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海上風電鋼筋混凝土基礎的防腐涂裝及應用,分析海上風電鋼筋混凝土基礎所處腐蝕環境
2019年11月08日    閱讀量:134    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

廣東粵電湛江海上風電場位于廣東省湛江市徐聞縣新寮島東部的瓊州海峽外羅海域,距離新寮島海岸為9~12 km,海水深度范圍為2.5~9 m,一期規劃裝機容量48 MW,安裝16 臺3 MW 風機。


該風電場所處的瓊州海峽是中國大陸雷州半島與海南島的連接水域,是中國三大海峽之一,東西方向溝通中國南海北部與北部灣。在自然氣候條件方面,受臺風、洋流、海潮、大氣的影響比較大,腐蝕環境比較惡劣中國建材網cnprofit.com。海峽海水的透明度5 m,鹽度值約為3.0% 左右,年平均溫度25~27℃。


50 a 一遇的高潮位為5 m,100 a 一遇的高潮位為5.42 m,海水對處于干濕交變條件下的鋼筋混凝土具有強腐蝕性,對長期浸入海水條件下的鋼筋混凝土具有較強腐蝕性。在地理條件方面,湛江徐聞海上風電場受臺風、熱帶風暴的影響較大。


該海上風電場處于雷州半島的徐聞一側,其中首臺海上風電樣機離岸3 km,海水深為3 m 左右。該樣機基礎為鋼筋混凝土承臺結構,處于潮差區、浪濺區及海水區,由于氯離子對混凝土的侵蝕,且海水中富含氧氣,對混凝土產生的腐蝕嚴重,因此采取必要的防腐措施顯得尤為重要。


涂層防護是一種保護鋼筋混凝土結構較為方便和實用的方法,涂層的致密性遠遠大于混凝土結構,相當于大大增加了鋼筋混凝土層的厚度,好似于在混凝土表面披上了一層防護性外衣,從而有效地阻止氯離子、氧氣、二氧化碳和海水等腐蝕介質對混凝土的滲透和侵蝕。


眾所周知,性能優異的涂料產品和嚴格的施工工藝過程是確保涂裝質量的兩大關鍵因素。而處于海洋風電基礎承臺的表濕區涂裝條件更為苛刻,可涂裝時間短、表面含水率高、涂層不能在大氣中徹底固化、施工環境惡劣等等因素均會影響涂裝效果。因此,系統地闡述海上風電基礎承臺表面涂層的施工和質量控制對確保潮差區混凝土結構的涂裝質量具有十分重要的意義。


1 基礎的腐蝕環境特點和涂層體系設計

1.1 基礎的腐蝕環境特點

湛江粵電海上風電場的腐蝕環境屬于海洋腐蝕環境,氯離子滲透危害嚴重,夏季氯離子含量為5 602~5 864 mg/L,冬季氯離子含量約為8 220 mg/L,而且海水溶解氧濃度約為6.21~8.89 mg/L,屬于富氧環境。海水中氯離子含量較大,當含氯離子的溶液侵入鋼筋混凝土中時,通常生成含鐵氯鹽,含鐵氯鹽會產生破壞性膨脹,在氯鹽的作用下,鋼筋混凝土中不穩定產物可生成水化氯鋁酸鈣,導致混凝土固體體積可增大2 倍多。


同時,當氯離子滲透到鋼筋表面時,鋼筋表面局部的堿性保護膜被破壞,使鋼筋成為活化態。在氧氣和水充足的條件下,活化的鋼筋表面形成陽極,未活化的鋼筋表面成為陰極,發生電化學腐蝕,從而使陽極金屬鐵被溶解,形成腐蝕坑。腐蝕過程主要涉及到以下化學反應式:

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若Fe(OH)3 繼續失水就形成水化氧化物Fe2O3(即紅銹),一部分氧化不完全的就生成Fe3O4(即黑銹),在鋼筋表面形成銹層。由于鐵銹層呈多孔狀,即使銹層較厚,其阻擋進一步腐蝕的效果也不明顯,因而腐蝕將不斷地向鋼筋內部擴散,導致鋼筋遭受腐蝕而強度降低。


因此,抗氯離子的滲透性是衡量基礎表面防腐涂層性能的重要指標。由于瓊州海峽是世界強海潮灣之一,平均海水流速2.39 m/s,實測最大海水流速5 m/s以上,粉沙含量高,最高含沙量為9.605 kg/m3,平均含沙量為1.249 kg/m3,潮流紊亂,沖刷嚴重,加之基礎設計之初,為了加強對基礎承臺的沖刷保護,其表面采用干砌塊石進行護坡,從而防止海浪對基礎的沖刷和撞擊。因此該樣機基礎承臺的混凝土表面防護涂層的附著力和耐磨性也是衡量涂層性能的重要指標。


1.2 涂層體系設計

根據粵電湛江洋前海上風電樣機的混凝土基礎設計的30 a 使用年限、環境狀況以及參考《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》(JTJ 275)和(MF.W22.121.065)《SCD3.0MW 海上型風力發電機組防腐技術規范》(粵電湛江海上風電項目)中的設計涂層系統要求,實施如下防腐涂裝方案。

(1) 對于預埋錨固螺栓,采用達克羅+ 環氧厚漿漆+PVC 套管+ 螺栓保護罩的復合防腐保護方案。

(2) 混凝土基礎底部和承臺的外表面分別采用表1 和表2 的防腐涂裝方案,其防腐涂裝示意圖如圖1 所示。

混凝土基礎承臺與干砌塊石接觸面的涂裝方案

混凝土基礎承臺的上表面和豎直表面涂裝方案

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海上風電樣機混凝土基礎承臺的防腐涂裝示意圖

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2 涂裝施工要求

(1) 施工人員在涂裝施工之前,應認真閱讀相關涂裝技術和工藝文件,理解和掌握涂層配套要求,閱讀涂料產品說明書及其施工指導。

(2) 所用涂料必須是出廠檢驗的合格品(隨產品附有相應的出廠檢驗報告)。禁止將不同生產廠家、不同品種、不同組分的涂料混摻使用。

(3) 涂裝表面必須是經過檢驗并確認表面處理狀況和等級、表面清潔度、粗糙度等技術要求合格的部位。

(4) 確認施工現場環境條件,如溫度、相對濕度、風力等指標符合規定的技術標準。

(5) 檢查所用涂料的型號、批號、色號、數量等;特別要注意雙組分涂料的施工,包括固化劑和基料的混合比例、混合使用時間及固化劑的類型,正確使用稀釋劑,注意根據施工環境溫度、濕度的變化而隨時調整涂料的施工黏度,防止漏涂、流掛等涂層缺陷。

(6) 注意涂裝工序的時間間隔,嚴格遵守涂料產品說明書上所規定的重涂時間間隔。如果重涂時間間隔超過規定的限度,那么應將上一層漆膜表面粗糙處理以保證后一道涂層的附著力。

(7) 涂裝每道涂料時,檢查和調整施工設備、工具及其工作狀態。保證其在最簡便、最佳施工條件下使用,施工后按照相關要求清洗施工工具和設備,確保其后續正常使用。

(8) 涂裝過程中按照相關要求嚴格做好施工記錄,以備查驗。施工記錄主要包含施工起止時間、施工人員、施工環境、施工部位、涂料品種名稱、平均干膜厚度及其他相關信息。

(9) 當施工環境溫度低于5℃或高于40℃時,必須采取相應的措施來改善環境以達到相應的范圍要求,或在環境條件不符時暫停施工。在露天涂裝施工時,必須避開高溫時間,由于此時稀釋劑揮發速度快,容易導致針孔和氣泡,嚴重影響涂料的成膜性能和涂層最終的附著力。

(10) 涂漆施工應盡量避免在相對濕度高于85% 或工件表面溫度低于露點3℃的氣候條件下進行,對于環氧混凝土封閉漆和環氧瀝青漆,應確保環境溫度10℃以上施工才能獲得良好的固化效果。當施工面漆時,相對濕度應小于80%,并且要預防待處理表面的結露或濕氣,防止漆膜表面發霧、變色、脆性增大和失去光澤而影響涂層的外觀與質量。


3 防腐涂裝施工工藝

3.1 基礎預埋錨固螺栓的防腐施工

3.1.1 預埋之前的防腐處理

螺栓制造廠采用無鉻達克羅工藝對螺栓整體(含螺母、墊片)進行防腐處理,達克羅涂層干膜厚度為3~12 μm。達克羅處理結束后,對螺桿部分加涂環氧厚漿漆,漆膜厚度為50~80 μm,螺栓防腐處理完畢后由制造廠進行包裝運輸。

在混凝土基礎施工現場,由基礎施工公司對預埋螺栓的螺桿部分在螺桿外部安裝Φ67 mm×Φ61 mm 的PVC 套管,PVC 套管長度根據螺栓的螺桿長度確定,套管兩端與錨栓螺栓連接部分采用手

持式熱風塑料焊槍用熱縮套管進行密封。對于下部螺栓頭埋入混凝土的部分,在灌注混凝土之前采用環氧焦油厚漿涂料對預埋的螺栓頭進行密封和防腐處理。

3.1.2 螺栓保護罩的安裝

對于錨固螺栓外露于預應力混凝土并與第一節塔架下法蘭連接后的部分,基礎施工安裝公司在進行塔架下法蘭與錨固螺栓預緊力矩連接后,先用環氧富鋅底漆對外露的螺栓整個表面(包括螺桿、螺母和墊片)進行刷涂。待漆膜完全干燥后,在螺栓頭上涂抹膏狀的潤滑脂(二硫化鉬),然后采用根據螺栓外露尺寸制作且耐老化性良好的螺栓防銹罩(M56)用力旋轉套緊外露的螺栓,防銹罩外圓圈與螺栓接觸的部分采用不干性密封膠帶(膠泥)進行密封,這樣不僅能使防銹罩與螺栓緊密配合,防止水分和鹽霧等腐蝕性介質滲入螺栓造成腐蝕,而且不干性密封膠帶便于今后進行檢查和維護,從而達到更好的防腐防護目的。

3.2 混凝土基礎承臺表面的防腐施工

3.2.1 施工工藝流程

混凝土基礎承臺表面的防腐施工工藝流程如下:

混凝土基礎承臺表面的防腐施工工藝流程

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3.2.2 基層的檢查及表面處理

(1) 采用外加熱源或壓縮空氣除去殘留在混凝土表面的水珠、水跡,必要時可用棉布、海綿等吸濕工具抹去,涂裝前混凝土表面應無流水、滲水現象,盡可能使混凝土表面達到要求的含水率狀態。雖然封閉底漆具有濕固化功能,但在潮濕的基面施工會影響涂料的滲透性,從而影響涂層的附著力。混凝土基層必須堅固密實平整,基層的坡度和強度應符合設計要求,基層表面不應有起砂起殼、裂縫、蜂窩、麻面等現象,用2 m 的直尺檢查其平整度,允許空隙不應大于5 mm。

(2) 施工底層防腐涂料時,混凝土基層的齡期≥ 28 d。基層必須干燥,在深為20 mm 的厚度層內,混凝土含水率不應大于6%,否則對防腐涂層的施工質量會有較大影響。簡單的測試方法是:使用吸水濾紙按壓在混凝土表面5~10 min,如果濾紙吸濕變黑,說明混凝土表面含水率過高,可采用電熱吹風機等強制干燥方法去除混凝土中的水分。

(3) 基層表面必須潔凈,防腐涂層施工前應將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松部位清理干凈。根據條件不同,可采用電動砂輪、風動鋼絲輪、手工鋼絲刷等工具打磨混凝土表面,以除去表面泛堿和附著物,增加表面粗糙度,然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器將混凝土表面的浮塵清理干凈,確保混凝土表面粉塵等污物徹底清除。

3.2.3 配漆

配漆前,首先根據涂裝施工的面積估算涂料用量。并應采用清潔干燥的容器配料,如涂料遭受污染,宜采用80~100 目篩網過濾后再使用。配漆時,應先將基料完全攪拌均勻。對于兩組分的涂料,按照涂料生產廠家提供的漆料配比將固化劑緩慢地加入基料中,攪拌均勻,然后根據混合的實際情況加入適量稀釋劑進行充分攪拌。注意在混合時決不能將基料倒入固化劑中,以免引起凝膠。對于已加入固化劑混合而未用完的涂料,一旦超過規定的活化期后,不論其外觀如何都不應重復使用。混合稀釋攪拌后的涂料應熟化反應10~20 min 后(溫度越低熟化反應時間越長)再涂裝施工,從而更好地避免雙組分涂料在涂裝時產生氣泡。在施工過程中仍要對混合的涂料進行攪拌以保證施工的涂料為均勻一致的混合物。

3.2.4 涂漆

(1) 涂裝封閉漆:無論鋼筋混凝土的質量如何好,微孔總是存在的。為了封閉鋼筋混凝土的微孔,防止腐蝕介質的滲透,就必須使用環氧封閉層進行打底。

(2) 刮涂膩子層:根據混凝土表面的狀況,通過刮涂膩子來填補混凝土表面的坑洞和缺陷,提高混凝土表面的平整度,以達到表面強度和美觀性要求。可采用專用的環氧膩子或者環氧封閉漆調和水泥灰作為混凝土結構填補的膩子,要求膩子有良好的刮涂性、抗收縮性和抗流掛性,對于封閉層和中間層有良好的附著力。

(3) 涂裝中間漆:中間漆層采用環氧(玻璃鱗片)厚漿漆,位于封閉層和面漆層之間,起著承上啟下的作用,它可以增加涂層體系的厚度,增加面漆層與封閉層間的附著力,所以中間層要和封閉層與面漆層有很好的相容性。涂裝中間漆在刮涂膩子并手工(或機械)打磨后進行。

(4) 涂裝面漆:面漆層采用耐候性優良的丙烯酸改性聚氨酯涂料,面漆層不僅提供裝飾和警示作用,還具有耐老化、耐磨損等耐候性。在基礎承臺被干砌石塊覆蓋的區域采用環氧(焦油)漆作為面漆層。



(5) 涂裝時優先采用高壓無氣噴涂進行施工,若受條件限制才可采用刷涂及輥涂方法施工。涂裝時盡量做到涂層厚薄均勻,不漏涂、不流掛,并達到規定的漆膜厚度。

(6) 涂裝下一道涂料前,應對上一道涂層進行表面清潔,使用飲用水徹底除去涂層表面的鹽分、泥塵、油污等污染物,可用清潔劑清除油污,待干燥后才可接著涂裝。如上一道涂層太光滑影響下一道涂層的黏結強度,應對上一道涂層進行拉毛處理。

(7) 混凝土結構表面的漆膜必須嚴格檢查和控制,嚴格按照施工設計方案組織施工,一道工序完工并全部驗收合格后才能進入下道工序。

(8) 每次涂裝完畢,要及時用稀料清洗漆刷等施工工具,以備下次使用。若采用噴涂,應及時用稀料將噴槍和軟管洗凈,防止涂料固化后堵塞。


4 涂裝質量控制及涂層檢驗

4.1 涂裝質量控制

4.1.1 涂料產品的質量控制

涂裝施工前必須核實所用涂料的品種、數量、型號等,所用涂料產品應有出廠檢驗證明文件,且在產品使用的有效期內。

4.1.2 施工過程的質量控制

施工過程中,應對每一道工序進行認真檢查。并按照設計要求的涂裝道數和涂膜厚度進行施工,采用濕膜厚度規或其它儀器監測每一涂層的濕膜厚度,以控制涂層的最終干膜厚度及其均勻性。施工過程中隨時注意涂層濕膜的表面狀況,當發現漏涂、流掛等情況時,應及時進行處理。每道涂層施工前應對上道涂層外觀進行目視檢查,每一道涂層表面均應均勻,無氣泡、裂縫等缺陷。

4.2 防腐涂層檢測

根據《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》(JTJ 275)和(MF.W22.121.065)《SCD3.0MW 海上型風力發電機組防腐技術規范》(粵電湛江海上風電項目)中對涂層性能的基本要求,確定了粵電湛江洋前海上風電樣機混凝土基礎承臺表面防腐涂層的檢驗要點(表3)。

4.2.1 涂層外觀檢驗

某一區域整個涂層系統的漆膜完全固化后,應進行涂層外觀的目視檢驗,檢驗內容包括:涂層厚度和色澤應均勻,無色差、流掛現象,涂層未出現起泡、龜裂、脫落等缺陷。

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混凝土基礎承臺表面防腐涂層的性能要求

注:1. 按照相應的測試標準要求,根據施工現場澆灌的混凝土制作砂漿試片。涂層性能檢驗按照施工現場的涂層系統設計:封閉底層(+ 中間層)+ 面漆層的復合涂層組成;2. 涂層的耐老化性能測試采用涂裝過的砂漿試片(70 mm×70 mm×20 mm),按現行國家標準《色漆和清漆——人工氣候老化和人工輻射暴露(濾過的氙弧輻射)》(GB/T 1865)測定;3. 對于試片的耐堿性、抗氯離子滲透性、與混凝土表面的黏結強度,按照現行標準《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》(JTJ 275)附錄C(混凝土表面涂層試驗方法)進行測定。

4.2.2 涂層厚度檢驗

涂層厚度是保證海上風電混凝土基礎承臺涂層體系設計壽命的關鍵因素,涂層的厚度控制與檢驗采用下列幾種方法進行。

(1) 濕膜厚度規測試法。此法局限性在于:由于混凝土表面的不平整以及施工條件的不同,如氣溫高、有風的天氣溶劑揮發快,反之溶劑揮發慢,同一涂層的濕膜在不同條件下的測定結果可能不同,導致測試結果不準確。此法可以檢測涂膜是否均勻,以及預估漆膜的干膜厚度。

(2) 干膜測厚儀測試法。某一區域整個涂層系統的漆膜完全固化后,進行涂層干膜厚度的測定。按照每50 m2 面積的混凝土基礎隨機檢測5 個點,將5 個測點的漆膜厚度平均值作為該50 m2 面積的漆膜厚度代表值。所測點的最小干膜厚度應不小于設計干膜厚度的80%,其平均干膜厚度應不小于設計干膜厚度。當不符合上述要求時,應根據情況進行局部或全面補涂,直至達到要求的漆膜厚度為準。此法局限性在于:干膜測厚儀對基材的平整度非常敏感,而混凝土基礎表面不平整,導致其測量結果不準確。

(3) 涂料用量控制法。此法局限性在于:由于無法控制涂料的使用情況和涂裝厚度均勻,也不能保證混合后的涂料完全用于涂裝,此法也有可能不準確。鑒于濕膜厚度測試法、干膜測厚儀測試法、涂料用量控制法等3 種測試方法的局限性,綜合考慮本項目涂層施工要求,采用這3 種測試方法相結合進行混凝土基礎承臺的涂層厚度控制和檢測。只要加強涂裝過程中的現場檢測和監督,既可以通過涂料用量控制法來保證涂層的厚度,又可以通過濕膜測試方法控制漆膜的均勻性,并且以干膜厚度的檢驗結果作為參考,從而更好地保證涂膜厚度的檢測和涂層的質量。

4.2.3 涂層附著力(黏結強度)檢驗

涂層經過7 d 自然干燥固化后,用拉脫法涂層黏結強度測定儀檢測涂層系統的黏結強度。以所有測點黏結強度的算術平均值作為涂層系統黏結強度的代表值。涂層系統黏結強度的平均值應不小于1.5 MPa,最小黏結強度的測點值應不小于1.2 MPa。涂層黏結強度測定后,應立即觀察附著力測試儀的鋁合金鉚釘頭型圓盤座底面的黏結物情況,如果盤座底面有75% 以上面積黏附涂層或混凝土,則試驗數據有效。如果盤座底面黏附涂層或混凝土的面積少于75%,而且黏結強度小于1.5 MPa,則可在該測點附近的涂層面上重新進行黏結強度檢測。如果涂層黏結強度不能達到1.5 MPa 時,可在原測點附近的基礎涂層面上,按加倍測點數量重做涂層附著力測試。


5 涂層驗收要求

竣工驗收應在涂裝完成后14 d 內進行。驗收時應提交下列資料:(1)各種涂料出廠合格證或質量檢驗文件;(2)原設計施工文件或設計變更文件;(3)每道涂層的現場施工記錄。

應建立由業主、監理、涂料公司的技術工程師、施工單位的質檢人員共同組成的完整的質量檢查體系,做到層層把關,確保涂裝質量。從而更好地確保該項目基礎的防腐施工滿足設計施工文件要求和30 a防腐防護壽命的要求。


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