水工鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕原理及技術(shù)手段

【摘要】隨著科技的發(fā)展，水工鋼結(jié)構(gòu)在我國社會建設(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

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。腐蝕不僅會削弱鋼結(jié)構(gòu)截面的承載能力，還會產(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。化學(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)溶液接觸時發(fā)生的原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬會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，水流的流動會加快腐蝕速度。

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，其會引起鋼材腐蝕；鋼材表面的粗糙度、裂紋和機械損傷等對腐蝕的影響較大。

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環(huán)節(jié)或整個過程。

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不應(yīng)低于GB8923中規(guī)定的Sa2.5級；表面粗糙度Rz應(yīng)依據(jù)涂層類別確定，通常為40～150μm。

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，當(dāng)其含量達(dá)到一定比例時，鋼的耐蝕性會發(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)的各個部位應(yīng)具有相同的保護(hù)年限，同時，應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境、運行狀況、維護(hù)管理條件和經(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，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，應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、材料性能和設(shè)計要求等綜合比選，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)加大對金屬結(jié)構(gòu)長效防腐的研發(fā)力度。