關(guān)于水工鋼閘門(mén)的防銹噴涂施工工藝探討

劉興燕

（山東黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心，山東濟(jì)南，250014）

0 引言

金屬的腐蝕是金屬受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而被破壞的現(xiàn)象。金屬的腐蝕遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的損失[1]。水工鋼閘門(mén)作為一種控制和攔截水的設(shè)施，為水利樞紐工程中的重要組成部分。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外水利水電建設(shè)的飛速發(fā)展，水工鋼閘門(mén)在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

水工鋼閘門(mén)長(zhǎng)期在日光暴曬、干濕交替、常浸水下、水流沖刷、水生物腐蝕、泥沙及其他漂浮物的沖刷等惡劣條件下工作，極易發(fā)生銹蝕。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水工鋼閘門(mén)防腐問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究[2-8]，筆者在前人研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討噴涂的方法、施工工藝、具體要求和檢查標(biāo)準(zhǔn)，并以簸箕李西引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程為例，對(duì)電弧焊噴涂外加涂料封閉防腐處理技術(shù)的防腐效果進(jìn)行分析。

1 水工鋼閘門(mén)腐蝕原理及危害

水工鋼閘門(mén)長(zhǎng)期浸泡于水中，受多種因素的影響，其表面會(huì)產(chǎn)生不同程度的銹蝕，具體為：①鋼結(jié)構(gòu)閘門(mén)水上部位容易受氣候因素的影響，如日曬、雨淋、潮濕氣氛等，從而導(dǎo)致腐蝕；②鋼結(jié)構(gòu)表面的狀態(tài)也會(huì)對(duì)腐蝕產(chǎn)生重要影響，比如表面粗糙、機(jī)械損傷、空穴、焊接缺陷、縫隙等；③應(yīng)力和變形的大小也會(huì)直接影響腐蝕的嚴(yán)重程度；④水質(zhì)、水流速度、雜散電流、水生物和電偶腐蝕等也都是導(dǎo)致鋼閘門(mén)腐蝕的重要原因。

在對(duì)上述因素進(jìn)行充分認(rèn)識(shí)和了解的基礎(chǔ)上可知，水工鋼閘門(mén)的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化腐蝕，其中以電化腐蝕為主。事實(shí)上，閘門(mén)所處工作水環(huán)境中含有多種帶電荷的離子，如Mg2+、Na+、Ca2+、Cl-、CO32-以及SO42-等，這些離子的存在使水體成為電解質(zhì)溶液。通常鋼鐵在冶煉過(guò)程中會(huì)含有非金屬導(dǎo)電雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在電解液中呈陰極分布，而鋼鐵等金屬在電解液中呈陽(yáng)極分布，這樣就形成了腐蝕微電流，進(jìn)而導(dǎo)致銹蝕發(fā)生，具體反應(yīng)如公式（1）至公式（3）。

水工鋼閘門(mén)銹蝕一方面會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全，另一方面還會(huì)耗費(fèi)大量的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。因此，為了延長(zhǎng)鋼閘門(mén)的使用壽命，控制鋼閘門(mén)的腐蝕速率，有必要對(duì)鋼閘門(mén)的長(zhǎng)效防腐問(wèn)題進(jìn)行深入研究，以此確保水工建筑物的安全運(yùn)行。

2 水工鋼閘門(mén)常用的防腐措施

水工鋼閘門(mén)的防腐措施主要有兩大類，一類為在金屬表面涂抹覆蓋層，即覆蓋層防腐，避免發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化腐蝕；另一類為設(shè)法供給適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電能（低壓直流）使鋼結(jié)構(gòu)表面積聚足夠電子，成為一個(gè)整體陰極而得到保護(hù)，即電化學(xué)保護(hù)。對(duì)于水工鋼閘門(mén)而言，由于受條件限制，目前使用較多的為覆蓋層防腐。覆蓋層防腐方法主要有熱噴涂防腐和涂料防腐，其中熱噴涂防腐根據(jù)提供熱源不同，分為絲材火焰噴涂和電弧噴涂。表1 給出了水工鋼閘門(mén)不同防腐措施的優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 水工鋼閘門(mén)不同防腐措施對(duì)比情況

由表1 可知，上述防腐措施各有利弊，同其他防腐措施相比，熱噴涂特別是電弧焊噴涂技術(shù)加涂料封閉防腐措施具有便于施工、涂層防腐壽命長(zhǎng)久、年均防腐費(fèi)用最低等優(yōu)點(diǎn)，目前在水利工程中得到了大量推廣應(yīng)用，已被《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》（SL105）采用。

3 水工鋼閘門(mén)熱噴防腐施工工藝

水工鋼閘門(mén)熱噴防腐程序?yàn)椋轰摬谋砻嫣幚怼饘贌釃娡俊苛戏忾]→涂層檢查，具體見(jiàn)圖1所示。

圖1 水工鋼閘門(mén)熱噴防腐施工工藝流程

3.1 鋼閘門(mén)表面處理

鋼閘門(mén)表面熱涂之前，應(yīng)將閘門(mén)表面整修完畢，并將金屬表面的鐵銹、氧化皮、油污、焊渣、灰塵、水分等污物清除干凈，使其全部露出灰白的金屬本色，并且保持干燥，有一定的粗糙度，達(dá)到使基體表面凹凸不平的目的，以保證涂料與基體間有良好的附著力。目前表面處理通常采用噴砂方式，處理的相關(guān)事宜具體如下：

（1）表面處理前準(zhǔn)備。①磨料應(yīng)選用帶有棱角的且直徑為1mm～2mm 的石英砂或鋼砂；②將篩選、烘干、剔除雜質(zhì)后的磨料存放在通風(fēng)良好、環(huán)境干燥處；③檢查儲(chǔ)氣罐、空壓機(jī)、空氣濾清器、噴槍以及照明和除塵等設(shè)備。

（2）鋼材表面處理程序。①在開(kāi)啟空壓機(jī)之前，應(yīng)在砂罐內(nèi)裝入磨料；②在壓力未達(dá)到0.7MPa 之前，不宜進(jìn)行噴砂作業(yè)，當(dāng)壓力穩(wěn)定在0.7MPa～0.8MPa 之間時(shí)，可打開(kāi)閥門(mén)開(kāi)始噴砂；③作業(yè)時(shí)噴嘴與鋼材表面應(yīng)維持不低于100mm 且不宜高于300mm 距離，噴嘴應(yīng)呈斜向上姿勢(shì)，與金屬表面夾角控制在60°到75°之間；④噴砂時(shí)應(yīng)先內(nèi)后外、先上后下、先難后易，滯留時(shí)間宜控制在15s 至20s 之間；⑤采用毛刷對(duì)噴砂完成后的金屬表面進(jìn)行處理，清理表面上的污物和砂粒。

（3）注意事項(xiàng)。①在結(jié)構(gòu)表面處理過(guò)程中，工作人員需穿噴砂衣，并在無(wú)障礙物、通風(fēng)狀況良好的場(chǎng)地進(jìn)行作業(yè)；②現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)噴槍禁止對(duì)準(zhǔn)人或除鋼閘門(mén)外的其他設(shè)備，同時(shí)禁止用手觸摸處理后的鋼閘門(mén)表面。

（4）水工金屬結(jié)構(gòu)表面處理檢查。①表面處理檢查執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB/T8923.1）；②表面處理檢查有無(wú)漏噴部位、表面處理清潔度等級(jí)以及表面處理粗糙度；③對(duì)于是否漏噴，應(yīng)仔細(xì)觀看每一個(gè)處理部位，特別是內(nèi)部死角部位；對(duì)于表面處理清潔度等級(jí)，應(yīng)利用標(biāo)準(zhǔn)圖片對(duì)照處理表面，判斷除銹等級(jí)；對(duì)于表面處理粗糙度，應(yīng)利用標(biāo)準(zhǔn)樣塊進(jìn)行比較或用觸針或輪廓儀檢查，其值應(yīng)在60～100μm 之間。

3.2 金屬熱噴涂

（1）對(duì)噴涂材料的要求。①采用熱噴鋅保護(hù)，其鋅絲的含鋅量應(yīng)不低于99.99%，除非設(shè)計(jì)另有要求，可降低或提高鋅絲含鋅量；②采用熱噴鋁保護(hù)，其鋁絲的含鋁量應(yīng)不低于99.5%，除非設(shè)計(jì)另有要求，可降低或提高鋁絲含鋁量；③氧氣純度應(yīng)為99.5%；④應(yīng)采用無(wú)折痕、無(wú)銹、無(wú)油的直徑為2.0mm～3.0mm 的鋁絲或鋅絲。

（2）對(duì)噴涂環(huán)境要求。①噴涂場(chǎng)地對(duì)環(huán)境溫度不得低于5℃，空氣相對(duì)濕度不得超過(guò)85%，鋼板表面溫度應(yīng)大于露點(diǎn)3℃；②當(dāng)金屬噴涂在室外進(jìn)行時(shí)，應(yīng)無(wú)雨無(wú)雪、無(wú)風(fēng)；③鋼材表面在經(jīng)過(guò)噴砂處理后應(yīng)在2h 內(nèi)完成噴涂作用，最長(zhǎng)不宜超8h。

（3）噴涂前準(zhǔn)備。①金屬鋅絲、鋁絲應(yīng)除銹、去油污；②除銹后表面清理（用干燥壓縮空氣進(jìn)行清理）；③噴涂設(shè)備應(yīng)完整、可靠，包括空壓機(jī)、冷卻器、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器、空氣調(diào)節(jié)器、氧氣瓶、乙炔瓶、乙炔表流量計(jì)、噴槍或電噴等；④噴涂人員要穿戴供氣式防護(hù)服、護(hù)目鏡、手套及其它勞動(dòng)保護(hù)用品。

（4）噴涂程序。①若采用火焰噴涂，點(diǎn)火調(diào)正噴涂火焰，達(dá)到中性火焰后，將噴槍移至工作面，噴涂開(kāi)始；若以電弧為熱源，噴涂過(guò)程中應(yīng)將兩根鋅絲、鋁絲通過(guò)送絲裝置進(jìn)入電弧噴槍的兩個(gè)導(dǎo)電嘴內(nèi)，導(dǎo)電嘴分別接電源的正負(fù)極，未接觸之前要保證兩根絲材之間絕緣可靠；②噴槍噴束中心線應(yīng)盡可能與鋼閘門(mén)表面法向平行，最大夾角不應(yīng)超過(guò)45°，噴嘴到基體表面距離宜為100～200mm；③噴涂順序應(yīng)先上后下、先內(nèi)后外、先難后易；④噴涂應(yīng)力求均勻，一般宜分二次噴涂，二次噴涂的噴末應(yīng)垂直交叉覆蓋；⑤噴涂過(guò)程中，噴槍的移動(dòng)應(yīng)與工作面平行，相鄰噴幅之間應(yīng)重疊1/3。

3.3 涂料封閉

金屬熱噴涂層檢驗(yàn)合格后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封閉處理，封閉處理采用底層、中層和面層的復(fù)合保護(hù)系統(tǒng)，每層漆膜厚度不低于50μm。

3.3.1 對(duì)環(huán)境要求

①為避免雨雪天氣對(duì)鋼閘門(mén)表面的影響，涂裝工作宜在通風(fēng)良好的非露天環(huán)境下進(jìn)行；②涂裝時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在5℃至30℃之間。當(dāng)氣溫過(guò)低，會(huì)出現(xiàn)防銹漆固化現(xiàn)象，不宜進(jìn)行施工；當(dāng)氣溫過(guò)高時(shí)，應(yīng)避免干噴現(xiàn)象發(fā)生，具體操作時(shí)一方面應(yīng)采用垂直噴涂，另一方面距離鋼閘門(mén)表面距離應(yīng)控制在50mm～100mm 之間；③涂裝時(shí)應(yīng)分別用溫度計(jì)和濕度計(jì)測(cè)試鋼閘門(mén)表面的溫度和濕度，當(dāng)鋼閘門(mén)表面溫度低于露點(diǎn)以上3℃或濕度大于85%時(shí)，應(yīng)停止涂裝。

3.3.2 涂裝前的準(zhǔn)備

①應(yīng)采用符合施工技術(shù)條件的油漆進(jìn)行涂裝，不得使用變質(zhì)或質(zhì)量不合格的油漆；②在了解油漆基本性能和組成的基礎(chǔ)上，結(jié)合油漆各自施工方法選擇合適的涂裝工具；③為避免出現(xiàn)漆皮和顆粒，涂裝前油漆應(yīng)通過(guò)80～120 目篩網(wǎng)過(guò)濾，并將過(guò)篩后的涂料攪拌均勻；④若使用兩種不同組份的罐料進(jìn)行涂裝，應(yīng)將二者按規(guī)定的比例混合均勻，并在熟漆30min 后方可使用；⑤由于油漆在出廠時(shí)已將粘度調(diào)至適宜狀態(tài)，因此，在大多數(shù)情況下無(wú)需進(jìn)行稀釋處理。當(dāng)氣溫過(guò)低或過(guò)高時(shí)，可適當(dāng)添加不超過(guò)油漆本身重量5%的稀釋劑。

3.3.3 涂裝方法及要求

①被涂裝產(chǎn)品表面不規(guī)則或邊、棱、角和修補(bǔ)等部分一般采用手工涂刷，遇到大面積涂裝或涂裝漆膜要求較厚時(shí)，一般采用高壓無(wú)氣噴涂，其結(jié)合力及表面優(yōu)于手工涂刷；②先手工刷涂邊、角、棱和焊縫等部位，再按工藝要求進(jìn)行全面涂裝；③涂裝順序是：先里后外、先上后下、先難后易、先向上下、后向左右或先左右后向上下、縱橫刷涂或噴涂；④噴涂時(shí)，噴槍與被噴表面應(yīng)保持在80～150mm 距離，并作平行移動(dòng)，不得高距離或弧形揮動(dòng)；⑤不同類型的涂料，其涂裝間隔不一樣，涂裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按涂料說(shuō)明書(shū)中要求的間隔時(shí)間進(jìn)行。其中，對(duì)于環(huán)氧瀝青厚漿型防銹漆，為避免漆膜剝落，其涂裝間隔時(shí)間應(yīng)控制在允許最長(zhǎng)間隔時(shí)間以內(nèi)；⑥在涂裝過(guò)程中應(yīng)按量使用，同時(shí)為保證涂層厚度的均勻性，應(yīng)經(jīng)常采用漆膜測(cè)厚儀測(cè)定漆膜厚度。

3.4 涂層檢查

3.4.1 檢查標(biāo)準(zhǔn)

涂層檢查依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為《熱噴涂金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層鋅、鋁及其合金》（GB/T 9793）、《熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定》（GB/T 8642）、《漆膜畫(huà)圈試驗(yàn)》（GB/T 1720）和《色漆和清漆漆膜厚度的測(cè)定》（GB/T 13452.2）

3.4.2 外觀檢查

①對(duì)涂層表面凹凸不平、氣泡、雜物、孔洞、裂縫以及粗顆粒等缺陷進(jìn)行檢查，如有必要需輔助以放大鏡進(jìn)行觀察；②對(duì)檢查到的漏噴、流掛、漏涂、皺皮等缺陷及時(shí)進(jìn)行處理；③采用砂紙摩擦鋼閘門(mén)涂層表面，如果涂層已固化會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的粉塵，反之涂層未固化。

3.4.3 厚度檢查

①濕膜厚度控制可用濕膜測(cè)厚儀檢測(cè)；②干膜厚度用磁性測(cè)厚儀測(cè)定，涂層厚度應(yīng)滿足兩個(gè)85%，即85%的測(cè)點(diǎn)厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，達(dá)不到厚度的測(cè)點(diǎn)，其最小厚度值應(yīng)不低于設(shè)計(jì)厚度的85%。

4 工程應(yīng)用

現(xiàn)階段，熱噴涂特別是電弧焊噴涂技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了大量應(yīng)用，以長(zhǎng)江三峽樞紐工程為例，電弧焊噴涂加涂料封閉防腐技術(shù)在該工程中得到了大量的應(yīng)用，“十四五”時(shí)期山東引黃涵閘第一批改建工程中12座水閘均采用電弧焊噴鋅外加涂料封閉防腐技術(shù)。本次以簸箕李西引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程安全鑒定工作為基礎(chǔ)，對(duì)電弧焊噴鋅外加涂料封閉防腐效果進(jìn)行相關(guān)分析。

簸箕李西引黃涵閘始建于1988年，2009年被鑒定為三類閘，于2015年開(kāi)展除險(xiǎn)加固，2016年完成了除險(xiǎn)加固工程內(nèi)容。除險(xiǎn)加固后的簸箕李西引黃涵閘位于山東省濱州市惠民縣，黃河左岸大堤樁號(hào)208+034處，按1 級(jí)水工建筑物設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)防洪水位29.37m，校核防洪水位30.37m，最高運(yùn)用水位26.50m，設(shè)計(jì)引水位18.43m，設(shè)計(jì)引水流量50m3/s，加大流量75m3/s。簸箕李西引黃涵閘共4 孔，每孔凈寬3.0m，設(shè)置4 扇平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)，閘門(mén)尺寸為3.48m×3.27m（寬×高），孔口尺寸為3.0m×3.0m（寬×高），門(mén)體重量為5.825t/扇，閘門(mén)設(shè)計(jì)工作水頭14.30m，設(shè)計(jì)操作水頭11.43m，啟閉條件為動(dòng)水啟閉。閘門(mén)門(mén)體為實(shí)腹式等截面主橫梁焊接構(gòu)件，主材Q235，門(mén)體由4 道主梁（含頂梁）和3 道縱梁組成，閘門(mén)面板布置在上游側(cè)，縱、橫梁系等高齊平布置，閘門(mén)止水布置在下游側(cè)。

簸箕李西引黃涵閘平板鋼閘門(mén)門(mén)體在防腐之前進(jìn)行了表面噴砂處理，經(jīng)過(guò)噴砂后的門(mén)體金屬表面清潔度等級(jí)不低于《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB/T8923.1）中規(guī)定的Sa2.5 級(jí)，與混凝接觸表面應(yīng)達(dá)到Sa2 級(jí)，無(wú)法進(jìn)行噴射處理的部位均采用手工和動(dòng)力工具進(jìn)行了除銹，其表面清潔度等級(jí)達(dá)到St3 級(jí)；除銹完成后閘門(mén)采用底層熱噴涂鋅，考慮熱噴金屬表面多孔，采用顆粒較細(xì)的環(huán)氧封閉漆封閉金屬涂層的孔隙，中間層為環(huán)氧云鐵防銹漆，面層選用硬度強(qiáng)度較高、易修補(bǔ)的改性環(huán)氧耐磨漆。另外，對(duì)于所有與混凝土結(jié)合的埋件表面，為實(shí)現(xiàn)防銹與混凝土粘結(jié)性能有機(jī)結(jié)合，涂刷特種水泥漿；同時(shí)，在埋件外表面底層用環(huán)氧富鋅底漆，環(huán)氧云鐵作中間漆，面漆選用改性環(huán)氧耐磨漆。

2022年4月，簸箕李西引黃涵閘開(kāi)展了安全鑒定工作。在安全鑒定工作開(kāi)展過(guò)程中，采用磁感應(yīng)法對(duì)平板工作閘門(mén)防腐涂層厚度進(jìn)行了檢測(cè)，共抽測(cè)8 個(gè)部位，計(jì)40 個(gè)局部厚度。檢測(cè)結(jié)果顯示，閘門(mén)各構(gòu)件防腐涂層局部厚度檢測(cè)值介于221μm～454μm 之間。依據(jù)SL105-2007 中表C-3 的要求水位變動(dòng)區(qū)水工金屬結(jié)構(gòu)涂料厚度參考值為≥220μm，所測(cè)涂層局部厚度共40 個(gè)測(cè)位均滿足要求，合格率100%，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求（合格率≥85%）。限于篇幅，表2 給出了簸箕李西引黃涵閘2#孔、3#孔迎水面和背水面面板防腐涂層厚度檢測(cè)結(jié)果。

表2 簸箕李西引黃涵閘2#孔和3#孔迎水面防腐涂層厚度檢測(cè)結(jié)果

可以看出，電弧焊噴涂加涂料封閉防腐處理后的簸箕李西引黃涵閘平板鋼閘門(mén)防腐效果良好，運(yùn)行6年后各構(gòu)件防腐涂層厚度合格率遠(yuǎn)超現(xiàn)行規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）在介紹水工鋼閘門(mén)腐蝕原理及危害和水工鋼閘門(mén)常用防腐措施基礎(chǔ)上，提出了水工鋼閘門(mén)熱噴涂外加涂料封閉防腐技術(shù)的關(guān)鍵施工工藝，明確了鋼閘門(mén)表面處理、金屬熱噴涂、涂料封閉以及涂層檢查等內(nèi)容具體施工流程，提出了各步驟對(duì)應(yīng)的檢查控制標(biāo)準(zhǔn)，解決了以往熱噴涂防腐施工質(zhì)量難把控的問(wèn)題。

（2）電弧焊噴涂加涂料封閉防腐技術(shù)是目前處理水工鋼閘門(mén)防腐問(wèn)題較好的辦法，具有涂層防腐壽命長(zhǎng)、年均防腐費(fèi)用低等特點(diǎn)，可長(zhǎng)期有效地保護(hù)水工鋼閘門(mén)結(jié)構(gòu)。以簸箕李西引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程為例，電弧焊噴涂加涂料封閉防腐處理后的簸箕李西引黃涵閘平板鋼閘門(mén)防腐效果良好，運(yùn)行6年后各構(gòu)件防腐涂層厚度合格率遠(yuǎn)超現(xiàn)行規(guī)范要求。