成本较高，施工复杂，工程造价大幅上升。
富锌底漆是另一类高效防锈底漆，其机理也是利用锌粉对钢材表面的阴极保护作用。Zn的电化学活性（标准电极电位-0.763V）比Fe（-0.409V）活跃，在腐蚀介质的作用下，形成Zn-Fe电池，Zn作为阳极被牺牲掉，从而保护阴极Fe。富锌底漆分为无机和有机（环氧）两种，防腐效果均比较优异，在C（4工业和海洋大气）环境中有10年以上的使用经验[4]。由于厚膜型无机富锌底漆表面粗糙，需加粘度较稀中间封闭漆，施工成本高于环氧富锌底漆。
2.2中间漆
中间漆起到隔绝防护的作用，目前常用环氧云铁漆。该漆以云母氧化铁（λFe2O3）为组分，其鳞片状结构类似云母，在涂膜中呈层层叠积状排列，可有效阻挡水分、氧气及其他腐蚀介质渗透，又因为云母氧化铁光敏性弱，化学稳定性好，具有较好的耐候性和抗紫外线的性能。此外，云母氧化铁具有一定粗糙度，有利于底漆和面漆的结合。

2.3面漆
面漆要兼具防腐和美观。目前常用氯化橡胶面漆、聚氨酯面漆和氟碳面漆。其防腐效果和保色保光性能依次递增。氯化橡胶面漆使用时间最早，在上海地区有着多年成功使用经验，价格低；聚氨酯面漆保色保光性能优异，抗紫外线、抗老化、耐候性强，复涂性好，价格适中；氟碳涂料以氟树脂为主要成膜物质的涂料，由于氟元素电负性大，碳氟键能强，具有特别优越的耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性，以及独特的不粘性和低磨擦性，但价格较高。

2.4漆膜膜厚
涂层的漆膜膜厚是保证防腐蚀效果的关键因素。文献[1]根据钢结构所处腐蚀环境和使用寿命对漆膜厚度作出了具体规定如表1。
按上述规定，使用寿命10年的漆膜厚度应不低于150μm（C2）和200μm（C2）。

2.5涂装体系确定
通过涂料配套试验，最终涂装体系如表2，即满足了使用寿命要求，又兼顾了经济性。

3钢结构焊接工艺优化

焊接是钢结构制造基础工艺，如果焊接处理不好，容易导致钢结构腐蚀发生。常见腐蚀有：双金属腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀。

3.1结构设计和焊接方法优化
在制定焊接工艺时，从避免局部应力集中考虑，应尽量减少交叉焊缝；多层多道焊缝应相互错开；焊缝接头避免Y形交接；保留适当的焊缝余高或彻底去除余高。为避免缝隙腐蚀和表面处理考虑，应尽量采用对接焊和连续焊，避免搭接焊和间断焊；为避免焊接缺陷，主焊缝和对接焊缝，采用CO2保护焊打底，X坡口，埋弧焊，无钝边；腹板与翼缘板角焊缝焊接采用CO2保护焊打底，双边坡口，埋弧焊；筋板角焊缝，CO2保护焊。既避免了单纯单面焊和背面清根，又保证了焊缝质量和平滑度，避免了缝隙腐蚀。
3.2焊接工艺优化
合理选择焊丝和焊条，使焊缝熔敷金属与母材的化学成分和机械性能近似，避免焊后焊缝金属与母材电位差较大，而产生双金属腐蚀。同时应严格规定焊接电流、焊接速度，控制焊接线能量。防止由于电流过大，造成咬边，造成缝隙腐蚀隐患。焊前对厚板>34mm）进行预热，焊后立即进行热处理以消除焊接残余应力，减少在特定环境下产生应力腐蚀的风险。
3.3加强焊缝部位的预涂装
由于焊接后，焊缝附近的车间底漆已被破坏，因此加强焊缝预涂装是弥补焊缝腐蚀的有效途径。焊缝预涂装要点：（1）清理焊缝，去除焊接产生的飞溅、焊渣等，打磨手工焊缝，消除余高，并使其平滑，漏焊、针孔和咬边需进行补焊处理。对于搭接焊缝，应采用环氧类堵缝材料进行封堵；（2）预涂底漆采用相同环氧富锌底漆；（3）预涂长条焊缝采用无气喷涂，难以进行无气喷涂的焊缝采用手工刷涂。

4表面处理优化

钢结构焊接表面处理主要有三个目的：（1）清理表面，为涂装作准备；（2）提供合适的表面粗糙度，增加底漆附着力：（3）改善钢板应力水平，降低应力腐蚀风险。根据龙门吊钢结构的特殊性，优化的表面处理要求如下：

4.1钢材表面预处理
钢材表面预处理前清理表面积水、油污及杂物。钢材在下料前应经抛丸预处理，达到GB 8923-88标准的Sa2.5级，表面粗糙度达到40-80μm，喷涂环氧富锌车间底漆15-20μm；型材不能进行抛丸处理时，应采用喷丸处理，达到上述要求。经机械和手工除锈处理的，
处理后表面质量达到St3级。构件成形后作除锈处理的，处理后各表面质量达到Sa2.5级。机械设备罩壳、减速箱外壳、卷筒内壁、开式齿轮两侧等采用喷丸或抛丸除锈。不能用喷丸或抛丸除锈的，采用酸洗除锈或机械手工除锈。

4.2二次除锈
主梁、钢性腿、柔性腿分段结构；上下小车车架，行走机构平衡梁，车架，维修吊主柱、横粱及其它结构件在二次喷丸除锈前应预先打磨清除结构表面的焊瘤、飞溅、毛刺，自由边锐角均应打磨至R2，并进行预涂。各平台、机架等零星构件如不采用二次喷丸除锈则可采用动力工具进行除锈，除锈等级达到St3级。

4.3表面清洁处理
涂装下道涂层前，对除锈过的表面或前道涂层表面进行清洁处理，清除表面沾污的油脂、灰尘、水分、盐分、焊接烟尘、粉笔或油漆记号。各分段、组件结构车间底漆完整的区域,应除去表面锌盐、垃圾、污物、油污等。

5涂装工艺优化

涂装工艺优化重点在于控制漆膜厚度和均匀度，避免涂装质量缺陷，提高经济性。前述涂料的无气喷涂工艺已经非常成熟，在此只分析优化要点：

5.1加强预涂装
预涂装是保证膜厚均匀的关键。除前述焊缝预涂外，锐边、外角处必须预涂，该处通常无法保证正常膜厚；另外，钢结构内角、铆钉、螺栓、螺母等连接处，加强型材的背面也必须进行预涂装。为保证质量，底漆预涂不能采用辊涂。

5.2喷嘴口径控制与喷幅
喷嘴口径大，膜厚就厚，在实际操作中，不能仅依据说明书来指导施工，应根据现场实际环境（如温度、风力、构件喷涂作业条件等）对泵的压力、涂料粘度以及喷距进行检查、试喷，确定可正常操作后进行大面积喷涂。环氧富锌底漆喷嘴易磨损，应及时更换，否则影响膜厚均匀。对于主梁等大平面，应增大喷嘴喷幅，提高效率；对于型材等狭窄钢结构，应调小喷幅，可以有效提高涂层均匀度。在无气喷涂时，应掌握喷幅1/2重叠原则，喷幅重叠多，造成浪费及膜厚不均；重叠少，造成漏喷。

5.3湿膜现场检验
施工人员在施工后，应立即进行湿膜自检，达到有效控制膜厚，以便及时采取措施，防止补涂，造成质量缺陷。湿膜检测采用梳齿湿膜测厚仪，每1m2均布5点，各测3次，取平均值，然后通过涂料的体积固含比和稀释比换算为干膜厚度。通过施工自检，可以随时调整喷涂量，既保证了涂层质量，又节约了成本。需要提醒的是，湿膜测厚仪不能用于无机富锌（溶剂挥发快，检测不准）和聚氨酯面漆/氯化橡胶面漆二道涂料（溶解前道涂料）的检测。

6结语

上述防腐方案顺利通过了专家评审及监理公司的认可，并得以顺利实施。800吨龙门吊已于2008年初交付使用。经过一年多使用情况反馈，涂装质量良好，完全达到了预期效果。该龙门吊钢结构防腐 优化方案为今后类似产品提供了有益借鉴。