犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)在鋼閘門防腐中的應(yīng)用

徐 嘯， 王 磊

（1.江蘇省武定門閘管理所，南京，210013；2.江蘇省秦淮新河閘管理所，南京，210046）

一、問題的提出

鋼結(jié)構(gòu)在水利工程中被廣泛應(yīng)用，其中，有大量的鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)年處于水下，如各種鋼閘門、攔污柵、引水壓力鋼管和水輪機(jī)等，長(zhǎng)期接觸侵蝕性介質(zhì)（海水、淡水），遭受這些介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕作用，有時(shí)還受到高速水流或風(fēng)浪的沖擊，漂浮物和泥沙、冰凌的磨耗以及水中微生物和污染物的作用，極易發(fā)生腐蝕。各種形式的腐蝕破壞使得結(jié)構(gòu)的有效斷面減小，嚴(yán)重時(shí)局部穿孔，結(jié)構(gòu)的安全度逐漸下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的正常、安全運(yùn)行。以下從幾個(gè)實(shí)例出發(fā),介紹犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)在鋼閘門防腐中的應(yīng)用。

二、應(yīng)用實(shí)例

1.秦淮新河節(jié)制閘

該工程于1980年6月建成，共12孔。2001年年底起對(duì)節(jié)制閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固改造，上扉門為混凝土門，下扉門為鋼閘門。鋼閘門寬6.1 m，高5.4 m，采取噴鋅加涂料保護(hù)，噴鋅層厚度為160 μm,涂料為環(huán)氧云鐵防銹漆 50 μm+氯化橡膠鋁粉漆 90 μm。 為了延長(zhǎng)鋼閘門防腐蝕年限，減少維修，對(duì)水下鋼閘門進(jìn)行長(zhǎng)效保護(hù)，利于環(huán)境保護(hù)，秦淮新河閘管理所請(qǐng)有關(guān)科研單位設(shè)計(jì)實(shí)施了鎂合金犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)年處于水下的部位采取了犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)措施，設(shè)計(jì)保護(hù)使用壽命不小于15年。

（1）保護(hù)范圍

下扉門門頂高程為5.2 m，閘底板高程為0.0m。內(nèi)河側(cè)正常蓄水位為6.5 m。保護(hù)范圍為鋼閘門內(nèi)河側(cè)和長(zhǎng)江側(cè)長(zhǎng)年處于水下的部位，包括導(dǎo)軌板和底止水板。

（2）保護(hù)面積

每扇鋼閘門內(nèi)河側(cè)保護(hù)面積約33 m2，長(zhǎng)江側(cè)約 132 m2，合 計(jì)165 m2，12扇鋼閘門總保護(hù)面積1980m2。

（3）保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后測(cè)量鋼閘門的保護(hù)電位，95%以上測(cè)點(diǎn)的保護(hù)電位滿足以下要求：保護(hù)電位負(fù)于-850mV(相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極)；不銹鋼軌道板周圍保護(hù)電位比自然電位偏負(fù)200mV。

（4）測(cè)量結(jié)果

鋼閘門犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)施10天后，對(duì)其鋼閘門的保護(hù)電位從北向南分兩排進(jìn)行測(cè)量，每排測(cè)點(diǎn)分為水面、水中、泥面三個(gè)位置，測(cè)量結(jié)果見表1。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的結(jié)果可知，鋼閘門測(cè)點(diǎn)保護(hù)電位處于-863 mV～-1251 mV（相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極），所有測(cè)點(diǎn)電位均負(fù)于-850mV的設(shè)計(jì)保護(hù)電位，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。由測(cè)量結(jié)果可知，鋼閘門水下各處均得到充分有效的防腐蝕保護(hù)。

表1 江蘇省秦淮新河節(jié)制閘鋼閘門陰極保護(hù)電位測(cè)量結(jié)果

2.武定門節(jié)制閘

該閘建成于1960年9月，位于南京市武定門外秦淮河下游，距三汊河口12.6 km，為秦淮河流域的主要控制工程之一。節(jié)制閘共6孔，閘門為上、下扉平面鋼閘門，上扉門寬8.5m，高4.15m，下扉門寬8.06 m，高8.0m。導(dǎo)軌板材質(zhì)為不銹鋼復(fù)合板。同樣為了延長(zhǎng)鋼閘門防腐蝕年限，減少維修，對(duì)水下鋼閘門進(jìn)行長(zhǎng)效保護(hù)，對(duì)長(zhǎng)年處于水下的部位采取了犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)措施，設(shè)計(jì)保護(hù)使用壽命不小于15年。

（1）保護(hù)范圍

下扉門門頂高程8.305m，閘底板高程0.3m。內(nèi)河側(cè)正常蓄水位為6.5m，閘下設(shè)計(jì)水位11.37 m。保護(hù)范圍為鋼閘門內(nèi)河側(cè)和長(zhǎng)江側(cè)長(zhǎng)年處于水下的部位，包括導(dǎo)軌板和底止水板。

（2）保護(hù)面積

每扇鋼閘門內(nèi)河側(cè)保護(hù)面積約65 m2，長(zhǎng)江側(cè)約 260m2，合計(jì) 325 m2，6扇鋼閘門總保護(hù)面積1950m2。

（3）保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后鋼閘門保護(hù)電位的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)同前。

（4）測(cè)量結(jié)果

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝運(yùn)行后，采取抽測(cè)的方法，從南向北分兩排測(cè)量，每排測(cè)點(diǎn)有水面、水中、泥面三個(gè)位置。鋼閘門陰極保護(hù)電位測(cè)量結(jié)果見表2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的結(jié)果可知，鋼閘門測(cè)點(diǎn)保護(hù)電位處于-923 mV～-1320mV（相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極），所有測(cè)點(diǎn)電位均負(fù)于-850mV的設(shè)計(jì)保護(hù)電位，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。由測(cè)量結(jié)果可知，鋼閘門水下各處均得到了充分有效的防腐蝕保護(hù)。

三、應(yīng)用分析

近年，由于鋼閘門具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，在水閘上得到廣泛應(yīng)用。江蘇省大部分水閘的閘門已采用鋼閘門替代了老式的混凝土閘門或鑄鐵閘門，率先完成了閘門的升級(jí)改造。雖然鋼閘門具有堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，但其水下部分仍需采取防腐蝕措施，尤其是處于沿海的擋潮閘，其所處腐蝕環(huán)境十分苛刻，更需要采取有效的防腐蝕措施。而犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的防腐蝕技術(shù)雖一次性實(shí)施投資稍高，但從長(zhǎng)期防腐蝕所需的總費(fèi)用來看還是十分經(jīng)濟(jì)高效的，并且該技術(shù)對(duì)環(huán)境無污染，尤其是無需后期維護(hù)管理，大大減輕了水閘管理人員的維護(hù)工作。

表2 南京市武定門節(jié)制閘鋼閘門陰極保護(hù)電位測(cè)量結(jié)果

目前，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)已在江蘇省內(nèi)的淮河入海水道?？跇屑~?？陂l16扇鋼閘門、鎮(zhèn)江諫壁節(jié)制閘15扇鋼閘門、鹽城市射陽(yáng)河閘35扇鋼閘門、秦淮新河節(jié)制閘12扇鋼閘門等10余座水閘100多扇鋼閘門上實(shí)施應(yīng)用。已應(yīng)用的水閘鋼閘門防腐蝕效果可靠穩(wěn)定，閘門水下受到保護(hù)的部位無任何腐蝕現(xiàn)象，得到水利系統(tǒng)相關(guān)專家的肯定以及水閘管理人員和技術(shù)人員的好評(píng)。若江蘇省內(nèi)的水閘在進(jìn)行大修改造時(shí)充分開展應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，不僅可為水閘管理單位節(jié)約大量的歲修經(jīng)費(fèi)，而且也使水閘安全的運(yùn)行得到有力的保障，可見犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)在鋼閘門防腐蝕應(yīng)用前景非常廣闊。

四、結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)江河湖泊眾多，水利工程和水工建筑物鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件非常之多，防腐蝕工作面廣量大。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)水閘門的嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，各種防腐方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。目前，金屬結(jié)構(gòu)防腐絕緣層與陰極保護(hù)的聯(lián)合使用是比較經(jīng)濟(jì)、合理的防蝕措施。防腐層在生產(chǎn)、運(yùn)輸與施工中很難做到不受到任何損壞。不可能完全將被保護(hù)結(jié)構(gòu)與腐蝕環(huán)境、介質(zhì)完全隔離。用于防腐絕緣層的各種涂料都不同程度地具備吸水和透氣性。要維持有效的防腐，就有必要同時(shí)采取陰極保護(hù)。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的涂料防護(hù)具有防腐年限長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)環(huán)境無污染，應(yīng)大力推廣該技術(shù)在水利工程上的應(yīng)用。

[1]黃永昌.電化學(xué)保護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2000.

[2]胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.