随着水上工程的积极发展，急需进一步开发新的水下施工涂料和新型施工技术，把水下涂装施工技术推上一个新的台阶。
作者：沈志聪 上海市闵行区腐蚀科学技术学会；中国潜水救捞行业协会水下防腐专业委员会
来源：涂料与油墨中国版
我国水上工程现状呈现出积极的发展态势。随着江河水坝、沿海码头、水下电（光）缆、海上平台、海上风电和海上牧场等海洋工程、水利工程的快速发展，对水下防腐施工的需求不断增加，在役水下设施维护保养市场需求广阔。预计未来几年将保持稳定增长。
Part 01
水下防腐施工产业的发展趋势
需要水下防腐施工的水上工程产业主要包括：海上风电、海上活动平台、沿海码头、跨海大桥、海底输油气管、光电缆工程。
在海上工程领域，海上风电项目成为市场的主要驱动力。上海市在2024年就有多个海上风电项目列入重大工程清单，包括金山海上风电场一期项目等，随着央企的海风项目也陆续获批核准，海上风电开工、建设、并网节奏加快。这些项目后续还会带来基座水下防腐维修工程的需求。
图 1. 海上风电
我国的海上活动平台建设在浮体结构和技术水平上都处于世界领先地位。我们已经成功建造了众多移动式钻采平台，并且具备了自升式平台、座底式平台的设计、建造能力。
图 2. 海上平台
“新胜利三号”钻井平台是中石化胜利石油工程公司海洋钻井公司的一个重要平台。它具有出色的性能参数，长74.1米、宽62.8米、深7.92米，桩腿高度145.5米，最大作业水深可达106.7米,平台水下部分是平台的支撑。接下来是平台基座水下防腐维修的需求将会持续增大。
图 3. 繁荣的港口码头
我国沿海大型码头的现状表现为繁荣而富有活力，且持续向智能化、绿色化方向发展。常见的沿海码头为钢管桩码头，这种结构具有较高的承载能力和稳定性，能够适应海洋环境的复杂变化。优秀的力学性能和耐腐蚀性，确保码头在强风、大浪等恶劣天气条件下依然稳定可靠。
图 4. 我国沿海 10 大港口
目前我国沿海有10大港口，码头的桩基有高桩码头和板桩码头，但其中钢管桩占了很大部分。钢材的腐蚀有很大问题，钢管桩和钢板桩的维修提到议事日程上。
我国的跨海大桥建设技术已经达到了世界领先水平，其中杭州湾跨海大桥和港珠澳大桥是极具代表性的工程。
图 5. 港珠澳大桥
杭州湾跨海大桥连接了浙江的嘉兴市和宁波市，全长36千米。港珠澳大桥则是一座连接香港、珠海和澳门的桥隧工程，全长约55千米，是世界最长的跨海大桥。
图 6. 某大桥钢桩腐蚀严重
除了杭州湾跨海大桥和港珠澳大桥，我国还有多座大型跨海大桥，如青岛胶州湾大桥、舟山跨海大桥等，这些大桥的建设都展示了我国在桥梁建设领域的卓越实力。同时大桥的桩基的维护保养同时引起管理者的关注。
我国海底输油气管、光电缆工程呈现出积极发展的态势，我国已铺设的海底油气管道超过9000千米，其中一些管道具有极高的技术水平和建设难度，但我国在役海底管道存在的问题却十分突出。其中也有检验、维护和标准等问题。
Part 02
海洋钢结构工程涂料的维护
海洋钢结构工程在建成之前，一般先在陆地进行涂装防护。在海中使用数年之后，由于受到海水浸没冲蚀、潮汐交替、海浪飞溅、风雨、日晒等恶劣环境综合作用出锈蚀。海洋中在役钢结构各个部位腐蚀情况是各不相同的。海洋大气区主要是大气腐蚀采用常规涂料维修；浪花飞溅区、海水潮差区，海水和大气交替腐蚀，表面湿润，那必须用湿面施工涂料、《复层矿脂包覆防腐技术》及水下涂装涂料维修；而海水全浸区腐蚀速度较慢，设计时考虑50-100年寿命，并采用电化学保护，因此腐蚀慢，如有损坏，有可能是机械碰撞而造成。必须潜水员下海用水下涂装涂料修复。
图 8. 钢铁设施腐蚀倾向与防腐对策
在海水潮差区、海水全浸区需要用水下涂装涂料维修。因此开发一种能水下施工固化的防腐蚀涂料是十分迫切而需要的。
除了上述这些行业外，水下涂装涂料在大江大河水利设施中，如水库、水坝、闸门等水利工程水下防腐维护同样具有十分重要的意义。
Part 03
水下施工维修用防腐涂料
国内不少涂料科研、生产部门研究开发出一些水下施工涂料有环氧、聚脲、杂环和有机陶瓷的,有些涂料试用取得较好效果。
含有特定结构的无溶剂环氧涂料和固化剂能满足水下施工固化的要求。下面以环氧水下施工涂料为例作一介绍。
水下施工涂料特点及成膜过程
由于水与空气的巨大差异，在空气中容易涂装的涂料在水下施工却非常困难。水的存在是涂料涂膜固化过程中不一定能固化的障碍。
水下施工涂料必须具备以下特点：
（1）涂料不能被水溶解或乳化，涂料表面张力要小于水，以便涂料在有水情况下能完全湿润钢铁表面；
（2）涂膜有较高湿附着力，能取代钢铁表面大部分水，且对少许残留水可进行吸收和转化；
（3）最好采用无溶剂体系，选择防腐性能优异，固化过程受水干扰小的基料；
（4）在常温下能快速固化，以减少水流的冲击；
（5）固化后涂膜均匀致密，具有优良机械物理性能和耐腐蚀性能。
为什么大部分人选用环氧涂料呢？因环氧涂料能满足上述五条要求外，还有以下特性。
（1）环氧树脂的开环反应机理受水影响较小；环氧树脂分子含有大量极性基团，较容易置换掉被涂物表面水分；
图 9. 环氧树脂的开环反应机理
（2）环氧树脂对湿面有一定的润湿力，尤其在使用聚酰胺树脂作固化剂时在水下能排挤物面的水；
（3）由于其聚合反应为开环聚合，固化后体积收缩率低，并且环氧涂料有较高附着力；
（4）环氧树脂易制备无溶剂超厚膜涂料，可减少施工道数，有利于水下施工涂装；
（5）再则环氧树脂防腐蚀性能又很突出。
环氧涂料水下固化及固化剂
环氧涂料水下固化不易，固化剂有特定要求，必须不溶于水和不被水乳化，并具有一定的极性和粘度，能在水中湿润钢铁表面，且快速固化环氧树脂。
研究人员采用不同固化剂筛选。发现改性胺类固化剂作为水下环氧固化剂能取得较好的效果，也有其他固化剂可用。
环氧树脂与改性胺类固化剂在水中固化机理与空气中一样，都是以固化剂的胺基与环氧的开环反应为主：
图10为环氧水下施工涂料固化反应示意：
图 10. 环氧水下施工涂料固化反应示意
反应使环氧树脂扩链、交联、分子量增大、粘度增大，最终使涂料从液态转变为固态，完成固化过程。
目前水下涂装涂料主要是环氧涂料，以外还有《复层矿脂包覆防腐技术》、纬派《纬派矿脂类内层胶带涂层》、《陶瓷有机树脂涂料取代环氧树脂》等涂料技术。
水下施工涂料成膜过程
水下施工涂料成膜过程可大体描述如下：
（1）在涂装的外力挤压下，将大部分水从被涂物表面排挤走；
（2）在润湿剂和水的作用下，表面残留水分被吸收进入涂膜内部；
（3）涂膜固化过程中，涂膜内吸收水分逐渐被挤出涂膜外部；
（4）不含水分的涂膜固化后，牢固附着在被涂物表面。
水下涂装涂料涂装性能
水下涂装性能是水下涂装涂料的关键性能之一。水下施工涂料固化的成膜过程大体如下：
（１）涂装时基于涂料本身的高黏度和疏水性，通过机械挤压作用将大部分水从被涂基材表面排挤开；
（２）固化剂（润湿剂）将残存于被涂表面的薄膜状水层吸入涂层内部；
（３）涂料固化过程中，进入涂层内部的水被挤出涂层；
（４）固化的涂层牢牢地附着在被涂表面上。
水下涂装工艺
海洋钢结构工程维修需用水下涂装施工用防腐蚀涂料，相应施工工艺也很重要。施工必须是潜水员到水下维修涂装施工。由于没有统一的施工标准，施工涂装方法也各显神通。目前常规做法有以下几点：
（1）表面处理 先用钢丝刷、钢铲等清除表面海生物、铁锈和漆膜，然后采用水下喷砂处理；如果没有条件喷砂处理，可采用手工和动力工具进行表面处理，处理完毕须立即着手涂装，否则会有海生物附着和返锈。
（2）水下涂装目前水下涂装的方法主要有手工涂敷、 镘涂、 刷涂、刮涂和自吸式滚筒刷涂等方法，由潜水员下水施工。潜水员经陆地培训后熟练在水下施工。不管哪种方法，一定要用力将涂料粘附在被涂装面上，把水挤出，固定表面至固化。这种方法保证涂膜平整均匀，且涂料浪费少；对于不规则表面，则采用刷涂或刮涂，利用硬毛刷或橡皮刮刀的挤压作用，把表面水排挤开，使涂料附着在钢铁表面。
Part 04
水下涂装防腐蚀涂料的管理和标准化
我国水下涂装施工用防腐蚀涂料目前缺少严格管理状态。中国潜水救捞行业协会根据发展规划，决定下设水下防腐专业委员会。
专委会职责协助制订对水下防腐行业的管理办法，推动水下防腐施工、配套。防护材料等指导价格体系的建立，协助水下防腐工作相关技术标准的制订。
根据协会要求，建立及完善相关管理体系、规章制度、标准规范为目标，推动落实“水下与防腐作业通则”的的精神，专委会首先从规划制订标准着手，逐步制订水下涂装防腐蚀涂料的标准，如“水下涂装防腐涂料技术标准”、“水下涂装防腐涂料施工技术标准”、“水下涂装防腐涂料施工质量验收标准” 、“水下施工防腐蚀涂料在水下维修工程中的应用规范”等一系列标准要制订。
对于水下涂装防腐涂料的性能，由于没有涂料测试标准，因此无法进行比较。所以必须建立涂料测试标准。为配合《水下涂装防腐涂料技术标准》等标准的制订，中国潜水救捞行业协会与上海沪能防腐工程公司专门建造了一个多功能试验池。长20米、宽6米、深5.5~7.5米。用于样板制作、和涂料技术指标测试和环境模拟试验。
Part 05
水下涂装施工用防腐蚀涂料迫切解决的问题
在国内开展行业调查，有哪些单位在开展水下涂 装涂料的应用、研究、生产、测试和施工。之前曾作过调查，国内大约有近40家涂料企业生产或有水下涂装涂料的企业，真正实际使用的企业不超过10家，产品质量可想而之。现在准备进一步对研究、生产、施工单位作调查。
对国内风电、海上平台、江河水坝、沿海码头、水下电（光）缆、和海上牧场等海洋工程、水利工程的现状和在役水下设施维护、维修的计划,进行信息收集，便于有针对性地开展工作。
涂料水下施工是个特殊工种，在水下施工既要是潜水员，又要是涂料施工员，身兼二个专业的身份。目前对于潜水员要进行涂料涂装专业的培训，以适应水下维修工程需要。
抓紧水下施工涂料从原材料、涂装施工到质量检验一系列标准的制订工作。
进一步开发新的水下施工涂料和新型施工技术。把水下涂装施工技术上一个新的台阶，为新生海洋产业、海洋经济作出贡献！
▷ 文字编辑 | Sabrina Feng
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