水工鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施淺析

劉海燕++浦慶

摘 要：隨著科技的發(fā)展，水工鋼結(jié)構(gòu)在我國社會(huì)建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，但在其應(yīng)用過程中仍存在一些問題。因此，分析了水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原理和影響因素，并提出了常用水工鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕方案及其選用原則。

關(guān)鍵詞：水工鋼結(jié)構(gòu)；防腐蝕措施；水工鋼閘門；腐蝕因素

中圖分類號(hào)：TV34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.152

鋼結(jié)構(gòu)在水利工程中的應(yīng)用廣泛，比如水工建筑物中大量采用的鋼閘門、閥門、攔污柵、船閘閘門、升船機(jī)和鋼引橋等。由于空氣和水中含有各種化學(xué)介質(zhì)，如果鋼結(jié)構(gòu)表面未采取防腐措施，則會(huì)發(fā)生銹蝕，特別是水工建筑物中的鋼結(jié)構(gòu)常處于水下或干濕交替的環(huán)境中，更易發(fā)生化學(xué)變化，腐蝕更加嚴(yán)重。腐蝕不僅會(huì)削弱鋼結(jié)構(gòu)截面的承載能力，還會(huì)產(chǎn)生局部銹坑，形成應(yīng)力集中，進(jìn)而降低正體結(jié)構(gòu)的承載能力，引發(fā)結(jié)構(gòu)脆斷。因此，開展水工鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)研究非常重要，從而確保水工鋼結(jié)構(gòu)的完整性，延長其使用壽命。

1 水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原理和影響因素

1.1 腐蝕原理

腐蝕是指物質(zhì)與外部介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象。腐蝕的形式主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗的過程；電化學(xué)腐蝕是指不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生的原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬會(huì)因失去電子而被氧化。水工鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕多屬于電化學(xué)腐蝕。

1.2 影響因素

1.2.1 鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境

比如，水工鋼閘門常處于水下或半水下的干濕交替環(huán)境，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象；空氣中的介質(zhì)會(huì)與暴露在外的鋼材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

1.2.2 水質(zhì)影響

水中含有一些侵蝕性的介質(zhì)，特別是海水中含有較多的氯離子，其對(duì)鋼材的腐蝕影響非常大。此外，水工鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕具有連續(xù)性，水流的流動(dòng)會(huì)加快腐蝕速度。

1.2.3 鋼結(jié)構(gòu)自身的狀態(tài)

由于鋼材中含有鐵以外的其他元素或雜質(zhì)，特別是合金鋼中含有合金元素，其會(huì)引起鋼材腐蝕；鋼材表面的粗糙度、裂紋和機(jī)械損傷等對(duì)腐蝕的影響較大。

2 水工鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施分析

2.1 防腐蝕的原理

鋼結(jié)構(gòu)的防腐可從腐蝕因素入手，從而抑制腐蝕過程的發(fā)生，比如控制鋼材表面質(zhì)量、通過某種途徑將金屬與介質(zhì)隔絕、尋找犧牲品和延緩腐蝕速度等。因此，鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的原理為在考慮經(jīng)濟(jì)成本的前提下，通過各種途徑抑制腐蝕過程的某一個(gè)環(huán)節(jié)或整個(gè)過程。

2.2 防腐蝕措施

2.2.1 表面預(yù)處理

金屬結(jié)構(gòu)在涂裝前應(yīng)先將鋼材表面的銹蝕、油漬和污物清除干凈，并做好干燥處理。噴射清理后，金屬表面的清潔度等級(jí)不應(yīng)低于GB8923中規(guī)定的Sa2.5級(jí)；表面粗糙度Rz應(yīng)依據(jù)涂層類別確定，通常為40～150 μm。

2.2.2 涂料保護(hù)

防腐涂料的品種很多，主要有油脂漆、環(huán)氧樹脂漆、瀝青漆、氯化橡膠漆和船體防銹漆等。防腐涂層一般由底漆、中間漆和面漆三部分組成。其中，底漆應(yīng)具有良好的附著性、耐蝕性；面漆應(yīng)具有良好的耐侯性、耐干濕交替性；中間漆應(yīng)能提高底漆和面漆的黏合性。實(shí)踐表明，水工鋼結(jié)構(gòu)防腐單采用涂料保護(hù)的效果并不理想，保護(hù)周期多為3～5年。

2.2.3 金屬熱噴涂與涂料聯(lián)合保護(hù)

金屬熱噴涂保護(hù)系統(tǒng)包括金屬噴涂層和涂料封閉層。目前，水工鋼結(jié)構(gòu)主要采用熱噴鍍鋅或鋁，它是一種通過專用設(shè)備將鋅絲、鋁絲熔融噴射到鋼材表面形成的鍍層。實(shí)踐證明，在淡水環(huán)境中噴鋅（鋅鋁合金）比噴鋁（鋁合金）具有更穩(wěn)定的保護(hù)效果。對(duì)于重要零件，比如閘門輪軸等可采用鍍鉻，將鋼材表面同周圍介質(zhì)隔絕。在金屬噴鍍后覆蓋一層涂料防護(hù)的保護(hù)周期一般為10～15年，在氯鹽侵蝕嚴(yán)重的沿海地區(qū)也可達(dá)10年以上。

2.2.4 陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)技術(shù)包括外加電流和犧牲陽極兩種方法，其原理是通過外加電流或犧牲陽極的溶解使被保護(hù)的金屬電位降至腐蝕電位以下，從而避免腐蝕。外加電流陰極保護(hù)受運(yùn)行和水位的影響較大，且維護(hù)管理復(fù)雜；犧牲陽極陰極保護(hù)在各種水環(huán)境下都可應(yīng)用，施工、維護(hù)方便，應(yīng)用較廣。常用的犧牲陽極材料有鋅基、鋁基和鎂基合金。該方法在海水防腐中應(yīng)用廣泛，比如在沿海擋潮閘鋼閘門、海上采油平臺(tái)水下鋼管結(jié)構(gòu)等中的應(yīng)用。此外，犧牲陽極陰極保護(hù)應(yīng)與涂料保護(hù)聯(lián)合使用。

2.2.5 添加合金元素

在鋼材中加人適量的Cr、Ni等合金元素可提高金屬的抗腐蝕能力。實(shí)踐證明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中，耐蝕性隨鋼材中Cr含量的增加而增強(qiáng)，當(dāng)其含量達(dá)到一定比例時(shí)，鋼的耐蝕性會(huì)發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹。而Ni元素可改變Cr的組織性能，從而提高鋼材的耐腐蝕性能。

2.2.6 包覆防蝕技術(shù)

我國從國外引進(jìn)了一種新型包覆技術(shù)，即在被保護(hù)鋼材表面包覆可延緩或防止鋼材腐蝕的材料，其比較適用于形狀規(guī)整、面積較大和易包覆的鋼材。但該技術(shù)目前尚未成熟，有待進(jìn)一步研究。

2.3 選用原則和質(zhì)量控制

選擇水工鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕方案應(yīng)按照“等效防腐”的原則，即水工鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位應(yīng)具有相同的保護(hù)年限，同時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境、運(yùn)行狀況、維護(hù)管理?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)條件等綜合選定。涂層防腐不受鋼材形狀和環(huán)境的制約，因而被廣泛應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)及其所處的介質(zhì)選取涂料，其與金屬熱噴涂或犧牲陰極保護(hù)聯(lián)合應(yīng)用的效果更佳。

影響水工鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層壽命的主要因素是表面預(yù)處理質(zhì)量，其影響程度可達(dá)49.5%.因此，在鋼材表面預(yù)處理中，應(yīng)控制好鋼材的表面清潔度、表面粗糙度，表面清潔度較多采用Sa2.5級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了保證防腐蝕的質(zhì)量，施工單位、質(zhì)檢員和操作工人等均應(yīng)具備相關(guān)專業(yè)知識(shí)，且應(yīng)持證上崗。

3 結(jié)束語

腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的一大缺陷，合理的防腐蝕措施是延長水工鋼結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵。在選擇防腐蝕方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、材料性能和設(shè)計(jì)要求等綜合比選，從而使鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)和長效的目標(biāo)。此外，國內(nèi)仍需繼續(xù)加大對(duì)金屬結(jié)構(gòu)長效防腐的研發(fā)力度。

〔編輯：張思楠〕

Superficial Analysis of Corrosion Protection Measures of Hydraulic Steel Structure

Liu Haiyan， Pu Qing

Abstract： With the development of science and technology， the structure of hydraulic steel in our countrys social construction is more and more widely used， but there are still some problems in its application process. Therefore， this paper analyzes the principle and influence factors of the corrosion of hydraulic steel structure， and puts forward the corrosion prevention scheme and the selection principle of common hydraulic steel structure.

Key words： hydraulic steel structure； corrosion protection measures； hydraulic steel gate； corrosion factor