水工鋼閘門(mén)腐蝕影響因素及防腐蝕技術(shù)探析

嚴(yán)柳紅

摘? ?要：本文簡(jiǎn)要闡述了水工鋼閘門(mén)的腐蝕類(lèi)型，并對(duì)水工鋼閘門(mén)的腐蝕原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為水工鋼閘門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)、所處工作環(huán)境的水質(zhì)問(wèn)題、結(jié)構(gòu)表面狀態(tài)、水流速度等是造成閘門(mén)腐蝕的重要影響因素。在此基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前水工鋼閘門(mén)的主要防腐蝕技術(shù)進(jìn)行了探討，主要包括涂料防腐技術(shù)、噴金屬加涂料聯(lián)合防護(hù)技術(shù)以及陰極保護(hù)加涂料聯(lián)合防護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：水工鋼閘門(mén)? 防腐蝕? 噴金屬? 涂料? 陰極保護(hù)

水工鋼閘門(mén)是一種控制水位的水工鋼構(gòu)件，是水電站、水庫(kù)、水閘等水工建筑物的重要構(gòu)造組成。作為一種金屬構(gòu)件，水工鋼閘門(mén)在運(yùn)行過(guò)程中，由于干濕環(huán)境交替、水質(zhì)以及水流沖擊等原因，會(huì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象，不但會(huì)使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及承載能力下降，還會(huì)使其運(yùn)行維護(hù)的成本增加。因此，水工鋼閘門(mén)的防腐蝕處理工藝對(duì)其使用使命、維護(hù)成本以及整體質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。本文基于當(dāng)前金屬結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，就水工鋼閘門(mén)的防腐蝕處理工藝進(jìn)行一些探討，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供一些參考與借鑒。

1? 水工鋼閘門(mén)的腐蝕類(lèi)型

水工鋼閘門(mén)的腐蝕狀況，從腐蝕影響范圍上主要表現(xiàn)為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類(lèi)，局部微觀上常見(jiàn)腐蝕類(lèi)型為：（1）斑點(diǎn)腐蝕，構(gòu)件表面出現(xiàn)較密集但深度較小的蝕坑群，均勻腐蝕中常見(jiàn);（2）陷坑腐蝕，腐蝕呈凹坑狀，且腐蝕較大，通常在局部嚴(yán)重腐蝕中呈現(xiàn);（3）孔（點(diǎn)）腐蝕，蝕坑局部小而深，這種腐蝕形態(tài)具有較大破壞性和隱蔽性;（4）縫隙腐蝕，縫隙或其他隱蔽區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的局部腐蝕。

通常這四類(lèi)腐蝕類(lèi)型相互關(guān)聯(lián)，或兼而有之，是工程中主要腐蝕類(lèi)型。考慮工程安全性及鑒別的難易，局部腐蝕較全面腐蝕的危害要大得多，其危害往往更具有突然性和破壞性。

2? 水工鋼閘門(mén)腐蝕原因分析

2.1 運(yùn)行狀態(tài)對(duì)水工鋼閘門(mén)腐蝕的影響

水工鋼閘門(mén)在運(yùn)行狀態(tài)上主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)為常態(tài)運(yùn)行，在汛期開(kāi)閘泄洪或分洪，非汛期啟閉閘門(mén)維持正常水位，此類(lèi)閘門(mén)上、下游水位一般比較穩(wěn)定;另一類(lèi)為間歇運(yùn)行，此類(lèi)閘門(mén)所在河道存在斷流現(xiàn)象或是水位較淺，汛期閘門(mén)啟閉頻繁，而非汛期閘門(mén)、閘室整體或是大部分暴露在空氣中。

水工鋼閘門(mén)的腐蝕程度與其運(yùn)行狀態(tài)具有密切的關(guān)系。根據(jù)朱曉峰等人的研究，常態(tài)運(yùn)行的水工鋼閘門(mén)由于上、下游水位常年較為穩(wěn)定，閘門(mén)長(zhǎng)期處于靜水低流速的環(huán)境下，干濕交替頻率低，大多是一般腐蝕或是輕度腐蝕;而處于間歇運(yùn)行狀態(tài)的鋼閘門(mén)，由于干濕交替頻繁，河道基本斷流的情況下，暴雨時(shí)閘門(mén)更容易受到高速水流的沖擊，使腐蝕加快，腐蝕程度較常態(tài)運(yùn)行的鋼閘門(mén)更為嚴(yán)重。

2.2 水質(zhì)對(duì)水工鋼閘門(mén)腐蝕的影響

水工鋼閘門(mén)的腐蝕多為電化學(xué)腐蝕，腐蝕程度、速度與其工作環(huán)境中的pH值高低、含氧量及水中離子濃度有著密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水工鋼閘門(mén)工作環(huán)境中的pH﹤4時(shí)，pH值越小腐蝕速度越快;pH=5～9時(shí)，pH值大小與閘門(mén)的腐蝕速度沒(méi)有關(guān)系，主要與水中溶解氧有關(guān)，水中溶解氧含量越大，供氧也就越充分，閘門(mén)的腐蝕速度也就越快、腐蝕程度也越嚴(yán)重;當(dāng)pH﹥10時(shí)，會(huì)在金屬表面形成一層保護(hù)膜，閘門(mén)不易腐蝕。水工鋼閘門(mén)的腐蝕不僅僅與水中溶解氧含量有關(guān)，離子濃度大小對(duì)于閘門(mén)腐蝕速率也具有重要的影響。閘門(mén)發(fā)生的電化學(xué)腐蝕需要在互相連通的電解質(zhì)溶液中進(jìn)行，淡水河湖中雖然含鹽量較低，但均含有多種正負(fù)離子，離子的存在、運(yùn)動(dòng)及所帶電荷的轉(zhuǎn)換，使河道水可以導(dǎo)電，也可以視為是電解質(zhì)溶液。

2.3 其它影響因素

水工鋼閘門(mén)的腐蝕除與運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)環(huán)境有關(guān)外，鋼結(jié)構(gòu)表面的狀態(tài)、應(yīng)力和變形、環(huán)境溫度、水流速度等也具有重要的影響。結(jié)構(gòu)表面積大小、粗糙程度、機(jī)械損傷、焊接缺陷等都是造成閘門(mén)腐蝕的重要因素;應(yīng)力和變形越大，腐蝕也越嚴(yán)重;環(huán)境溫度一般與鋼閘門(mén)的腐蝕速度成正比關(guān)系;敞開(kāi)式鋼閘門(mén)溫度大于80℃時(shí)，由于氧的散出，溫度與腐蝕速度成反比;水流速度與水工鋼閘門(mén)的腐蝕速度成正比關(guān)系，流速越大，腐蝕越快，所以經(jīng)常開(kāi)閘泄水的水工鋼閘門(mén)比長(zhǎng)期關(guān)閉的水工鋼閘門(mén)腐蝕嚴(yán)重。此外，水流及水中夾帶的泥沙會(huì)對(duì)水工鋼閘門(mén)金屬表面形成高速?zèng)_擊，造成沖蝕磨損，加快腐蝕。

3? 水工鋼閘門(mén)的主要防腐蝕處理技術(shù)

水工鋼閘門(mén)常用的基本防腐蝕技術(shù)主要有三種，一是涂料防護(hù)技術(shù)，二是金屬熱噴涂技術(shù)，三是陰極保護(hù)技術(shù)，在此三種基本防護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，還延伸出多種復(fù)合防護(hù)技術(shù)，如噴金屬與涂料聯(lián)合防護(hù)技術(shù)、陰極保護(hù)與涂料聯(lián)合防護(hù)技術(shù)等。

3.1 涂料防腐

涂料防腐是金屬防腐蝕的傳統(tǒng)防護(hù)措施，具有造價(jià)相對(duì)較低、施工簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，能夠在金屬表面形成一種薄膜隔離水、空氣對(duì)金屬的腐蝕影響。防腐涂料分為常規(guī)防腐涂料與重防腐涂料，常規(guī)防腐涂料適用于一般環(huán)境條件下對(duì)金屬基材的防腐蝕保護(hù)，重防腐涂料則主要用于相對(duì)更為嚴(yán)苛的腐蝕環(huán)境，具有比常規(guī)涂料更長(zhǎng)的保護(hù)期。水工鋼閘門(mén)一般使用重防腐涂料，正確使用，防腐蝕年限可達(dá)5～10年。涂料防腐從工藝上分為底漆、中間漆及面漆，涂料防腐的底漆環(huán)有氧富鋅底漆、無(wú)機(jī)富鋅底漆、環(huán)氧厚漿漆等;中間漆一般采用環(huán)氧云鐵中間漆;面漆有丙烯酸面漆、聚氨酯面漆等。水工鋼閘門(mén)涂料防腐對(duì)涂料選擇、涂料配比和每層漆刷厚度有較嚴(yán)格的要求，漆刷層數(shù)及厚度視具體情況而定。在工程實(shí)踐中，單純采用涂料封閉涂層防腐對(duì)于在干濕交替環(huán)境下運(yùn)行的鋼閘門(mén)效果并不是很好，運(yùn)行5年以上大多會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

3.2 噴金屬加涂料聯(lián)合防護(hù)

相較于單純的涂料防護(hù)，水工鋼閘門(mén)采用噴金屬加涂料封閉具有更好的防護(hù)效果。將鋅、鋁等活潑金屬元素采用熱噴涂等工藝覆蓋在鋼閘門(mén)表面形成一種鋅（鋁）噴涂層，然后再用涂料進(jìn)行封閉處理形成復(fù)合涂層，雖然在初始造價(jià)上比單純的涂料防腐要高，但其對(duì)水工鋼閘門(mén)的保護(hù)周期遠(yuǎn)長(zhǎng)于涂料防腐，且維護(hù)成本較低，綜合成本實(shí)際要低于涂料防腐技術(shù)。采用該工藝，可以對(duì)水工鋼閘門(mén)表面起到雙重保護(hù)的作用，一方面涂料涂層可以將金屬基體與腐蝕介質(zhì)隔離開(kāi)，起到一層防腐蝕效果，另一方面，當(dāng)涂料涂層被破壞后，涂層可以與基體構(gòu)成腐蝕微電池，鋅鍍層成為陽(yáng)極，從而形成犧牲陽(yáng)極類(lèi)型的陰極保護(hù)作用。因此采用這種防腐措施的閘門(mén)保護(hù)周期較長(zhǎng)。噴金屬加涂料聯(lián)合防護(hù)技術(shù)對(duì)構(gòu)件尺寸的適應(yīng)性強(qiáng)，只有局部的熱影響，結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生熱變形，但這種工藝的工業(yè)化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量易受操作者的工作狀況影響。

3.3 陰極保護(hù)與涂料聯(lián)合保護(hù)

陰極保護(hù)分為外加電流和犧牲陽(yáng)極兩種方式，常與涂料聯(lián)合對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕處理。外加電流陰極保護(hù)需要外接電源，輸出電流較大，但所需陽(yáng)極數(shù)量一般較少，使用時(shí)要核對(duì)極性，接錯(cuò)后極性變換會(huì)加速腐蝕;犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需要外接電源，安裝比較簡(jiǎn)單，但所需陽(yáng)極數(shù)量較大且需定期更換。陰極保護(hù)的兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件進(jìn)行選擇，一般犧牲陽(yáng)極法適用于覆蓋層良好的結(jié)構(gòu)或局部性保護(hù)且受腐蝕介質(zhì)的電阻率影響;外加電流法適用于無(wú)覆蓋層的大型結(jié)構(gòu)且不受腐蝕介質(zhì)的電阻率影響。陰極保護(hù)在金屬防腐蝕應(yīng)用中屬于治本的一種技術(shù)，配合涂料防護(hù)治標(biāo)，可以形成標(biāo)本兼治的防護(hù)效果。但由于目前水污染問(wèn)題較為嚴(yán)重，水工鋼閘門(mén)水質(zhì)變化范圍大給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)較大困難，使得該技術(shù)的應(yīng)用受到一定程度的影響。

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