基于水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)腐蝕分析與防腐措施控制研究

陳勝

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，水利開發(fā)在一定程度上推動(dòng)了我國(guó)水利水電工程的發(fā)展。在水利水電工程中，金屬結(jié)構(gòu)是非常重要的內(nèi)容，對(duì)整個(gè)工程的作用是非常大的，但是調(diào)查研究我們發(fā)現(xiàn)，金屬結(jié)構(gòu)在水利水電工程中應(yīng)用的時(shí)候，很容易出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題。在水利水電工程中，由于金屬結(jié)構(gòu)的環(huán)境條件和腐蝕介質(zhì)的不同，金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕形式存在著很大的差異。介紹了水工金屬結(jié)構(gòu)腐蝕檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析的方法。通過(guò)腐蝕檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理分析，可以準(zhǔn)確反映水工金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況，為水工金屬結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。同時(shí)對(duì)不同工程閘門的腐蝕檢測(cè)進(jìn)行了總結(jié)、比較和分析。通過(guò)對(duì)閘門腐蝕狀況的分析研究，提出了有效的防腐措施和提高閘門防腐質(zhì)量的思路。

關(guān)鍵詞：金屬結(jié)構(gòu);腐蝕介質(zhì);腐蝕檢測(cè);防腐措施

1 引言

許多在水利、水電工程的金屬結(jié)構(gòu)（如鋼鐵大門，污水障礙，引水管、等）已經(jīng)在一個(gè)糟糕的腐蝕環(huán)境很長(zhǎng)一段時(shí)間，并且常常嚴(yán)重腐蝕的化學(xué)和物理因素，如氧氣，水，高速水流，物體漂浮在水和海水。水工金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕損害后，組件的部分面積減少，壓力增加，導(dǎo)致的減少整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，降低結(jié)構(gòu)的承載能力，影響設(shè)備的正常服務(wù)功能，縮短了使用壽命。腐蝕檢測(cè)和腐蝕數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理分析，可以確定水力金屬結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的殘余厚度，為結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算提供必要的數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算構(gòu)件的腐蝕速率，可以判斷液壓金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕程度，并估算構(gòu)件的使用壽命。水工金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕檢測(cè)和腐蝕數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理與分析是水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)的重要內(nèi)容。防腐蝕是延長(zhǎng)液壓金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備使用壽命的重要措施。

2 檢測(cè)水利輸電金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕性

大部分的水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)，由于長(zhǎng)期處在潮濕或水下，從而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)會(huì)受到污染物的腐蝕，由于，基礎(chǔ)表面也會(huì)附著雜物。因此在檢測(cè)腐蝕前，要合理處理基礎(chǔ)構(gòu)件表面，應(yīng)先使用水沖洗法，沖洗掉構(gòu)件表面的雜物，使用鋼絲刷，刮除構(gòu)件表面的附著物，再使用軟布擦拭干凈構(gòu)件的表面，進(jìn)行復(fù)試檢測(cè)。在分析中可看出，常年工作的水利水電工程會(huì)存在著銹蝕，若金屬構(gòu)件出現(xiàn)銹蝕，則其截面面積會(huì)減小，應(yīng)力會(huì)提高，從而降低金屬的結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度，影響金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)行和安全。檢測(cè)銹蝕能夠確定構(gòu)件的銹蝕效率和厚度，同時(shí)為計(jì)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力提供評(píng)估數(shù)據(jù)。腐蝕檢測(cè)主要是檢測(cè)構(gòu)建的分布狀況和部位，計(jì)算腐蝕面積百分比以及遭受腐蝕損壞構(gòu)件尺寸、大小和密度，但正是因?yàn)樗姽こ探饘俳Y(jié)構(gòu)在不同環(huán)境中遭受腐蝕不同，故在檢測(cè)腐蝕中需要根據(jù)腐蝕性實(shí)施對(duì)應(yīng)的腐蝕檢測(cè)法。通常而言，在檢測(cè)水利水電工程金屬腐蝕中，常見的方法包括橡皮泥法和超聲波法等，并且使用焊縫檢測(cè)尺測(cè)量銹蝕深度，腐蝕曲線法能夠與照片作為直觀的輔助方法，但在實(shí)際腐蝕檢測(cè)中，使用的檢測(cè)方法需要根據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)狀況來(lái)確定。金屬結(jié)構(gòu)在正常溫度下不會(huì)受到腐蝕，但溫度的變化會(huì)讓金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕情況受到影響，主要通過(guò)吸收水分所表現(xiàn)。金屬結(jié)構(gòu)會(huì)隨著溫度的改變而變化，對(duì)應(yīng)的腐蝕性也會(huì)有所改變。比如外界溫度高，則金屬結(jié)構(gòu)表面水分會(huì)不斷累積，會(huì)對(duì)金屬表面造成腐蝕?？諝庵械臏囟群蜐穸染鶗?huì)讓金屬材料表面水膜速度受到影響，若是空氣含水量增加，則金屬結(jié)構(gòu)表面水膜也快速組成，金屬自身的保護(hù)層會(huì)受到損壞，導(dǎo)致金屬腐蝕性物質(zhì)抵抗力降低，同時(shí)水分含量增加會(huì)讓天氣變化受到影響，嚴(yán)重情況下會(huì)有酸雨的天氣出現(xiàn)，此種狀況會(huì)加速金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕效率。除了上述描述因素外，風(fēng)也能夠影響金屬腐蝕，風(fēng)通過(guò)影響金屬結(jié)構(gòu)表面水膜組成，從而影響腐蝕性。若是風(fēng)中攜帶腐蝕物質(zhì)，則腐蝕物均會(huì)溶解到金屬表面，破壞著內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加速金屬腐蝕效率。

3 水利水電工程中金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕的原因

3.1物理和化學(xué)因素的腐蝕

物理腐蝕，其實(shí)就是金屬結(jié)構(gòu)在被物理物質(zhì)溶解，所以會(huì)給金屬結(jié)構(gòu)帶來(lái)很大的影響和損害。而金屬結(jié)構(gòu)的化學(xué)腐蝕，是金屬的表面與化學(xué)物質(zhì)接觸以后，出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)受損。對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，它是需要一定基礎(chǔ)條件的，金屬結(jié)構(gòu)的表面物質(zhì)也會(huì)與氧化劑出現(xiàn)直接的反應(yīng)，從而使金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕的情況。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，在水利水電工程中，鋼結(jié)構(gòu)和鐵結(jié)構(gòu)是最常用到的，但是這些結(jié)構(gòu)卻會(huì)在高溫環(huán)境下自行氧化，甚至還會(huì)與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而出現(xiàn)腐蝕的狀況，這就是所謂的化學(xué)反應(yīng)。

3.2水分的腐蝕因素

水分在水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)腐蝕中也是非常重要的因素，會(huì)給金屬結(jié)構(gòu)帶來(lái)很大的影響。水分腐蝕的主要原因就是水流的速度。當(dāng)水分與金屬接觸以后，就會(huì)給金屬材料的表面形成一層水膜，而在水膜的長(zhǎng)期浸潤(rùn)下就會(huì)加快金屬結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)。此外，這些物質(zhì)還會(huì)從縫隙中進(jìn)入金屬材料里，從而給金屬材料帶來(lái)影響。通俗易懂點(diǎn)來(lái)理解就是金屬結(jié)構(gòu)將水分進(jìn)行了吸收，從而加快了腐蝕的速度。

3.3大氣的腐蝕

大氣的腐蝕可以說(shuō)是外在環(huán)境的腐蝕，包含的內(nèi)容是非常多的。如溫度、風(fēng)、紫外線等等。首先，說(shuō)一下空氣溫度對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕。其實(shí)實(shí)際的空氣溫度是不會(huì)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕的，真正對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕是空氣中的水分，水分對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕上文已經(jīng)講過(guò)，這里不做過(guò)多講解，但是需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，金屬結(jié)構(gòu)吸收水分的能力，決定著溫度的高低，所以間接的說(shuō)，空氣的溫度是會(huì)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕的。此外，還有一點(diǎn)我們需要知道，如果空氣中溫度比較低的話，那么意味著濕度也是很低的，而空氣中濕度越低，金屬結(jié)構(gòu)中吸附的水分子就會(huì)越多，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)被腐蝕的很嚴(yán)重;其次，關(guān)于風(fēng)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕。風(fēng)對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕是多方面的，如風(fēng)的大小、方向等。風(fēng)的大小會(huì)影響水分子在金屬表面的停留情況，所以會(huì)決定腐蝕的速度;而風(fēng)的方向?qū)饘俳Y(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕主要是因?yàn)轱L(fēng)中會(huì)攜帶很多腐蝕性的物質(zhì)，使其依附在金屬表面，從而發(fā)生腐蝕;此外，還有是沙塵，沙塵也是會(huì)促進(jìn)金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕情況的;最后，再說(shuō)一下紫外線對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕。因?yàn)榻饘俳Y(jié)構(gòu)是水利水電工程中非常重要的材料，所以很多工作人員在對(duì)其使用的時(shí)候會(huì)在金屬的表面涂抹一些保護(hù)劑，但是這種保護(hù)劑會(huì)在紫外線的作用下發(fā)生不同程度的變化，使其失去保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)的作用，當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)不在被保護(hù)以后，金屬結(jié)構(gòu)就會(huì)以上多種原因出現(xiàn)腐蝕，并且腐蝕的速度還是非?？斓?。

4 水利水電工程中對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的防腐措施分析

4.1對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂料防腐

因?yàn)榻饘俳Y(jié)構(gòu)具有容易被腐蝕的特性，所以在水利水電工程中很多施工人員會(huì)在金屬的表面涂上防腐材料，以此來(lái)降低金屬結(jié)構(gòu)被腐蝕的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的防腐措施。但是上文也提到過(guò)，涂抹的材料會(huì)受紫外線的影響而失去保護(hù)金屬的作用，所以我們?cè)谶x擇防腐涂料的時(shí)候，一定要選擇高質(zhì)量、高分子的涂抹材料，例如，我們比較熟悉的環(huán)氧樹脂、氯化橡膠等涂抹材料，將其涂抹在金屬結(jié)構(gòu)上，給金屬結(jié)構(gòu)帶來(lái)保護(hù)作用的同時(shí)，還能阻隔掉水分子、紫外線等物質(zhì)的腐蝕，從而實(shí)現(xiàn)防腐的目的。除此之外，還有很多施工單位在水利水電的工程中，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行納米工藝的涂抹，此工藝技術(shù)是在新時(shí)期下的一種新的技術(shù)，有很強(qiáng)大的量子效應(yīng)，在一定程度上能提高防腐材料的使用壽命。以上這些方法都能對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐控制，更好的保證工程的質(zhì)量。

4.2熱噴涂的防腐方法

什么是熱噴涂？熱噴涂其實(shí)也是屬于一種工藝技術(shù)，主要是對(duì)金屬結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行熱噴涂，起到保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)的作用。就目前來(lái)說(shuō)，此工藝技術(shù)方法在水利水電工程中應(yīng)用是非常廣泛的，它是通過(guò)電化學(xué)的方法，使金屬結(jié)構(gòu)可以和外界環(huán)境的污染物進(jìn)行隔離。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕金屬結(jié)構(gòu)最快的材料一般都含有鉛物質(zhì)，而腐蝕最慢的金屬材料一般是含有鋁物質(zhì)。所以在采用熱噴涂工藝技術(shù)的時(shí)候，盡量選擇含有以上物質(zhì)的金屬材料，使金屬結(jié)構(gòu)可以與外界因素的物質(zhì)進(jìn)行有效的隔離，從而有效的提高金屬結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力，更好的保證金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，當(dāng)然對(duì)提高水利水電工程的質(zhì)量也是很有幫助的。

4.3陰極保護(hù)的防腐措施

何為陰極保護(hù)防腐？所謂的陰極保護(hù)防腐就是通過(guò)有效的方法降低金屬結(jié)構(gòu)的電子轉(zhuǎn)化率，這樣一來(lái)，金屬結(jié)構(gòu)中的電子水平就會(huì)一直處于飽和狀態(tài)，并在提高穩(wěn)定性的同時(shí)，降低金屬結(jié)構(gòu)被腐蝕的概率。就目前來(lái)說(shuō)，陰極保護(hù)的防腐措施主要有兩種方法：一個(gè)是將防腐材料應(yīng)用在金屬結(jié)構(gòu)中，使金屬結(jié)構(gòu)可以得到一定的保護(hù);還有一個(gè)方法，就是向金屬結(jié)構(gòu)通入直流電，這樣一來(lái)金屬就成為了負(fù)極，眾所周知，在負(fù)極情況下，是不會(huì)發(fā)生任何反應(yīng)的，所以說(shuō)，這也是有效保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)的方法。當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)抗腐蝕的能力提高了，水利水電工程的質(zhì)量自然也會(huì)提高。

5 水利水電工程中金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕的質(zhì)量控制

想要更好的保證水利水電金屬結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力，提高質(zhì)量，還需要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的控制：首先，在水利工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要盡量避免無(wú)法使用防腐措施的結(jié)構(gòu)形式，要從工程開始設(shè)計(jì)的角度去控制防腐問(wèn)題的出現(xiàn);其次，要采用最好的防腐體系以及優(yōu)質(zhì)的防腐材料，采用高性能的環(huán)保技術(shù);第三，要加強(qiáng)行業(yè)的管理和職業(yè)培訓(xùn)工作，提高施工隊(duì)伍的專業(yè)能力和素質(zhì)水平，加強(qiáng)監(jiān)督管理的過(guò)程，以此來(lái)更好的保證金屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量;最后，做好金屬結(jié)構(gòu)的清潔工作和日常管理工作。如果金屬結(jié)構(gòu)表面存在污物卻不及時(shí)處理的話，一定會(huì)加快金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕性，所以在施工的過(guò)程中，還要加強(qiáng)清潔以及日常管理工作;此外，如果發(fā)現(xiàn)金屬材料中出現(xiàn)銹蝕的部位一定要及時(shí)修補(bǔ)，為了提高金屬結(jié)構(gòu)的防腐能力，最好在一周左右補(bǔ)漆一次，可以明顯提高防腐蝕效果。

5.1涂料使用要求

涂刷時(shí)必須刷掉下垂和掛膜，以保證膜厚的均勻性，保證涂層的光滑性，對(duì)于特殊情況，可使用滾筒刷工作。在使用噴涂過(guò)程中，要均勻地在表面附近涂抹每一層涂料，并使用刷子和浸漬材料對(duì)螺母、螺絲、小支架、焊縫、邊緣等位置進(jìn)行預(yù)涂，以保證噴涂質(zhì)量。第一道底漆涂裝前，必須對(duì)澆口進(jìn)行清洗，確保表面清潔無(wú)塵，防止垃圾和污染影響涂裝的防腐效果。清洗時(shí)，可使用真空吸塵器對(duì)容器進(jìn)行清潔。整個(gè)刷涂工作應(yīng)符合材料使用要求，包括干燥時(shí)間控制、配合比、專業(yè)設(shè)備、操作方法、稀釋劑用量等，油漆過(guò)程中要做好開裂、掛起、起泡等問(wèn)題的控制，避免溶劑殘留和表面缺陷。

5.2金屬熱噴涂防腐蝕

金屬熱噴涂防腐蝕是一種化學(xué)活性比鋼材更強(qiáng)的金屬，如鋅、鋁或鋅鋁合金，噴涂在澆口表面形成均勻的涂層。由于涂覆金屬的化學(xué)性質(zhì)比鐵元素更活躍，對(duì)鋼材具有雙重保護(hù)作用：一方面像油漆一樣起到覆蓋作用，將金屬基體與腐蝕介質(zhì)隔離;另一方面，當(dāng)涂層損壞時(shí)，涂層可以與基體形成腐蝕性微孔，從而發(fā)揮犧牲陽(yáng)極型的陰極保護(hù)作用。由于金屬熱噴涂防腐蝕效果較好，所以保護(hù)期較長(zhǎng)，一般15年，良好效果可以達(dá)到25年以上。目前，該方法在水利水電工程中得到了廣泛的應(yīng)用。如金屬?gòu)?fù)合噴涂熱噴鋅、熱噴鋁、熱噴鋅鋁合金和熱噴涂稀土鋁合金和其他先進(jìn)的長(zhǎng)期防腐措施和高新技術(shù)廣泛應(yīng)用于三峽工程，南到北調(diào)水工程和其他金屬結(jié)構(gòu)防腐。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，對(duì)于水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕性來(lái)說(shuō)，是受環(huán)境和施工結(jié)構(gòu)方式影響的，所以在制定防腐措施的時(shí)候，需要結(jié)合金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕情況來(lái)制定。同時(shí)，還要加強(qiáng)研究金屬結(jié)構(gòu)的防腐工作，提高防腐意識(shí)和技術(shù)的應(yīng)用能力，要在更好的保證金屬結(jié)構(gòu)抗腐蝕性能的同時(shí)，提高水利水電工程的質(zhì)量，面對(duì)當(dāng)前自然環(huán)境所種因素對(duì)工程金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，隔絕方式仍是最有效且成本最低的解決方法。不僅很大程度上避免的金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，提高了工程壽命與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還促進(jìn)了材料學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展。

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