潘家口水庫表孔閘門防腐實踐與分析

閔芙蓉，呂素萍

（海河水利委員會引灤工程管理局，河北遷西 064309）

1 工程概況

潘家口水庫主壩的閘門啟閉機技術設計于1976年，主要工作量至1981年全部完成，總用鋼量為8 053 t，主要含溢洪道弧形工作門和卷揚式啟閉機、電站壩段平板工作門和油壓啟閉機以及平板檢修閘門和門機、泄洪底孔弧形工作門和油壓啟閉機以及平板檢修門和卷揚式啟閉機。主壩溢洪道為十八表孔弧形閘門，每扇閘門尺寸15 m×15 m，總防腐面積為31 347 m2，1979年投入使用。

水庫正常蓄水位222.0 m，設計水位224.5 m，汛限水位216.0 m。閘門底坎高程為▽210 m，多在洪水季節(jié)泄洪，一般7—8月份閘門迎水面浸水深12 m，其他季節(jié)受蓄水量和用水量多少的控制。水庫水中游離著等離子，活躍著多種細菌、微生物。

2 十八表孔閘門運行環(huán)境及防腐蝕機理

由于蓄水量受用水量和雨水量大小的控制，當蓄水水位低于▽210 m時，整體閘門裸露于大氣中。華北北部天氣冬夏季溫差較大，大壩處于山口，地勢高，常承受大風，也有夾沙襲擊，因而要求閘門的防腐層具有良好的耐候性。背水面面向南部，除經(jīng)受以上環(huán)境外，還要經(jīng)受日光的長期照射，所以要求背水面的防腐層除了具有良好的耐候性外，還需具有良好的耐光性。

閘門迎水面常有一部分浸沒水下，因而不可避免地會被電解液和細菌腐蝕。為了減緩腐蝕速度，需要迎水面涂料具有良好的耐水性、防滲性和耐干濕交替性能。同時，山口風力使浪中漂浮物對閘門產(chǎn)生沖擊、冬末春初季節(jié)冰棱對閘門產(chǎn)生撞擊，都增加了閘門水線部位的磨損，因而要求閘門迎水面防腐層還要具有良好的耐磨性。

閘門多在洪水季節(jié)動水啟閉，動水啟閉不可避免地產(chǎn)生彈性范圍內(nèi)的機械變形。而涂料的機械性能的好壞，對涂料的封閉性能、防滲性能影響很大，所以要求涂料具有較高的機械性能。

3 十八表孔閘門防腐蝕工藝、效果

十八表孔閘門從安裝運行至今共實施了4種不同工藝的防腐。其一為1979年安裝運行時閘門迎水面和背水面全部涂裝4道AC-15鋁粉氯化橡膠漆；其二為1990年對迎水面采用噴砂、氣噴鍍鋁、再涂裝涂料的工藝；其三為2006—2008年對迎水面采用噴砂、電噴鍍鋅、再涂裝涂料的工藝；其四為1997—2000年對背水面采用噴砂、涂裝涂料的工藝。下面分別對迎水面、背水面做簡要闡述。

3.1 迎水面的防腐工藝和效果

1979年的首次防腐為直接涂裝AC-15鋁粉氯化橡膠漆4道于表面質(zhì)量好的閘門迎水面、背水面的母體金屬上，相對來說工藝簡單、造價低。運行至1989年時，常浸水下及干濕交替部位的封閉涂料被成片腐蝕掉，銹態(tài)嚴重，尤其是常浸水下的部位。上部常裸露于大氣中的部位則相對來說腐蝕較輕，但也銹態(tài)明顯。由于其防腐間隔長達十一二年，從常裸露于大氣中的上部銹蝕狀態(tài)來看，鋁粉氯化橡膠漆的耐候性、防銹性、附著性能良好；也證明了鋁粉氯化橡膠漆的耐候性能優(yōu)于其耐干濕交替性能，其耐干濕交替性能又優(yōu)于其耐水性能。

1990年的第二次防腐采用表面噴砂處理、氣噴鍍鋁、再涂裝過氯乙烯防腐底、面漆的工藝，增加了施工工序、施工時間和噴鍍金屬材料，工程費用增加。至2004年左右時，常浸水下及干濕交替部位也出現(xiàn)封閉涂料成片被完全腐蝕掉、連續(xù)大片狀的乳白色氧化膜大面積顯現(xiàn)的現(xiàn)象。裸露于大氣中的上部的腐蝕也較重，乳白色氧化膜亦明顯顯現(xiàn)。但除了干濕交替部位顯現(xiàn)較多的銹態(tài)外，常浸水下和常裸露大氣中的部位的銹跡則較輕。這是因為噴鍍金屬鋁形成了具有保護母體作用的氧化膜，隔離、減緩了對母體金屬的腐蝕。從常浸水下部位和常裸露于大氣中的部位來看，過氯乙烯防腐漆的耐候性優(yōu)于其耐水性能。這些現(xiàn)象證明了第二次選用噴鍍金屬的工藝對母體具有良好的保護作用，延遲了對母體的腐蝕。但由于其防腐間隔長達十五六年，封閉涂料已達到其有效期而失去防護作用。

2006—2008年實施第三次防腐，采取表面噴砂處理、電噴鍍鋅技術，再涂裝以環(huán)氧樹脂為基料、鋅粉為防銹涂料的磷酸鋅環(huán)氧底漆、氯化橡膠面漆各兩道的工藝。磷酸鋅環(huán)氧底漆具有良好的附著性、防銹性、耐腐蝕性、耐水性能。氯化橡膠面漆則具有優(yōu)良的附著性能、防銹、耐水、耐候、耐干濕交替、較高的機械性能、優(yōu)異的層間結合性能。運行至今近5年，目前來看效果良好。隨著運行時間的增加，可以做進一步觀察、驗證和比較。此次電噴鍍技術的采用，使施工效率得到了成倍的提高，節(jié)省可觀的時間、人力、資金。

3.2 背水面的防腐工藝和效果

背水面首次防腐同迎水面，為1979年安裝運行時直接涂裝AC-15鋁粉氯化橡膠漆4道于母體金屬上。1997—2000年，對運行了20年、表面銹蝕嚴重的十八孔閘門背水面實施了第二次防腐，采用的是前面說的第四種防腐工藝：根據(jù)其銹蝕狀況、運行環(huán)境條件，采用表面噴砂處理、涂裝氯磺化聚乙烯防銹底、面漆各兩道的工藝。在其后十多年的運行中，再根據(jù)實際情況，對因閘門本身結構因素而引起的易積水、易銹蝕部位進行了手工結合動力機械除銹、再涂裝涂料的方法進行不定期維護。背水面是在表面噴砂處理后直接涂裝封閉涂料，當涂料層被腐蝕后，母體金屬結構就失去了防護。所以，要根據(jù)實際運行情況，合理掌握防腐間隔期。

4 水工鋼閘門防腐蝕經(jīng)驗

4.1 防腐方案選擇

如前所述，由于水工鋼閘門迎水面、背水面運行環(huán)境不同，對防腐的要求、選用的工藝也就各異。但總的工藝流程相同：準備工作→表面處理→檢查→噴鍍金屬（設計要求時）→檢查（有噴鍍金屬時）→涂裝底漆→檢查→涂裝面漆→檢查→清場。

4.1.1 迎水面方案選擇

由于迎水面一部分閘門長期浸沒水中，表面受到化學物質(zhì)、細菌微生物侵蝕；另一部分長期暴露在大氣中，受日光、風沙侵襲；特別是水線部分，受到水浪和水面上漂浮物的沖擊，同時又受水位變化的影響，使這部分鋼結構表面經(jīng)常干濕交替，特別容易生銹。故要求防腐層具有良好的防銹性、防滲性、耐水性和耐干濕交替性能，優(yōu)良的耐候性、耐磨性及較高的機械性能。同時，由于水庫水位影響、限制施工且使用浮動檢修閘門擋水時會提高工程造價、延長施工時間，并進一步增加施工難度、降低施工安全性，故要求防腐層的保護周期盡可能長。

因為鋅、鋁鍍層具有水工閘門運行環(huán)境所要求的附著力、抗拉強度和硬度等指標，所以能夠經(jīng)受高速水流、泥沙、冰棱等其他漂浮物的沖磨而不致開裂、翹皮和脫落。具有適當厚度的鍍層與涂料封閉措施相配合，能保證良好的抗?jié)B性能，能隔離水和氧氣的浸入。即使涂層被破壞，鋅、鋁鍍層還能較長期地保護閘門母體結構，再用適當?shù)耐繉臃忾]也可再次達到防滲效果。其次，噴鍍鋅、鋁工藝不會導致閘門結構的變形和金相變化，不會影響閘門結構本身的機械性能。雖然噴鍍鋅、鋁造價高，但閘門下半部分常處水下且防腐面積大、要求保護周期長，所以宜采取噴砂、噴鍍鋅或鋁的長效防腐技術：表面噴砂處理后，采用噴鍍鋅或鋁工藝，然后采用壓力噴涂、涂裝具有良好的附著性、防銹、耐腐蝕性、耐水性能的環(huán)氧類底漆和具有優(yōu)良的附著性能、防銹、耐水、耐候、耐干濕交替、較高的機械性能、優(yōu)異的層間結合性能的氯化橡膠面漆的方法，或者封閉面漆選擇環(huán)氧類。

4.1.2 背水面方案選擇

背水面不浸水，但梁格中常有積水，要經(jīng)受風沙襲擊、日光照射，所以要求背水面的防腐層具有良好的防銹性、耐候性、耐光性和較高的機械性能，同時要求有較長的保護效果。故同樣宜采取噴砂、噴鍍鋅或鋁的長效防腐技術，封閉涂料可選用具有優(yōu)良的防銹性能、附著性能的環(huán)氧類底漆+環(huán)氧云鐵防銹漆+氯化橡膠面漆；也可采用在表面處理后直接噴涂富鋅底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆、環(huán)氧封閉漆的方法。

對因閘門結構因素而易積水的部位，為縮短防腐間隔期、提高防腐頻率，表面應采取手工結合動力機械除銹、再涂裝封閉涂料的方法。

4.2 質(zhì)量要求和控制

4.2.1 材料、工具和工藝要求和控制

對材料要進行入場質(zhì)量認定。涂料符合設計要求。噴砂除銹用的砂清潔干燥、無雜質(zhì)、堅硬有棱角、含水量＜3%，以石英砂為好，粗河砂也可。砂料粒徑以0.5～1.5 mm為宜，篩選前曬干，防潮存放。

噴砂操作時，控制好空壓機氣壓，理論值為0.45～0.6 MPa。壓縮空氣必須經(jīng)冷卻裝置及油水分離器處理，以保證干燥、無油。油水分離器必須定期清理、檢查噴嘴磨損情況，當孔口直徑增大25%時宜更換噴嘴。噴嘴到基體鋼材表面距離以10～30 cm為宜，不要長時間停留在某處，噴嘴軸線與工作面夾角以45°左右為宜。噴砂時應避免零星作業(yè)，一次表面噴砂處理面積以滿足后續(xù)噴鍍金屬和封閉涂料的工作量為宜。

噴砂除銹后進行下一道工序前，如遇下雨或其他因素影響使基體鋼材表面處理質(zhì)量不合要求時，應再次處理。

4.2.2 表面處理要求和質(zhì)量控制

表面處理完成后應進行全面檢查。對噴砂的基體鋼材表面進行清潔度和粗糙度檢查，重點應檢查不易噴射的部位。檢查時，應避免用手觸摸，避免漏檢。噴砂除銹金屬表面應達到Sa21/2，并按照《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》進行比較，表面粗糙度應達到60～100 μm。以評定點的算術平均值為此評定點的表面粗糙度值。

4.2.3 噴鍍要求和質(zhì)量控制

噴砂完成后4 h內(nèi)進行金屬保護層的噴鍍，防止二次生銹。噴鍍時環(huán)境溫度不低于5℃，濕度不大于85%。噴鍍金屬的純度不低于99.95%，其直徑與噴嘴相適用。氣噴鍍時空壓機工作壓力穩(wěn)定在0.5～0.6 MPa為好、不能低于0.4 Mpa，噴鍍距離宜為15～20 cm，噴鍍角以25°左右為宜，噴鍍寬度宜為4～5 cm，噴幅重疊1/3。電噴鍍時空壓機工作壓力宜在0.6 MPa以上，不能低于0.5 MPa。噴鍍完成后要按相關要求檢查鍍層的外觀、厚度、結合強度和孔隙率。

4.2.4 涂料涂裝要求和質(zhì)量控制

宜采取壓力噴涂法。壓力噴涂具有工效高、涂層光滑均勻、層間結合好的優(yōu)點。噴涂距離以20～25 cm為宜，根據(jù)涂料粘度、要求厚度的不同，壓力控制在0.4～0.6 MPa。環(huán)境溫度最好在5～35℃。對邊角、焊縫進行預噴1～2遍后再全面噴涂。底漆噴涂宜在鍍層噴鍍完后尚有余熱時進行。上道漆表面干燥后再噴涂下道漆。人工涂裝時按縱橫交錯的方式進行。對于雙組分涂料，注意控制好稀釋劑的用量。涂裝完成后要求表面平整、光滑、均勻，厚度符合設計要求。

5 建議

（1）從工程使用方的綜合計價來看，傳統(tǒng)的涂裝防腐即涂料涂層技術為非長效防腐，防腐間隔期短；而噴鍍鋁、鋅，加封閉涂層的長效防腐技術則具有很高的性價比。

（2）采用噴鋅、鋁的長效防腐工藝，可以大幅提高鋼閘門的耐蝕性。噴鍍金屬工藝預處理采用表面噴砂除銹處理，工件表面清潔并具有適當?shù)拇植诙?，表面噴鍍金屬后不會產(chǎn)生由內(nèi)向外的腐蝕，不會產(chǎn)生鍍層脫落現(xiàn)象；采用電噴鍍技術可以成倍提高施工效率，節(jié)省可觀的時間、人力、資金；采用壓力噴涂涂料方法能提高涂層結合質(zhì)量和施工效率。

（3）對工程使用方而言，在工程移交時，應對鋼結構的整體防腐技術進行專業(yè)的評估；在防腐實施過程中，不管采取何種防腐技術進行防護處理，必須進行嚴格的質(zhì)量檢測，派專業(yè)的防腐施工工程師、采用較為精密的檢測手段和設備，對整個鋼結構的防腐質(zhì)量進行嚴格檢測，并關注后期的定期檢測和維護，做好工程的相關記錄。

（4）長效防腐為一個系統(tǒng)工程，其效果取決于鋼結構工程設計、使用、施工和監(jiān)理等多方的綜合因素。只有得到多方的重視和使用方在后期的合理維護，鋼結構的安全與使用壽命才可以得到可靠的保障。

（5）潘家口水庫閘門運行至今已30多年，從歷次的防腐工藝設計、防腐施工和效果來看，表面噴砂預處理后，采用電噴鍍鋅、鋁，再壓力噴涂封閉涂料的方法，具有更好的綜合效益。同時，從前四種防腐工藝及其效果來看，對水工鋼閘門干濕交替部位的有效防腐是個難點，而選擇環(huán)氧類底漆、配合氯化橡膠類面漆，能兼顧對干濕交替部位和水上水下部位的防銹、防滲、層間結合、耐干濕交替和耐候性能，以取得相對好的效果。