某先進壓水堆核電站鋼結構涂裝質量控制

游慶榮

（上海核工程研究設計院有限公司，山東 榮成 264300）

0 引言

某先進壓水堆核電站創新性地使用模塊化建造方式，土建與安裝平行施工減少了計劃主線上的實體工作量，縮短了整個核電建造工期。核電站模塊化施工使用大量鋼結構，其中反應堆廠房、附屬廠房、放射性核廢料廠房、柴油發電機廠房、汽輪發電機廠房（常規島）使用量特別大。反應堆廠房內部主要有SPL18、SPL51鋼平臺、大型模塊CA01和SC為鋼板混凝土結構和結構，CA01模塊以型鋼為骨架，外覆碳鋼及雙相不銹鋼鋼板，成為結構物的墻體、樓板的“模板”，吊裝就位后灌注混凝土成為承重建筑物，外覆碳鋼鋼板需涂裝防腐涂料，涂裝面積大。附屬廠房、放射性核廢料廠房、柴油發電機廠房主體結構為鋼結構，樓板支座主要截面形式為等邊角鋼，鋼梁主要截面形式為H型鋼，這些結構為單層和多層框架結構，特別是CA20結構模塊，整個結構模塊屬于全鋼結構，重達1000噸，涂裝面積將近3000m2。另外各廠房存在鋼牛腿、鋼梁、小平臺、設備模塊的框架、鋼結構爬梯樓梯、預埋件等結構。但廠房需要所有的土建施工和模塊設備安裝完成之后才能進行封頂，致使防護涂層長期處于外界環境中，而且交叉施工模式會使涂層遭到破壞，造成涂層多次修補，工程進度延長、費用增加。

1 涂層要求

核安全法規 HAFl02（2004）特別規定：“為了實現安全殼系統內部構筑物和部件的覆蓋層和涂層的安全功能，并盡量降低在其劣化時對其他安全功能的影響，必須審慎地進行選擇覆蓋層和涂層材料，并必須規定專門的施工的方法”。國內核電站相對于防腐和裝飾功能，涂層在核工程中更重要的作用是作為防止放射性物質沾污的屏障，防止放射性物質滲入到鋼鐵和混凝土內部，并且易于去除放射性污染[3,6,7]。因此核電站中涂層必須具有優異的耐輻照、耐老化、可去污性能，始終保持連續、封閉、完好的狀態，應具有優異抗滲透性和防腐蝕性，鹵素及硫含量低、高溫、高壓、高濕、硼酸堿溶液環境中穩定，火焰傳播比值低等特點。

常規性能要求[1,3,9]包括：附著力≥2.0MPa，干膜密度：≥1685kg/m3，耐磨性能：1000g/1000r，≤175mg，鹽霧耐蝕性：3500h，不大于3mm擴蝕。為保證可能產生的碎片密度足夠大，不會隨水遷移到再循環濾網，要求環氧涂層的最小干膜密度比普通涂層要求要高。

特殊鑒定試驗方法和驗收要求[1,4,5,7,9,10]：耐化學品性能：不得有剝落、分層、起泡、軟化等，重金屬含量技術條件：不含有砷、氰、汞、硒、金屬鋁，鉛≤100ppm，六價鉻、鈷、鎘≤10ppm，熱傳導率≥0.32W.m-1.K-1涂層比熱技術條件： ≥1046.46J/kg.℃，涂層熱輻射系數：≥0.81，防火性能：≤50，DBA性能：168h，不粉化、龜裂、脫落、銹蝕等。耐輻照性能：1×107Gy，不粉化、龜裂、脫落、起泡等。去污試驗DF≥100。

2 材料、人員控制

涂層材料應保存在廠商未開封的原包裝中，包裝上帶有名稱、批號、生產日期、保質期或貯存期。材料的儲存和搬運應根據廠商說明進行，并且應避光和避免材料受潮；油漆進場后要求進行密度、灰分、不揮發物含量、粘度等物理性能指標進行復驗，復驗數值應滿足廠家要求。

油漆作業人員和檢查員應分別通過油漆生產廠家符合ASTM D4228《鋼結構表面涂裝操作者技能評定標準要求》及ASTM D5498《核電站涂裝工作油漆檢查員培訓計劃》的資格考試，具備使用油漆生產廠商相關油漆的資格。

3 施工質量控制

3.1 表面處理質量控制要點

表面處理質量約占60%，施工質量約占25%，涂料本身質量約占15%。因此表面處理的優劣在很大程度上決定了涂層系統的性能和使用壽命[11]。鋼結構表面清理等級應達到的美國鋼結構委員會表面準備工藝SSPC-SP10“Near White Blast Cleaning”的要求；只有在SSPC-SP10難以實現的不可達的區域，允許使用SSPC-SP11“Power Tool Cleaning to Bare Metal”的方法。噴砂工作質量控制要點主要噴砂車間的工作環境、鐵砂的品質等。

對于被油脂污染的碳鋼和涂層表面，在噴砂前，應對表面進行必要的脫脂清理；使用礦物醇或其它不含石蠟且燃點高于38℃的溶劑去除油脂。表面處理使用的磨料為18目與25目的混合鋼砂配比為30%：70%。根據ASTM D4285對壓縮空氣進行試驗以確定壓縮空氣應是清潔干燥。鋼砂按照ASTM D4940的要求每100h檢測一次油污染。如果表面粗糙度小于該設計值時，對不合格區域所在的1m2范圍內進行二次噴砂，直至粗糙度的測量值符合設計要求。噴砂處理后，使用刷子、壓縮空氣或真空吸塵器將表面的磨料和粉塵去除。殘留粉塵的檢驗按ISO 8502-3進行，要求的最大量和尺寸等級不低于 2級。

3.2 涂裝施工質量控制要點

涂裝施工時，基體表面溫度要求高于露點溫度3℃以上；在車間內施工涂層應在噴砂后4h內施工；濕度要求＞85%。作業過程中每30min進行記錄，直至涂料噴涂完成時。油漆混合前，確保油漆處于有效的使用期限內并且儲存容器完好。當容器打開后，油漆表面不能出現剝皮、凝膠狀、分層等現象。為避免漏噴，涂裝過程中新噴射面要與已經完成的噴射面有約5mm的搭接。配制油漆時基料和固化劑按比例配合；攪拌好的油漆按照涂料說明書要求進行要求熟化，并在規定的期間內將油漆 用完。

3.3 油漆檢驗要求

3.3.1 厚度檢測

根據SSPC-PA2實地測量，檢查每一度涂層的干膜厚度（DFT）。每9m2檢測一次。每次測量取5個點，每個點在直徑4cm圓形范圍內測量三次，測點平均值不得超過規定的最大涂層厚度，并不得小于最小允許干膜厚度的80%。

3.3.2 附著力試驗

當油漆施工情況發生以下變化時，將進行油漆附著力試驗（破壞性試驗，采用試驗板的方式進行，試驗板的材質應與正式產品的材質一致，試驗板的施工環境應與需試驗的正式產品保持一致），試驗按照ASTM D4541要求進行，每連續施工超過1000m2進行一次，要求附著力≥2MPa。

4 問題與改進

4.1 “開頂法”施工露天環境下涂層破壞問題

核島由于開頂法施工，在安全殼頂封頭落位前，核島內部鋼結構在施工期間一直暴露在大氣環境中，在夏季施工時，晝夜冷熱交替會在墻壁和地面上形成結露，防護涂層長期處于這種潮濕的環境下，逐漸被侵蝕而發生鼓泡，甚至有脫落現象[4]。

解決辦法：在車間進行噴砂及底漆涂裝，在現場進行面漆涂裝。

4.2 高固態環氧在大氣環境下粉化

油漆受到的碳鋼銹水污染主要來自由焊接坡口，拼、安裝焊縫、碳鋼腳手架，在高溫、高濕、高鹽環境中碳鋼容易銹蝕，在有雨水時會造成油漆污染。個別區域容易受到混凝土澆筑污染。高固態環氧油漆是一種環脂肪族胺固化型環氧樹脂漆，通過聚醚胺、異佛爾酮二胺中的胺基與縮水甘油封端雙酚A環氧氯丙烷共聚物的環氧基團發生交聯反應，從而發生固化成漆膜。油漆中少量的苯環造成漆膜在長期紫外線的照射下，也會引起輕微黃變，致使脆性變大。高固態環氧油漆作為核級涂層雖是最佳的選擇，但該涂層自身性能不耐紫外線照射，不合適長期露天存放[2,4]。

解決辦法：把高固態環境底漆更換為無機富鋅漆，可在車間進行鋼結構涂裝底漆，現場施工后期再進行面漆涂裝，這樣能有效避免環氧樹脂粉化的情況。

4.3 交叉施工導致鋼結構涂層破壞、污損

核電站現場交叉施工外長時間存在多點、多區域的交叉施工，鋼結構涂層易發生磕碰、劃傷、電弧等損傷[8]。設備引入、吊裝應避免與鋼結構、模塊碰撞，必要時在相關區域采取防碰撞措施。可以采用下列方法進行改進：（1）焊接時使用引弧板，避免焊接起弧時產生弧傷；（2）在鋼結構周圍邊打磨時，應有相應的防飛濺措施，防止打磨飛濺污染和損傷油漆；（3）腳手架應在靠近油漆的部位增加柔性材料，防止腳手架對油漆層的損壞；出現磕碰劃痕時及時補漆；（4）在施工區域顯眼的位置，設立必要的保護警示牌，要求施工單位加強油漆的保護的監督，提高施工人員對油漆的保護意識；（5）根據現場條件選擇及鋼結構暴露時間的長短選擇使用臨時油漆保護、使用可剝離漆保護和預留部分裕量的方法進行涂裝。