廖瑩 李娜 李連軍 胡勁哲 孫叢濤

[摘? 要]：我國每年海洋鋼結構腐蝕經濟損失巨大，海洋高氯的大氣環(huán)境，海水的潮起潮落，浪花飛濺等都是造成腐蝕現(xiàn)象以及腐蝕程度不同的原因。文章根據海洋環(huán)境腐蝕機理，以及各個海洋腐蝕區(qū)帶的特點，針對涂層防護技術、噴涂防護技術、包覆防護技術和陰極保護技術等防腐技術的應用現(xiàn)狀和各種技術優(yōu)缺點進行了綜述，并展望了海洋鋼結構防腐蝕技術的發(fā)展方向。

[關鍵詞]：海洋環(huán)境; 鋼結構; 防腐

TV47A

海洋鋼結構包括海上風機、跨海大橋、海洋采油平臺和海港碼頭等，這些鋼結構長期暴露在海洋大氣中或浸沒在海水中，為腐蝕的發(fā)生、發(fā)展創(chuàng)造了條件。我國是一個海岸線長達3.2×104 km的海洋大國，每年各種海洋工程的維護和防腐花費巨大。2014年，我國各個行業(yè)的腐蝕總成本為21 278.2億元，占GDP的3.34%，人均腐蝕成本為1 555元[1]。因此對海洋工程采取有效、經濟、簡單長期的防腐措施顯得尤為重要，本文根據我國海洋鋼結構防腐技術應用現(xiàn)狀和各種技術的優(yōu)劣勢和進行闡述，并對海洋鋼結構防腐蝕技術的發(fā)展提出了建議。

1 海洋腐蝕區(qū)劃分及其各腐蝕區(qū)腐蝕原理

根據海洋鋼結構暴露條件的不同，可將海洋腐蝕環(huán)境劃分為5個區(qū)帶，分別為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)。由圖1可以看出，浪花飛濺區(qū)腐蝕速率最高，是工程防護的關鍵區(qū)域。

1.1 海洋大氣區(qū)腐蝕

海洋大氣區(qū)是海洋表層以上的大氣部分，該區(qū)域的特點是海洋鋼結構無法直接與海洋接觸，但由于海洋大氣的濕度大，氯離子含量高，并且具有干濕循環(huán)顯著的特點，所以該部分海洋鋼結構的腐蝕速率比內陸環(huán)境高4倍左右。

高濕度的大氣會增強鋼結構表面的毛細吸附作用，增加水蒸氣的凝聚速率，為電化學腐蝕提供了基本環(huán)境，并且空氣中的鹽分（主要是氯離子）含量高，極易溶解在鋼結構表面的水膜里，加上大氣中CO2和SO2進入水膜中，形成良好導電性的酸性電解質，這些都為海洋大氣區(qū)的腐蝕創(chuàng)造了有利條件。另外海洋大氣區(qū)的鋼結構一般都受陽光直射，溫度較高，大大加快了鋼結構的腐蝕，金屬表面真菌和霉菌的繁殖也提供了酸性濕潤的環(huán)境，因此海洋大氣環(huán)境下鋼結構防腐比內陸環(huán)境更為嚴峻與苛刻。

1.2 浪花飛濺區(qū)腐蝕

浪花飛濺區(qū)是5個腐蝕區(qū)里腐蝕最嚴重的區(qū)域，擁有和大氣區(qū)類似的外部環(huán)境，不同的是浪花區(qū)存在海浪飛濺，導致該區(qū)域的鹽分、濕度都遠高于大氣區(qū)，隨著浪花的拍打，自然干燥，實現(xiàn)了頻繁的干濕循環(huán)，加上該部分鋼結構與空氣接觸密切，提供了豐富的氧氣，這些都為鋼結構的腐蝕提供了條件。

除此之外，浪花飛濺區(qū)還發(fā)生氣泡腐蝕、任意性腐蝕和均勻腐蝕。飛濺區(qū)海浪的沖擊壓縮產生大量氣泡，氣泡對鋼結構的腐蝕嚴重，鋼結構表面的涂層會在氣泡的沖擊下加快破損老化，從而進一步加速腐蝕;而任意性腐蝕發(fā)生的原因是海浪會帶來各種各樣的物質，如金屬物質、酸性物質，因此浪花飛濺區(qū)鋼結構的各部分腐蝕程度也不盡相同;該區(qū)域還會產生一種難以區(qū)分陰陽兩極的均勻腐蝕，這些方面綜合導致浪花飛濺區(qū)鋼結構腐蝕最嚴重。

探究氣泡腐蝕的本質對浪花飛濺區(qū)腐蝕防護具有重要意義，目前，國內外普遍認為銹層參與了陰極極化這一觀點[3]，認為這是加快浪花飛濺區(qū)腐蝕的關鍵，但是具體原因仍然是探究熱點。

1.3 海水差潮區(qū)腐蝕

海水差潮區(qū)的特點是隨著海水潮起潮落的周期變化，海洋鋼結構也進行著浸沒、暴露的周期變化，海洋鋼結構伴隨這一特點進行著穩(wěn)定的干濕交替，干濕交替的周期變化會形成類似大氣區(qū)鋼結構表面的水膜，氧氣的擴散比浪花飛濺區(qū)更慢，受溫度的影響很大，同時海水的周期變化也不斷沖擊著鋼結構的表面，發(fā)生大量氣泡腐蝕，破壞鋼結構表面涂層，除此之外，海洋生物也能附著在此區(qū)域的鋼結構上，產生低氧環(huán)境形成氧濃差電池，這些都加速了海水差潮區(qū)鋼結構腐蝕。

1.4 海水全浸區(qū)腐蝕

海水全浸區(qū)是指海洋鋼結構在海水中完全浸泡的區(qū)域，不隨海水的潮起潮落暴露在大氣中。海水全浸區(qū)可分為3個區(qū)域，這3個區(qū)域的腐蝕速率由大到小分別是淺海區(qū)、大陸架全浸區(qū)、深海區(qū)。淺海區(qū)的氧氣充足，幾乎處于飽和狀態(tài)，存在這一部分的海洋生物更活躍，該區(qū)域主要發(fā)生電化學腐蝕和生物腐蝕，由于造成腐蝕的因素更多，淺水區(qū)的腐蝕比大氣區(qū)更為嚴重;大陸架全浸區(qū)與淺水區(qū)相比水流流速，含氧量水溫等都有所下降，這些條件不利于生物的生存，所以該部分生物腐蝕大大減少，海洋鋼結構的腐蝕還是以電化學為主，物理化學腐蝕為輔;深海區(qū)由于較大的壓力，鹽分的溶解量變少，鋼結構腐蝕以應力腐蝕和電化學為主，屬于海水全浸區(qū)中腐蝕最輕的部分。

1.5 海水泥土區(qū)腐蝕

海水泥土區(qū)是指海洋鋼結構埋藏于海底沉積物的部分。這部分海洋鋼結構由于氧氣含量低，是整個海洋腐蝕區(qū)腐蝕最慢的部分。海水泥土區(qū)的腐蝕環(huán)境較為復雜，他具有土壤和海水腐蝕的雙重特點，海底沉積物中存在大量的硫酸鹽還原菌，這些硫酸鹽還原菌產生的硫化物會加速鋼結構的腐蝕，細菌產生的NH3和H2S也會促進鋼結構的腐蝕，這一部分主要發(fā)生電化學腐蝕和微生物腐蝕，是海洋腐蝕區(qū)帶中腐蝕速率最慢的部分。

2 鋼結構涂層技術

海洋鋼結構防腐涂料主要包括船舶涂料、集裝箱涂料、橋梁涂料以及碼頭鋼鐵設施、石油管道、海洋平臺等大型設施的防腐涂料。例如，根據大榭第二大橋的防腐措施[4]，斜拉索的防腐采取多層防護體系，其索體采用鍍鋅鋼絲，單根拉索包裹雙層熱擠高密度聚乙烯護套，使用耐候鋼并經電弧噴鋁防腐，不同部位采用不同涂層或不同技術，體現(xiàn)了現(xiàn)代海洋防腐的高要求。

這些涂料分為有機涂料、無機涂料，他們是保護鋼結構不被腐蝕的有效手段，但是作為海洋鋼結構表面涂料，應比內地鋼結構涂料的標準更為嚴格，對鋼結構表面處理要求更高，還要滿足在海水的長期沖刷下，鋼結構表面涂層不發(fā)生鼓泡破損現(xiàn)象。

目前海洋鋼結構防腐涂料的發(fā)展已經取得了長足進步，但是在某些方面還需要改進和加強。海洋防腐涂料的種類繁多，基礎的環(huán)氧類涂料、乙烯類涂料、富鋅類涂料等，新興的石墨烯防腐涂料、納米涂料等，這些涂料在海洋防腐形勢日趨嚴峻的背景下都具有重要意義。

2.1 環(huán)氧類涂料

環(huán)氧類防腐涂料以環(huán)氧樹脂為基礎的一類涂料的總稱，他通過加入各種填充涂料、添加劑、助劑和改性劑（主要是長效氯磺化聚乙烯橡膠）等，改良環(huán)氧涂料的性質，使其附著力增強，強度提升，并提高環(huán)氧涂料的耐腐蝕性、耐滲透性，得到符合工程建筑防腐標準的材料。

目前環(huán)氧防腐涂料由于其制作簡單經濟，被廣泛應用在橋梁、船舶、海洋平臺、水下涂料、港口等鋼結構中，是應用最廣的海洋重防腐涂料，但應用最廣泛不意味著該種材料沒有缺點，延展性問題是該涂料的突出問題。針對這一問題，曹慧軍等[5]通過改性的高固體環(huán)氧涂料，使其具有了良好的延展性，王雪瑩[6]也通過向傳統(tǒng)環(huán)氧涂料中添加不同粒徑的陶瓷粒，得到了優(yōu)良延展性和優(yōu)良耐海水的環(huán)氧陶瓷涂料。現(xiàn)階段也有將石墨烯添加到普通的環(huán)氧防腐涂料中，借此得到類似環(huán)氧富鋅涂料和玻璃鱗片類涂料優(yōu)秀性能的涂料，使新型環(huán)氧涂料具有陰極保護功能、屏蔽功能和較好的耐腐蝕性能，提高了涂層的耐磨性和附著力，延展性也有了長足的進步，其防腐蝕效果好于現(xiàn)階段大部分船用重防腐涂層。

除了解決環(huán)氧類防腐涂料的延展性問題，還要增強涂料在關鍵部位的附著力。螺栓、法蘭等關鍵節(jié)點的表面處理比較困難，環(huán)氧類防腐涂料的附著力不能滿足實際海洋鋼結構的防腐需求，因此未來此類涂料的發(fā)展可以基于材料本身，增強本身的附著力能力，也可以基于表面處理方法，使關鍵節(jié)點的處理得到簡化優(yōu)化。另外，環(huán)氧類涂料不再是單純的環(huán)氧材料，添加任何材料都有可能使其具有更優(yōu)秀的防腐特性，通過大量的實驗得到最優(yōu)秀的配方也是目前的主要方向。

2.2 石墨烯防腐涂料

石墨烯防腐涂料作為一種新型防腐涂料，主要有純石墨烯涂層和復合石墨烯涂層2種。純石墨烯防腐涂料由于其性質單一，基本不能滿足海洋鋼結構的防腐需求，復合石墨烯涂料由于其復合了各種材料，改良了純石墨烯的防腐特性，能較好適應目前海洋鋼結構防腐蝕環(huán)境。

但是目前大部分的研究都是將石墨烯添加到其他材料中，作為一種輔助材料。石墨烯具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可以在海面大氣中反射太陽光，避免紫外線對涂料的老化影響，另外，研究表明，在其他涂層中添加適量的石墨烯可以提高涂料的整體防腐蝕性能，具體應用體現(xiàn)在向環(huán)氧富鋅涂料和水性防腐涂料中添加石墨烯能夠有效的降低涂層厚度，增加涂層與基體之間的附著力，提高防腐涂層的耐磨性及抗老化性等。徐菲桐[7]將PF-127加入石墨烯中，制備出分散性良好的石墨烯分散液，將其加入到水性環(huán)氧涂料中，得到附著力更強、耐海水腐蝕性能和耐中性鹽霧腐蝕性能更好的水性復合石墨烯防腐涂料，具有廣闊的應用前景。

石墨烯防腐涂料的研究將是未來的研究熱點，不管是將石墨烯作為輔助材料還是基礎材料，研制出制造方便、經濟的石墨烯涂料顯得尤為重要，另外石墨烯作為添加劑的分散方式過于費時費力，合適便捷的分散方法也可以大大提高制作和研究石墨烯材料的效率。

2.3 乙烯基涂料

乙烯基涂料包括乙烯基鱗片涂料、聚乙烯涂料、乙烯基樹脂涂料等，在此基礎上還有厚漿型的乙烯基涂料，乙烯基涂料具有突出的耐腐蝕性、長期耐候性和優(yōu)異的疏水性，近幾年已被國外廣泛應用。目前國外乙烯基涂料在海洋軍艦和海洋鋼結構上應用很多，但是我國對于乙烯基涂料的研究還停留在用于汽車等結構的防腐，幾乎沒有應用在海洋防腐領域里。

根據國外研究將乙烯漆涂在鋼結構涂層厚度達到300 μm，就能有12年的防腐蝕效果。我國在該領域的研究中，孫超等[8]以酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂為主要成膜材料，優(yōu)化了耐熱填料與玻璃鱗片的配比，使涂層在180 ℃下具有優(yōu)異的機械性能和良好的耐腐蝕性能，可應用于酸性海洋環(huán)境。萬浩[9]將其制備的乙烯基丙烯酸聚氨酯疏水防腐涂層浸泡在3.5%NaCl溶液中，浸泡的前24 h內涂層具有較好防護性能，浸泡101 h后介質透過涂層開始對金屬基體產生腐蝕，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段增強乙烯基涂料長效保護是主要目標。

乙烯酯玻璃鱗片涂料和酚醛環(huán)氧是涂裝脫硫塔最合適的選擇[10]，但是運輸儲存施工對溫度要求嚴格，如何減少這種運輸儲存成本與風險也是未來發(fā)展的方向。另外乙烯基涂料在我國也具有較大研究價值，利用乙烯基涂料的優(yōu)異疏水性，廣泛應用在海洋鋼結構上，實現(xiàn)海洋鋼結構防腐涂料的多樣化。

2.4 玻璃鱗片涂料

玻璃鱗片涂料以樹脂為主要成膜材料，由于主要填充材料為玻璃鱗片，故這類涂料具有較強的耐腐蝕性、優(yōu)異的耐候性和良好的抗?jié)B性，玻璃鱗片在涂料中的作用過于突出，因此單獨將其歸為一類。

然而，由于添加了玻璃鱗片，玻璃鱗片與樹脂的相容性差，必須對玻璃鱗片進行處理。宋玉強[11]將甲苯-2，4-二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯和Y -（2，3-環(huán)氧丙基氧基）丙基三甲氧基硅烷作為活性橋接劑，制備了3種表面活化接枝玻璃鱗片，這些材料可以解決玻璃片與樹脂相容性差的問題。當然這是解決問題的一種思路，不局限于只處理玻璃鱗片。殷勇[12]通過材料聚氨酯一脲、腰果油改性酚醛胺樹脂、剛玉粉，改良原本玻璃鱗片材料，開發(fā)出具有良好相容性的高性能玻璃鱗片涂料，該涂料可憑借其優(yōu)良耐化學介質性能、耐老化防腐性能、平衡的施工性和經濟性，完全適用浪花飛濺區(qū)和海水潮差區(qū)。

目前關于玻璃鱗片涂料改性的研究并不多，但是都反映出玻璃鱗片制備出的涂層差異性較大，如何解決這種差異，合理控制這種差異是制造玻璃鱗片類涂料亟需解決的問題。

2.5 聚氨酯防腐蝕涂料

聚氨酯防腐涂料最突出的特點是優(yōu)異的耐酸堿鹽性，因聚氨酯是由氨基甲酸酯鍵、輕基、異氰酸酯鍵等官能團組成，其耐腐蝕能力和耐候性都表現(xiàn)良好，常規(guī)力學性能也顯著由于其他涂料。聚氨酯涂料目前被廣泛應用在海洋鋼結構上，海上作業(yè)平臺，船舶橋梁等工程的防護面漆。

聚氨酯防腐涂料是一種高固型、低VOC含量的涂料。隨著涂料的環(huán)保綠色化，開發(fā)高性能水性、高固型、低VOC含量的聚氨酯防腐涂料是未來的發(fā)展方向。此外，改性聚氨酯類重防腐涂料也可以開發(fā)和使用在惡劣的環(huán)境，如船舶，航空航天，核電設施，發(fā)展環(huán)保型水性聚氨酯防腐涂料和高固體聚氨酯防腐涂料也將成為未來的發(fā)展方向之一。

2.6 富鋅防腐蝕涂料

富鋅防腐蝕涂料是以環(huán)氧樹脂和聚氨酯樹脂為主的防腐涂料，通過以鋅粉為主要填充物，使該類涂料具有優(yōu)異阻銹性能，較好的附著力和較低的表面能。富鋅防腐涂料廣泛的應用在橋梁、船舶以及大型的鋼結構設備上，富鋅防腐涂料是一種優(yōu)秀的底漆，可以發(fā)生電化學反應從而達到防腐蝕的目的。

唐文劍等[13]研究并設計了醇溶性有機/無機復合樹脂。通過添加片狀鋅粉，制備了應用于重防腐領域的醇溶性富鋅防腐涂料。這種涂料對環(huán)境的影響較小，又具有良好的抗腐蝕效果，符合當下環(huán)境保護的潮流。為了克服富鋅防腐涂料起泡失效的缺點，趙書彥等[14]制備了納米SO2復合環(huán)氧富鋅納米涂層。該涂層附著力好，前期可作為有機屏蔽層，中期可發(fā)揮溫和的陰極保護作用，且持續(xù)時間長，后期Zn的反應產物可提供良好的屏蔽和耐腐蝕性能。但是富鋅類防腐涂層的材料并不是防護的唯一要求，鋅粉含量，施工溫度，涂層厚度等都是影響防腐蝕效果的重要因素，利用合理的配方設計和合適的施工環(huán)境，水性環(huán)氧富鋅底漆防腐蝕性能就可以達到溶劑型環(huán)氧富鋅涂料相同的水平[15];鋅粉含量越高防腐效果越好，但是柔韌性越差;膜厚度需要試驗尋求一個最佳的厚度，過薄過厚都影響涂料的防腐蝕效果;溫度越高，涂料的干燥時間越短。

富鋅涂料目前已經廣泛應用到了海洋鋼結構的防腐，各種研究應用已經有了很好的基礎，未來的涂料低污染無污染是第一位的，開發(fā)環(huán)保節(jié)能高效的富鋅防腐涂料是有效利用其的關鍵。

2.7 丙烯酸防腐蝕涂料

丙烯酸防腐涂料是一類以丙烯酸樹脂為主要成膜物的涂料。這類涂料具有耐水性、耐腐蝕性、綠色環(huán)保、固化速度快等性能優(yōu)點，但是丙烯酸防腐涂料的防腐作用一定要添加合適的添加劑、助劑才能起到較好的防腐蝕作用，利用氧化石墨烯對水性丙烯酸防腐涂料進行改性，使原有丙烯酸防腐涂料的防腐效果得到顯著提高[16]。

目前，丙烯酸涂料大多采用丙烯酸改性法制備，制作周期較長，不利于該種涂料的廣泛使用，所以通過其他手段高效經濟的合成丙烯酸涂料，縮短丙烯酸涂料在海洋鋼結構中應用的周期是對其有效利用的關鍵。

2.8 橡膠防腐蝕涂料

橡膠防腐涂料是一類以合成橡膠或天然橡膠衍生物為主要成膜物的涂料。該類涂料無毒、無味、無刺激性，并具有較好的耐腐蝕、耐磨、耐水、耐候性，且干燥速度快。目前，氯化橡膠涂料和氯磺化聚乙烯涂料是最常用的橡膠防腐涂料。

美國杜邦化學公司還使用氯丁橡膠來防止海上采油平臺支柱和套管的腐蝕，使用后耐久性高達15～35年。然而，橡膠防腐蝕涂料的附著力和耐候性不是特別理想，李石等[17]利用環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂改性氯化橡膠，附著力和耐候性能得到顯著提高。

雖然橡膠涂料具有良好的性能，但目前大部分橡膠涂料仍使用四氯化碳作為溶劑，而四氯化碳并不環(huán)保。因此，開發(fā)一種新型的綠色環(huán)保溶劑是橡膠涂料發(fā)展的難點和熱點。

2.9 有機硅樹脂防腐蝕涂料

有機硅樹脂防腐涂料是一類以有機硅樹脂或改性有機硅樹脂為主要成膜物的涂料。該類涂料具有優(yōu)良的耐候性、防霉性、耐腐蝕性、電氣絕緣等性能，主要用于管道、容器等產品的防護面漆?，F(xiàn)有研究都是增強了有機硅樹脂的耐熱性等特性，沒有專門針對海洋鋼結構應用方面的研究。龐玉寧[18]利用自制的有機硅聚合物與環(huán)氧樹脂E-20，孫乾坤等[19]利用有機硅中間體與樹脂E-44，都制備出了具有耐熱性好，附著力不錯的有機硅樹脂防腐涂料，可以應用在海洋鋼結構中例如海洋石油鉆井平臺等溫度較高的部位。目前該涂料的附著力還有待提高。

2.10 納米復合涂料

納米復合涂料是一類由納米級材料和其他防腐材料復合而成的涂料。通過對納米級涂料的選擇，使新型復合涂料具有高強度、高韌性和高硬度等特點。目前用于涂料的納米粒子主要有金屬氧化物（如TiO2，F(xiàn)e2O3，ZnO等）、納米金屬粉末（如納米Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等）、無機鹽類（如CaCO3）和層狀硅酸鹽（如一維的納米級黏土）。

納米粒子填充涂料具有優(yōu)異的耐候性、裝飾性、抗污染和抗菌性能，完全符合當代環(huán)保的要求。作為一種特殊的涂料，納米復合涂料具有很高的應用價值，是21世紀最有前途的涂料之一。選擇合適的復合材料需要大量的實驗研究。曹祥康[20]通過石墨烯納米片對環(huán)氧富鋅進行改性處理，制備出可以提高陰極保護時間和屏蔽效果的材料，添加合適的石墨烯納米材料可以增強環(huán)氧富鋅涂層缺陷部位的抗剝離效果。然而，要使納米技術在涂層中得到廣泛應用，還需要解決納米粒子在涂層中能否穩(wěn)定分散、納米粒子添加量等關鍵技術問題。納米粒子在涂料中的穩(wěn)定分散直接關系到納米粒子能否改善涂料的性能，納米粒子的加入量也會影響粒子之間的團聚，從而影響腐蝕性[21]。

雖然無機納米材料改性無機防腐涂料的研究取得了一定進展，但如何更好地改善無機納米材料與聚氨酯的完全相容性，無機納米材料的組成與聚氨酯防腐性能的關系，除了無機納米材料的均勻分散外，還有哪些其他因素可以提高聚氨酯耐腐蝕的防腐性能，這些問題還沒有得到明確的解釋，因此，如何解決上述問題將是今后聚氨酯防腐涂料發(fā)展的重點。

2.11 自分層涂料

自分層涂層明顯優(yōu)于傳統(tǒng)涂層。它們利用極性、分子相互作用和在不同樹脂介質中溶解度的差異，在干燥固化過程中，隨著同一成膜樹脂的兩相組成和界面的變化，張力的變化導致兩相相對流動，進而導致樹脂相分離，形成梯度層狀結構。

憑借這一特性，自分層涂料可以一次涂裝形成多涂層體系，可節(jié)約涂料，降低涂裝成本;在綜合多涂層優(yōu)點的同時，提高了涂層之間的附著力;能更好地兼顧涂膜的柔韌性和硬度等相互矛盾的特性，增強防腐蝕性能;能選擇性地滲透到多孔基體中，提高附著力的持久性;還可以改善表面性能，如提高光澤度、耐磨性、抗流掛、耐化學品性、耐光性、耐候性等。

在水性自分層涂料中，水性氟硅涂料是最具發(fā)展前景的海洋涂料之一。隨著氟樹脂的使用，基層會表現(xiàn)出較好的附著力，且表層具有極低的表面能，這種極低的表面能和極強的疏水性使一般污染物難以附著，一般藻類和細菌難以著床發(fā)育繁殖，使得涂層的抗菌、防霉、防藻和抗污染性能大大提高，同時，以氟樹脂為主的表面，使涂層具有較高的耐候性。

可見，自分層涂料是一種優(yōu)良的防腐技術。通過大量的研究數(shù)據，可以建立預測涂料分層行為的計算模型，并對適合工程應用的自分層涂料進行合理配置。目前的研究主要集中在熱塑性樹脂和揮發(fā)性有機溶劑為基礎的涂料樹脂方面。目前對水性聚合物涂料的研究還比較少，還沒有涉及對水性電泳涂料的研究。由于自分層涂料可以省去中間層涂料，從而減少施工步驟，獲得優(yōu)異的性能涂料，這是船舶涂料應用的理想效果，這為徹底解決涂料附著力問題提供了一個思路。

3 金屬噴涂技術

金屬噴涂保護的方式有很多，包括熱噴涂、冷噴涂和電弧噴涂等。金屬噴涂技術可以起到物理屏蔽作用，即使破損也可以發(fā)生陰極保護，因此金屬噴涂廣泛被應用在海洋全浸區(qū)。

國家標準GB/T 19355-2003《鋼鐵結構耐腐蝕防護鋅和鋁覆蓋層指南》[22]推薦溫帶海水中涂層第一次維修壽命要超過20年，采用封閉熱質涂鋁涂層平均厚度（最低）要達到150 μm，熱噴涂鋅涂層平均厚度（最低）要達到250 μm。在海洋環(huán)境中，噴鋅層的使用壽命通常與其厚度成正比，鍍鋅層的厚度要比鋁層厚很多，才能達到相同的耐腐蝕年限。電弧噴涂鋁基涂層技術可以解決電化學陰極保護難以有效實施、有機漆膜易老化、貴金屬保護層成本過高等問題。鋁基涂料具有良好的耐海水腐蝕性能。在未來，該技術可與抗生物污染的封孔涂層結合使用，有望應用于腐蝕和生物污染并存的水下設施和大型海上建筑水下部分的防腐[23]。

我國水利水電行業(yè)中幾乎所有的鋼結構熱噴涂防腐工程都使用了涂料。應該指出的是，涂料的使用對孔洞起到了一定的密封作用，但并沒有完全封閉金屬涂層的孔洞，導致腐蝕介質滲透到基底，從而引起其腐蝕，目前該技術在海洋鋼結構的使用上非常苛刻，鋁金屬的噴涂更為困難，關鍵部位不能完美噴涂[24]，因此衍生出冷噴涂技術，冷噴涂涂層的無氧化、高純度造就了冷噴涂的發(fā)展?jié)摿?，大力發(fā)展冷噴涂技術，使技術簡單方便使現(xiàn)如今的主流。另外需要解決的問題還有降低涂料的粘度和增加涂料本身的密實性。

4 鋼結構有機復層包覆技術

礦脂膠帶包覆防腐體系由防腐膏、防蝕帶、外防護劑3個緊密相連的保護層組成。該防腐技術主要應用于港口碼頭、鉆采平臺、海上風電、跨海橋梁、埋地管線、船舶設備、混凝土樁、沿海電廠等。包覆技術能被推廣應用的原因有很多，礦脂包覆技術憑借其對鋼結構表面處理要求低，可以應用在各種復雜結構等優(yōu)點，已被證實是一種長期有效的針對浪花飛濺區(qū)的防腐蝕方法。

侯保榮[25]研制了一種氧化聚合型包覆防腐蝕技術，這種技術主要應用于海洋大氣區(qū)鋼結構的防腐，包括碼頭、沿海鋼結構焊接位置、跨?？缃髽蜾撍鞯?。侯保榮等[26]研發(fā)的復層礦脂包覆防腐技術對暴露于海洋浪花飛濺區(qū)部位的鋼鐵設施具有廣泛的適用性。而陳君[27]一種新思路也值得大家借鑒，他通過吸水材料引入電解質（海水）將犧牲陽極保護法用于浪花飛濺區(qū)，得到短期的防腐效果較好，但還需在實海環(huán)境中進行更長時間的檢驗。目前，包覆防腐技術在日本、英國等沿海國家得到成功應用，使用壽命己超過30年。

當然，目前的包覆防腐技術也存在一些缺點：施工工序較多;不易制備防銹油脂;大型、異型玻璃鋼模套的預制加工及施工成本較高。美國的CCI防腐套的價格為400美元/m2，英國的DEN-SO防腐蝕纏帶和日本的PTC保護修復技術的價格在2 000元/m2左右，這大大超出了我國海洋石油生產部門的承受能力[3]。

所以，從涂料技術層面簡化施工工序，研制簡便防銹油脂制備方法，包覆技術配套產品的經濟化是當前任務的重中之重。

5 鋼結構陰極保護技術

陰極保護技術是海洋鋼結構在海水全浸區(qū)的主要防腐辦法。在我國，鋁合金犧牲陽極和外加電流陰極保護技術在海洋鋼結構防護中已得到了廣泛的應用。陰極保護中應用最廣泛的陽極有鎂陽極、鋅陽極和鋁陽極。其中，鎂陽極在鋼材上的驅動電壓較大，多用于土壤介質中;鋅陽極的驅動電壓比鎂陽極低，但電流效率高，故可用于土壤和水介質中;鋁陽極主要用于船舶和海洋工程及港口建設領域，但是鋁陽極容易污損失效。這些結論都是一種依據經驗的估計，這種估計在某種程度上也不能保證選擇材料和用量的準確。因此郭宇[28]自主開發(fā)了陰極保護電位數(shù)值仿真軟件，該軟件克服了以往商業(yè)軟件仿真模型建立方式唯一性和模型不通用性的缺陷。仿真結果的輸出形式多種多樣，可以對多種陰極保護方法的保護電位進行數(shù)值仿真，便于操作和工程實際應用。

實際海洋鋼結構工程中，鋁的使用量非常巨大，制造用于陰極保護合成金屬合金時消耗能量巨大，為了可持續(xù)發(fā)展，高聰?shù)萚29]在對平臺導管架陰極保護設計中，采用長直翼型陽極或長斜翼型陽極來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方形陽極，在滿足初始陽極電流需求的情況下，可以大大降低實際陽極重量，從而達到節(jié)省材料的目的，從而節(jié)約能源，節(jié)約材料。同樣的陰極保護防腐蝕方法，“因地制宜”也不失為之中很好的方法，郭明[30]在原油儲罐沉積水側采用犧牲鋁陽極進行陰極保護，而在原油儲罐土壤側采用外加電流進行陰極保護，套管穿越處采用犧牲帶狀鎂陽極進行陰極保護，通過幾種方法的局部使用使整體達到了很好的防腐蝕作用。

陰極保護技術現(xiàn)如今已經發(fā)展的比較成熟了，我國已經可以通過計算機遠程控制陰極保護的參數(shù)，繼續(xù)研究適合海洋鋼結構防腐蝕的陰極保護電腦系統(tǒng)，新型陽極研究也將成為研究熱點。

6 總結

我國海岸線長，橫跨各個氣候區(qū)，因此防腐任務任重道遠。短效高污染的防腐涂料或技術將會被逐漸淘汰，單一的涂料或技術也無法滿足復雜多樣的氣候條件，因此為了改善我國海洋鋼結構的現(xiàn)狀和目前的問題，提出幾點建議。

長效經濟環(huán)保發(fā)展是海洋防腐的內在要求。涂料普遍30～40年的使用年限已經無法滿足日益增長的防腐需求，應該以50年為限，超過50年，且要避免海洋防腐蝕涂料防護性能的單一化，提高防腐蝕涂料的綜合性能;發(fā)展簡單經濟的防腐技術，使防腐操作不再專業(yè)化;生產、使用符合GB/T 35602-2017《綠色產品評價——涂料》標準的防腐涂料或技術，將無溶劑粉末型、無溶劑常溫固化型、低VOC和高固型的海洋防腐蝕涂料作為研發(fā)的重點，制定高水準的涂料標準。

另外，多元化的防腐策略也可為我國海洋防腐蝕強國戰(zhàn)略提供支持。在涂料的配置和金屬的冶煉過程中，資源浪費和能量的過度消耗是主要問題之一，合理利用海洋的可持續(xù)能源，如潮汐能等也是解決問題的關鍵，這也要求我們因地制宜，思維不局限于思維不局限于發(fā)展已經存在的技術，同時也要積極開發(fā)其他領域，能達到同等甚至效果更好的防護，如冷噴涂技術，將涂刷涂料技術轉變成噴涂技術都是可以考慮的方面，通過技術聯(lián)結或是材料的聯(lián)結合理有效地發(fā)揮海洋鋼結構防腐蝕作用，實現(xiàn)我國海洋防腐蝕強國戰(zhàn)略。

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