水工鋼閘門腐蝕分析及防腐處理技術(shù)研究

高志萌 楊勇

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的水利工程建設(shè)也取得了巨大的進(jìn)步。水利工程在水利發(fā)電中起到舉足輕重的作用，但近年來，隨著建筑工藝的不斷復(fù)雜，工程質(zhì)量問題也越來越突出。本文將對(duì)水工鋼閘門腐蝕及防腐處理技術(shù)進(jìn)行探究，以期不斷改進(jìn)水利工程質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)水利發(fā)電事業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電 水工鋼閘門 防腐處理技術(shù)

1.前言

受到水質(zhì)的影響，不同地區(qū)的水工鋼閘門運(yùn)用材料不同，防腐程度也存在巨大的差異，一些工程隊(duì)沒有做好前期的水源勘探工作，對(duì)水利工程不夠認(rèn)識(shí)，致使水工鋼閘門出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響到水利工程的總體質(zhì)量，對(duì)此，有關(guān)工程隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)水工鋼閘門防腐技術(shù)的科學(xué)分析與應(yīng)用。

2.水工鋼閘門的腐蝕原理分析

2.1大氣腐蝕

陸地大氣較為干燥，金屬的腐蝕速度大幅度降低，但臨近水域的大氣濕度較大，導(dǎo)致金屬表面的腐蝕也更加劇烈。即便是裸露在空氣中的金屬表面也會(huì)附著一層水膜，水膜的質(zhì)地較為稀疏，致使氧氣更容易透過水膜與金屬發(fā)生作用，最終造成金屬表面的腐蝕。

2.2海水腐蝕

水工鋼閘門主要依靠電化學(xué)腐蝕的方法，在水的作用下，氫氧離子會(huì)透過電解質(zhì)向鐵離子移動(dòng)，鐵離子之間相互結(jié)合產(chǎn)生氫氧化亞鐵，它又繼續(xù)與水中的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生氧化亞鐵，這便是腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的一系列過程。

3.產(chǎn)生水工鋼閘門腐蝕的原因分析

3.1環(huán)境因素

含鹽度較高的海水會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電解質(zhì)，這種富含電解質(zhì)的溶液中又含有大量的氯化物，它對(duì)于金屬具有很強(qiáng)的腐蝕作用，當(dāng)海水出現(xiàn)潮汐時(shí)，水中的氧氣快速運(yùn)動(dòng)，加快了金屬表面的腐蝕。與此同時(shí)，一些海洋中的生物也會(huì)趁機(jī)附著在金屬上，導(dǎo)致金屬表面腐蝕的加速，例如海蠣、海藻等。

近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，大氣污染越來越嚴(yán)重，一些地區(qū)的水域成為了垃圾填埋區(qū)，人們更是將魔爪伸至海洋。據(jù)2007年的海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)顯示，在我國(guó)所有的入?？谥校芪廴镜暮？跀?shù)量達(dá)到了570多個(gè)，其中渤海一代的污染最為嚴(yán)重，污染物的增多也加劇了金屬的腐蝕，為我國(guó)水利工程帶來了巨大的安全隱患。

3.2溫度變化

我國(guó)大部分地區(qū)處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季與夏季的溫差大，鋼閘門長(zhǎng)期浸泡在水中，當(dāng)出現(xiàn)潮汐時(shí)，部分閘門便會(huì)露出睡眠，加之水與空氣溫度差的影響，鋼閘門的涂層會(huì)因熱脹冷縮而出現(xiàn)褶皺，直至脫落，金屬在失去涂層的保護(hù)后更容易被腐蝕。

3.3水工鋼閘門各部位的腐蝕問題分析

3.3.1大氣區(qū)域

所謂的大氣區(qū)，就是指水工鋼閘門裸露在水平面以上的部分，大氣區(qū)具有濕度大的特點(diǎn)，且存在大量的塵埃顆粒，大量的塵埃顆粒依附在水工鋼閘門的金屬表面，形成一層膜，導(dǎo)致金屬出現(xiàn)腐蝕。在沿海地區(qū)，金屬的表面還會(huì)包裹一層鹽膜，這種情況下產(chǎn)生的腐蝕要比陸地上大出許多倍。

3.3.2飛濺區(qū)域

飛濺區(qū)即指水與空氣的臨界點(diǎn)，隨著潮汐的變化，閘門長(zhǎng)期受到水與空氣的雙重作用，當(dāng)閘門附上一層水膜后，空氣會(huì)與水進(jìn)行充分的反應(yīng)，加上潮汐的力作用，使腐蝕的速度加快。飛濺區(qū)的閘門腐蝕也是所有區(qū)域中最為嚴(yán)重的。

3.3.3全浸區(qū)

受到熱脹冷縮的影響，當(dāng)溫度越高時(shí)，水的含氧量也會(huì)逐漸增多，水的流動(dòng)速度也越快，該區(qū)域的腐蝕情況要比深水區(qū)域更加嚴(yán)重。此外，不同區(qū)域的被腐蝕程度也存在很大的差異，例如，一片區(qū)域內(nèi)的生物量較多，生物附著在金屬表面，會(huì)降低金屬氧化的作用，在這種情況下產(chǎn)生的腐蝕程度也較輕。

3.3.4淤泥區(qū)

淤泥長(zhǎng)期沉浸在水域的最下方，它是良好的電解質(zhì)，但由于缺少氧氣，致使電解質(zhì)無法發(fā)揮作用，閘門的腐蝕程度也相對(duì)要低于其他幾個(gè)區(qū)域。

4.水工鋼閘門防腐蝕現(xiàn)狀分析

4.1涂料保護(hù)

涂料保護(hù)是現(xiàn)代水利工程中最常用的防腐方法，涂料保護(hù)的施工工藝簡(jiǎn)單，卻對(duì)施工環(huán)境的要求不高，且費(fèi)用較低。但隨著水域污染問題的越來越嚴(yán)重，鋼閘門腐蝕也呈現(xiàn)出了越來越復(fù)雜的特征，傳統(tǒng)的涂層已經(jīng)無法起到保護(hù)性作用，鋼閘門的質(zhì)量仍然頻繁的出現(xiàn)問題。

4.2噴金屬與涂料聯(lián)合保護(hù)

該方法是在原有的涂層保護(hù)基礎(chǔ)上加入噴金屬工藝，它有效的保障了涂層的封閉性，且比傳統(tǒng)的涂層工藝效果更好，保護(hù)周期更長(zhǎng)，但需要的施工與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較高，增加了工程隊(duì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。此外，噴金屬與涂料聯(lián)合保護(hù)的方法對(duì)于施工環(huán)境也有著極高的要求，普通施工環(huán)境下很難達(dá)到固定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，致使該技術(shù)的保護(hù)作用大大的減半。

4.3犧牲陽極塊與涂料聯(lián)合保護(hù)

犧牲陽極塊是一種物理保護(hù)方法，它可以為金屬提供所需要的電子，消除電位差，防止電離子與金屬發(fā)生作用。此外，涂料則起到雙層保護(hù)的作用，覆蓋裸露的金屬層，確保電流量的不斷降低。該方法能達(dá)到最好的保護(hù)效果，金屬的腐蝕速度極大的降低，但需要的費(fèi)用也相對(duì)較高，且維護(hù)起來也更加麻煩。

5.水工鋼閘門仿佛原理

5.1絕緣覆蓋層

防腐層的密封性決定了金屬的腐蝕速率。工程人員在選擇防腐層前，需要對(duì)水中電化學(xué)腐蝕電流的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以此來準(zhǔn)備涂層原料。但該方法只對(duì)被涂膜的部分有效果，對(duì)于裸露的金屬表面，仍然會(huì)產(chǎn)生被動(dòng)腐蝕的現(xiàn)象。

5.2陰極保護(hù)

上文提到的犧牲陽極塊就是陰極保護(hù)的重要方式，它能夠?qū)⒏g電池中的陰極電位轉(zhuǎn)移至陽極，消除陰極與陽極之間的點(diǎn)位差，減緩的金屬腐蝕速度，這種陰極保護(hù)的方法也被稱為主動(dòng)防腐。由于大氣環(huán)境無法產(chǎn)生大量的電解質(zhì)，因此陰極保護(hù)無法發(fā)揮作用，故只有在水域或淤泥中才可使用。

5.3聯(lián)合保護(hù)

涂層的防腐原理最簡(jiǎn)單，但同時(shí)產(chǎn)生的效果也最差，單單依靠涂層與陰極保護(hù)的方式也同樣很難達(dá)到理想的效果，且原料的消耗更快。因此，工程人員需要采取聯(lián)合保護(hù)的方法，增加涂層與陰極的使用壽命，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬的雙層保護(hù)。

6.水工鋼閘門的防腐方法

6.1防腐方案的設(shè)計(jì)

在開展設(shè)計(jì)工作前，工程人員首先要做好水源勘探工作，對(duì)水中的成分與所占比重進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并綜合考慮溫度變化、地理?xiàng)l件等因素，為后續(xù)的施工最好充分的準(zhǔn)備。

6.2防腐質(zhì)量控制

潮汐會(huì)對(duì)金屬表面的涂層產(chǎn)生一定的作用力，一旦涂層的不夠均勻，就會(huì)為潮汐撕扯變形，導(dǎo)致金屬裸露的面積不斷擴(kuò)大。因此，施工人員需要涂層的質(zhì)量進(jìn)行精確的掌控，對(duì)底料、焊孔等重要部位都必須打磨平整，確保涂料的密封性。

此外，涂層表面的殘留物質(zhì)也會(huì)對(duì)涂層的性能產(chǎn)生一定的影響，在施工完畢后，工程人員需要對(duì)涂層進(jìn)行進(jìn)一步的清理，去除掉油脂、水分、可溶解鹽等物質(zhì)，并叮囑工作人員定期進(jìn)行清潔。

金屬的表面過于光滑，會(huì)導(dǎo)致涂層很難附著，因此，施工人員需要增大金屬表面的粗糙程度，以此來提升金屬的咬合作用，使涂層被牢牢的固定在金屬表面，但需要注意的是，粗糙程度也不可過大，否則將會(huì)導(dǎo)致涂層的厚度不均勻，甚至出現(xiàn)起泡的現(xiàn)象，影響到涂層的總體質(zhì)量。

施工的溫度、濕度等都需要滿足規(guī)定條件，且涂層工作需要在采光好的環(huán)境下進(jìn)行，涂層完畢后，還需要放到清潔通風(fēng)的區(qū)域進(jìn)行陰干，防止陽光的直射。

鋼結(jié)構(gòu)涂裝是水工鋼閘門防腐中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是要求最為嚴(yán)格的一個(gè)施工環(huán)節(jié)，施工人員需要對(duì)涂裝的工序、涂料的配比、螺帽的選擇等進(jìn)行精確的控制，并堅(jiān)持在每一個(gè)部位都預(yù)涂?jī)蓪颖Ｗo(hù)層，增加防腐層厚度，達(dá)到更理想的防腐效果。

除施工外，工藝檢查也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，完成所有施工后，工程人員需要涂膜的厚度、密度、細(xì)節(jié)處進(jìn)行詳細(xì)的檢查，把好質(zhì)量關(guān)。

6.3水工鋼閘門防腐配套方案

底漆是直接與金屬表面接觸的保護(hù)層，因此底漆應(yīng)當(dāng)選擇環(huán)氧富鋅涂料，利用陰極保護(hù)的方法，使鋅在發(fā)生腐蝕后產(chǎn)生的沉積物也可以產(chǎn)生保護(hù)作用，對(duì)金屬進(jìn)行循環(huán)保護(hù)。在此基礎(chǔ)上選擇環(huán)氧云鐵，對(duì)金屬層進(jìn)行二次隔離，這種隔離層可以有效的隔絕水氣，阻止水中的氧分成為金屬腐蝕的介質(zhì)。在面漆部分，不同的水域條件下需要用到不同的材料，例如，水下部分可以使用環(huán)氧漆；水上部分則使用丙烯酸聚氨酯面漆等。此外，不同區(qū)域的涂層厚度也具有不同的標(biāo)準(zhǔn)，例如大氣區(qū)的涂層厚度應(yīng)當(dāng)保持在1mm左右，潮差區(qū)中的水會(huì)對(duì)涂層產(chǎn)生巨大的作用力，因此涂層的厚度應(yīng)當(dāng)盡量的加大。在陰極保護(hù)法方面，人們目前常用的保護(hù)方法包括電流法與犧牲陽極法，以鋅陽極與鋁陽極為主要材料。

6.4大氣區(qū)與潮差區(qū)的鋼閘門選擇

灰塵、微生物、紫外線等都會(huì)金屬表面造成一定的影響，為了阻止與減緩這些侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生，施工人員可以對(duì)鋼閘門進(jìn)行多棱角設(shè)計(jì)，并搭配厚涂層使用，達(dá)到良好的防腐效果。

7.結(jié)語

水工鋼閘門在水利工程中起到十分重要的作用，對(duì)此，工程人員應(yīng)當(dāng)加大對(duì)鋼閘門防腐處理的重視力度，根據(jù)實(shí)際情況，制定科學(xué)的防腐方案，采取陰極保護(hù)、涂層保護(hù)、鍍鋅保護(hù)等方式，提升閘門的防腐性能，定期處理閘門周邊的雜物，使閘門的質(zhì)量得到良好的保障。

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