海洋环境中的防腐蚀技术

海洋环境中的防腐蚀技术日本近年开发的海洋防腐蚀技术处于世界领先水平。其开发的聚乙烯或聚氨酯有机涂层的重防腐蚀包覆钢材，由于其高品质稳定性和耐久性，已在海洋结构物中得到实际应用。作为海洋结构物的另一种防腐蚀技术，确认包覆高耐腐蚀性不锈钢和钛钢具有良好的耐久性。未来应重点关注防腐蚀技术和防腐蚀钢材的研发进展。

1 概述

日本是被海洋包围的国家，其国土海岸线护岸总长达数千公里。这些设施基本都是由混凝土结构件或钢结构件构筑。与世界其他国家相比，日本基础设施采用钢结构的比例大，特别是系船护岸的一半都是钢结构物。与混凝土结构物相比，钢结构物具有施工期短的优点。日本近海有许多软弱地基，适合采用钢结构物，如日本关西机场等海上机场和以东京湾横断道路为代表的海上桥梁、利用海洋资源建造的钻塔和站台等各种海洋钢结构物。

日本海洋防腐蚀技术从上世纪60 年代开始得到长足发展。

1960-1970 年，开发引进了电化学防腐和焦油环氧树脂涂料等的涂装防腐。腐蚀量设计（预先估计腐蚀量，加厚构件板厚的方法）方法占主流。引入并使用耐海水钢技术也是在这一时期，但还是难以防止涨落带正下方的集中腐蚀，也不能获得预想的效果。因此，现在几乎所有的海洋钢结构物都不再使用耐海水钢。

从1999 年开始，港湾钢结构物不再采用腐蚀量设计方法。在石蜡涂层法、水泥灰桨涂层法、聚乙烯和聚氨酯镶衬法和涂装中，开发

了水中固化形环氧树脂涂料和重防腐涂装系涂料，完成了现在防腐蚀方法的雏形。在实际海洋环境中可以证实这些防腐蚀方法用于基础设施的效果。

从上世纪80 年代开始，日本启动了“采用防腐蚀等措施提高海洋结构物耐久性的技术开发”及“钢管桩防腐蚀技术”的研究，目前仍在继续相关暴露试验。当初用于暴露试验的防腐方法，在实际海域的验证已超过20 年。

上世纪90 年代以后，根据设备大型化和长寿化的建设需要，开始采用包覆具有更长耐久性的耐腐蚀性金属的防腐技术。例如，代表性的工程有日本东京湾横断道路采用的包覆钛的防腐蚀技术，羽田机场扩建工程采用的包覆耐海水性不锈钢技术。这些技术与原来涂敷有机层防腐法相比，抗物理性损伤强，防腐层本身在海洋环境中比较稳定。因此认为，应用生命周期成本（LCC）的设计思想未来将向该领域普及，今后将寻求更长耐久性且更为经济的防腐蚀技术的研发。现在主要的防腐方法是从其过去方法中提炼的技术，这些防腐法担负着海洋钢结构物的安全。下面介绍具有代表性的防腐蚀技术。

2 海洋环境中的腐蚀

图1 是海洋环境中垂直方向典型的腐蚀示意图。

腐蚀划分为海面大气中、飞沫带、海潮涨落带、海水中和海底土中5 个部位。海面大气中，受海上飞来盐分的影响，腐蚀速度比陆地大气中快，为0.01-0.1mm/a。飞沫带直接受到海水的飞溅，有时反复干湿、供氧也多，是腐蚀最严重的区域，平均腐蚀速度为0.3-0.5mm/a。涨落带按照海水涨落反复干湿交替，由于与涨落带正下方海水形成局部电池，具有抑制腐蚀的倾向。海水中受溶存氧和流速等的影响，平均腐蚀速度为0.1-0.2mm/a。海底土中的腐蚀速度要比陆地土中快，为0.02mm/a。

图2 是在海上的海洋综合研究设施20 年中采取的各部位腐蚀速

度的变化情况。

受钢材腐蚀生成物的影响，腐蚀量随时间而减少。海洋环境的腐蚀要注意的一点是涨落带正下方的集中腐蚀。在涨落带，如果海面正上方湿润部分的水膜变薄，供氧将比海水中多，在涨落带和正下方的海水中形成氧浓淡电池。因此，涨落带正下方的海水中腐蚀严重，其腐蚀速度有时可达0.3mm/a 以上，为严重腐蚀。最近，有研究指出不仅是涨落带，还与海水中的局部电池有关。作为处理方法，有电化学防腐法和涂层防腐法。其中之一是在海水中的海底面附近，如果有激流带来的流沙，钢材表面形成的腐蚀生成物层被流沙剥离，腐蚀速度会变快。中性附近水中的腐蚀控制氧扩散，形成的腐蚀生成物起到氧扩散障碍的作用。没有这些腐蚀生成物，供氧量增加，腐蚀速度加快。对此，电化学防腐法是有效的处理方法。在海洋环境中，应该注意海浪和漂浮物冲击导致的物理性损伤。特别是有机系防腐蚀涂层，由于流

木等的冲击很容易损伤。涂装防腐也从上世纪60 年代的膜厚0.6-1mm 焦油环氧树脂涂料，发展到最近的超厚膜形环氧树脂衬和2mm 以上的厚膜聚乙烯、聚氨酯防腐衬。特别是金属包覆与有机涂层相比，具有10 倍以上抗冲击性的优点。这些用于海洋的防腐蚀涂层法的代表性示例见表1。

目前，考虑到涨落带正下方的集中腐蚀，在港湾钢结构物中，基本采用垂直方向的防腐组合。涂装、包覆部分适用涂装、镶衬、金属包覆等防腐蚀法。这些方法也可以根据环境进行组合使用，例如，腐蚀严重的飞沫带、涨落带采用包覆金属，海面大气中也可采用涂装。海水中适用防腐涂层，与电化学防腐并用，具有在控制电化学防腐（海洋结构物一般使用电阳极法）的电极损耗量的同时，即使防腐涂层出现缺陷也可防腐的优点。

3 用于海洋的主要防腐蚀方法

3.1 有机涂层钢材及涂装

在海洋的飞沫带、涨落带和海水中，因各个环境不同，不仅腐蚀

不同，而且对有机涂层要求的特性也不同。针对实际海洋环境，研究人员用20 年的时间调查了海洋结构物的腐蚀和涂装防腐钢材劣化的状况。其中，作为普通涂装的例子，由涂装无机富锌底漆（75μm）和焦油环氧树脂(600μm) 的L 型钢材的劣化行为，看海洋结构物要求的特性。首先，从涂膜生锈面积率的变化分析，生锈面积比的顺序是涨落带＞海水中＞飞沫带。这与钢材腐蚀速度飞沫带＞涨落带＞海水中的顺序不同，涨落带＞海水中＞飞沫带的顺序易产生涂层劣化。其原因是在L 型钢顶部的损伤较严重，所以可能成为漂流物等导致物理损伤的起点。在这样的海洋环境中，涂膜强度低的普通涂层以涨落带为中心损伤增加，要求具有抗冲击性的厚膜涂层。因此，具有1000μm以上膜厚有机衬的防腐技术正在成为主流。此外，在飞沫带和涨落带，涂层厚度20 年间减少200-230μm，认为是紫外线的影响。图3 是根据上述结果推测的普通涂层的劣化机理。