水工鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施淺析

陳久民

（山東省臨沂市臨沭縣水利局，山東 臨沂 276700）

1 防腐方法及特點(diǎn)

涂料防腐。用涂料防腐蝕是傳統(tǒng)的防護(hù)措施，正確使用涂料目前全國腐蝕學(xué)會(huì)論證結(jié)論為5～10年（一般不超過10年）。近年來，高分子材料也廣泛應(yīng)用于涂料中，高性能防腐涂料的研制并投入市場(chǎng)的日益增多，防腐性能有提高的趨勢(shì)，最后結(jié)論還需實(shí)踐的檢驗(yàn)。涂料設(shè)計(jì)必須考慮如下因素：1）腐蝕環(huán)境；2）鋼鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命；3）覆蓋層系統(tǒng)；4）涂裝設(shè)施—施工簡(jiǎn)單、可行；5）適應(yīng)性—適應(yīng)的涂料；6）維護(hù)方便；7）安全與保?。?）成本—經(jīng)濟(jì)合理。涂料選擇的幾個(gè)要考慮的因素。1）顏色的耐候性：耐候次序?yàn)殂y、黑、綠、黃、灰，純白色的耐候性較差。2）成膜樹脂耐候性：耐候次序?yàn)榫郯敝?、氯化橡膠、有機(jī)硅、丙稀酸、醇酸樹脂、油脂。3）大氣用罩面涂料一般不宜選用未經(jīng)改性的環(huán)氧樹脂，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂漆受光（紫外線）作用分化：4）經(jīng)過多年的實(shí)踐，推薦幾種效果較好的涂料：氯化橡膠漆：一般6年左右，水上優(yōu)于水下；環(huán)氧瀝青漆：一般6年左右，水下優(yōu)于水上；氯璜化聚乙烯涂料：一般6年左右，適用于壓力鋼管；船體防銹漆：一般5年左右。

噴金屬與涂料聯(lián)合保護(hù)。噴鎊（鋁）加面漆封閉層是一種優(yōu)良的保護(hù)措施，這種措施不僅保護(hù)周期長，而且耐磨性能也較好。目前在淡水中已有25年的實(shí)例，在大氣中已有30年的實(shí)例。此保護(hù)措施一次投資較大，但運(yùn)行管理費(fèi)用可降低，并可延長設(shè)備壽命，推遲設(shè)備更新改造資金投入。目前，有關(guān)單位已研究出保護(hù)性能、噴鍍工藝、材料價(jià)格均優(yōu)于鋅（鋁）的材料，閘門用AC鋁保護(hù)層，即在鋁中摻入1%的稀土成分，運(yùn)行分析證明鍍層性能及經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于噴鋅（鋁）。其它如鋅（鋁）和稀土合金、高分子材料均有可能成為防腐性能好的材料。

外加電流陰極保護(hù)措施與涂料聯(lián)合保護(hù)。外加電流陰極保護(hù)措施是用電化學(xué)防腐蝕的辦法來解決電化學(xué)腐蝕問題。裸露的鋼鐵實(shí)施外加電流陰極保護(hù)需要消耗大量的保護(hù)電能，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)的。因此，在大型鋼鐵結(jié)構(gòu)上實(shí)施時(shí)，常與涂料聯(lián)合保護(hù)。

2 水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原理和影響因素

2.1 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(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。

2.2 影響因素

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)。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。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。

3 金屬腐蝕基本原理

3.1 腐蝕定義

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。

3.2 腐蝕形式

1）化學(xué)腐蝕。如2Fe+O2→2FeO（即化學(xué)反應(yīng)）。2）電化學(xué)形式。金屬（如鋼鐵）與外部介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，主要通過得失電子，形成電流來完成。水工鋼閘門多為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕定義：不同金屬在電解質(zhì)中接觸，或同一金屬侵入電介質(zhì)中，在金屬表面局部部位產(chǎn)生電極電位不同，形成電位差，發(fā)生陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，并伴有電子轉(zhuǎn)移的腐蝕過程，陽極腐蝕而陰極得到保護(hù)。電化學(xué)腐蝕3要素：①金屬表面存在電極電位差；②陰極與陽極間具有良好的接觸；③陰極與陽極處在互相連通的介質(zhì)中。

3.3 鐵銹的形成與種類。

Fe+O2-→FeO

3FeO+4O2-→Fe3O4

2Fe3O4+O2-→3Fe2O3

剛開始時(shí)金屬表面發(fā)暗，輕銹呈暗灰色，進(jìn)一步發(fā)展成褐色或棕黃色，嚴(yán)重的呈棕色或褐色疤痕，或出現(xiàn)銹坑，通常三者共存，即FeO+Fe3O4+Fe2O3+H2O

4 分析水工鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施

4.1 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。

4.2 防腐蝕措施

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40～150μm。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。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。

4.3 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。

5 結(jié)語

總之，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)。另外，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。