1、水工金属结构防腐蚀设计【摘要】本文围绕金属腐蚀机理、防腐措施以及防腐设计等几个方面进行探讨，以供参考。 【关键词】水工；金属结构；防腐；机理；措施 中图分类号：TU318 文献标识码：A 一、前言 水工金属结构是指水工钢结构，用于水利水电工程建设，包括了各种闸门、阀门及拦污栅等。作为基本构件，在焊接过程中必须要经过承载结构、防腐验收通过才能运行。防腐环节是影响金属结构寿命的重要环节，应引起高度重视，所以必须要制定相关的水工金属结构防腐控制措施。 二、金属腐蚀机理、腐蚀因素与金属覆盖层的保护 金属腐蚀主要是化学过程，可以把金属的腐蚀机理分为化学机理和电化学机理。化学腐蚀是根据化学的多相反应机理，
2、金属表面的原子直接与氧、水、酸等分子相互作用。金属的氧化和还原同时发生，电子从金属直接转移到接受体上，而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。金属和不导电的介质接触发生的反应主要为化学腐蚀。最重要的化学腐蚀是气体腐蚀，一般是金属的氧化过程（如金属的氧化、氮化和硫化等） ；电化学腐蚀是最常见的腐蚀，其比化学腐蚀要严重的多。在水、土壤、潮湿空气等环境下发生的腐蚀一般为电化学腐蚀。其作用机理：介质与金属发生的是两个独立的共轭反应。阳极过程金属失去电子而溶解到介质中，电子通过介质到阴极，而发生还原反应。 由于水工金属结构长期浸没在水中，或处于干湿交替、被高速水流冲刷等环境中，受到各种水（河水
3、、工业污水） 、大气、阳光、温度和水生物等的侵蚀，泥沙和其它漂浮物的冲击摩擦也会使金属结构发生严重腐蚀，从而降低结构的承载能力，严重威胁到闸门、启闭机等水工金属结构的安全运行。如何有效地解决水工金属结构的腐蚀问题是水利水电工程中的重要任务。正确应用水工金属结构的防腐蚀技术是关系到水工金属结构使用寿命的重要因素。目前对钢结构的防腐蚀措施主要有：电化学保护和覆盖层保护。电化学保护主要分为牺牲阳极法和阴极保护法。而覆盖层保护主要有电镀、化学镀金属层、喷涂和涂敷防腐涂料。 三、水工金属结构选择原则 水工金属结构防腐常用的方法有:涂层防腐、喷镀层防腐、阴极保护防腐等。它们适用于不同类型的结构和腐蚀环境。
4、针对不同的结构和介质,选择适当的防腐措施。 涂层防腐选择原则:适用于任何结构,应用广泛,当与喷镀金属或阴极保护联合应用时效果更好。随着涂料工业的日益发展,不同性能的防腐涂料多种多样,使用时应根据不同介质选择适应的涂料,以达到保护的目的。喷镀金属防腐选择原则:适用于工作环境恶劣、防腐要求较高的重要结构。 阴极保护防腐选择原则:适用于保护面积大、结构数量多而且集中的重要结构的水工金属结构。这些水工金属结构表面形状比较简单,而且又常常浸在介质中。热喷涂特别是电弧喷涂技术在国外得到了大量应用,实践表明,用电弧喷涂长效防腐技术对永久性大型钢结构进行防腐是最佳的防腐蚀选择。我国也正在逐步开始大量应用电弧喷
5、涂长效防腐技术来防护大型水工钢结,如长江三峡工程中的大量金属结构均采用了电弧喷涂长效防腐技术。 大量的水利水电工程中金属结构多采用涂料防锈和金属热喷涂防锈,或三种方法混合采用。 四、水工结构防腐蚀措施的分类 水工金属结构属非循环性环境水中的大型、固定的永久性结构物，常用的基本防腐措施有以下几种。 1、涂料防腐 用涂料防腐是最古老的方法，至今仍被广泛采用。涂料防腐是利用涂料封闭结构表面形成保护层，把钢铁基体与介质隔开，以杜绝产生腐蚀的条件。该方法适应性强、施工简单、价钱低廉，在水利工程中被广泛采用。缺点是保护周期短，维护费用高，维护不及时，易使金属结构腐蚀破坏，造成更大的损失。 2、喷镀金属防腐
6、 镀金属防腐是通过专用设备将金属丝熔融喷射到钢铁表面上，成为金属镀层。该镀层对钢铁一方面像涂料一样起封闭作用，将钢铁基体与水和空气隔开;另一方面，当镀层有孔隙或局部损坏，钢铁基体与水接触时，金属镀层与基体结构构成腐蚀电池，金属镀层为阳极，钢铁基体成为阴极，以金属溶解产生保护电流来制止钢铁腐蚀，从而发挥牺牲阳极类型的阴极保护作用。该方法具有双重保护作用，保护周期长，要求严格，操作复杂，费用较高，应用受到限制。随着国民经济的不断发展，该方法将广泛应用。 3、外加电流阴极保护 外加电流阴极保护是一项先进的防腐技术，它以钢铁结构为阴极并合理地布置一些辅助阳极，与电解溶液构成电解池，外加一低压直流电源，
7、使阴极积聚较多的电子，当钢铁表面电位变负到一定程度时，则腐蚀停止发生。该方法从根本上解决了钢铁腐蚀问题，只要保护恰当，就能够长效保护结构。但该方法适用条件受到限制，且系统复杂，需要日常管理维护，因此，该方法应用还较少。 4、玻璃钢防腐 玻璃钢防腐是一种新型的防腐技术，它是用玻璃钢将钢铁基体包裹封闭而形成保护层，把钢铁基体与介质隔开，利用玻璃钢的较高抗腐性来防止钢铁基体腐蚀。该措施防腐效果好，尤其是对于工业污染或海水防腐效果明显，但该技术工艺要求高，施工难度大，玻璃钢与钢铁基体粘接困难，容易脱落，因此，未被广泛推广采用。 五、水工金属结构防腐蚀设计 钢制水闸门是水力发电站、水库中控制水量的主要钢
8、结构，比如容易受到水的侵蚀。采用喷锌大大提高了钢闸门的耐蚀性，由于喷锌工艺预处理采用喷砂除锈处理，故工件表面非常清洁毛糙，表面喷锌后不会产生由内向外的腐蚀，从而不会产生锌层脱落现象，并加涂一层氯化橡胶铝粉漆，比原来采用的油漆工艺防腐年限提高 56 倍。 1、防腐工艺流程 工件检查喷砂除锈除锈质检锌锌镀层检查涂刷封闭层封闭层检查甲方终检验收。 2、基体表面预处理 闸门、锁锭装置及其埋件表面预处理均采用喷砂除锈方法。喷砂前金属表面须先进行脱脂净化：必须仔细地清除焊渣、飞溅等附着物，并清洗掉基体表面可见的油脂及其他污物。用于施工的压缩空气，应过滤除去油水、使其清洁和干燥，以避免污染磨料和待喷涂的基体
9、表面。喷砂前对轨道踏面和不锈钢止水面等加后配合，表面用遮蔽带、金属薄板或硬木板等进行保护。 3、热喷涂施工 热喷涂锌，必须在基体表面处理验收合格后，在限定间隔时间内进行施工，在这个间隔时间内，待喷涂的基体表面必须保持十分清洁、干燥，无油污、灰尘和氧化物。涂锌时，枪与工件表面斜度不小于 45枪与工件表面距离为 125165mm，最大不宜超过 200mm。锌层厚度超过0.1mm 时，应分层喷镀，前一层与后一层成 90交叉或 45交叉喷镀。枪移动速度为 300400mm/s，锌丝走丝速度为 22.2m/min，必须防止工件表面过热或喷镀层局部过厚的现象发生。应采用 SQP-1 气枪涂。 材质要求：锌
10、丝直径 3mm，锌丝纯度 99.5%。锌丝必须保持表面光洁无油污，无折痕等。喷锌层的外观检查：镀层的表面应无杂质、气泡、孔洞、裂纹、脱皮等；厚度检查，在 1m 的基准面内测 5 点，其中最小厚度不能小于设计厚度的 80%。 4、砂除锈 粗糙度 RZ 应在 4090m 范围以内，除锈后的工件应达到 S3 级。 施工工艺参数：喷喷砂采用 6m 空压机。 喷砂角度：喷嘴与工件表面角度应在 6070之间。 砂距离：喷嘴与工件表面应保持 100200mm 的距离。 材质保证：喷砂用的压缩空气应为干燥、无油污的清洁空气。喷砂磨料应为刚玉砂式石英砂，要求砂料干燥，不含油污和溶盐，并有棱角，颗粒度为 0.53
11、.5mm。 5、涂料封闭 涂料开封前，仔细检查并确认涂料的品种、牌号、颜色、有效贮存期等是否符合要求。将封盖上面和封盖周围的灰尘和脏物清除掉，避免异物混入涂料内。开盖后如发现表面有结皮，要沿边缘将漆皮割开后取出，不要任意捣碎，不可使漆皮碎片混在涂料中。涂料须搅拌均匀方可使用，采用刷涂方式进行涂料封闭。施工过程始终坚持严格的质量控制，上道工序不合格，绝不进入下道工序，层层把关，保证了该闸门的防腐质量。 六、水工金属结构防腐蚀展望 水工金属结构构件的腐蚀所造成的损失和破坏是巨大的，如何对其进行长效防腐已越来越引起重视，随着现代工业和材料科学的发展，各种各样的新型防腐材料，各种耐腐蚀金属、非金属材料
12、的涂、镀层技术层出不穷。目前，各类新型高固体组份，各种鳞片增强型高分子重防腐涂料和功能性粉末涂料已成功应用，金属喷镀技术也日益成熟，必将得到广泛应用。 另外，我国发明的钢铁钟化新工艺，即把钢铁件放在锈液中，液中的几种物质形成最佳协同效应，能除尽锈层和氧化皮，且经水洗置于钝化液中，形成协同效应，生成钝化保护层，这为防腐技术又开拓了新途径。可以坚信，新型、安全、经济、长效、适用的防腐蚀措施会不断涌现。 七、结束语 作为具有特殊性的工程，水工金属结构关系到整个水利工程正常安全运行。因此，要加强对防腐工艺的应用，采取相关有效措施保证产品的防腐质量，确保工程安全。 参考文献 1戴企平,张小阳,水工金属结构防腐蚀规范M.北京:中国水利水电出版社,2010 2杨逢尧,魏文炜,水工金属结构M北京:中国水利水电出版社,2005 3张小阳,王占华,张志修,材料及防护涂层在淡水环境中的腐蚀试验研究J腐蚀与防护,2006,(5):240243 4水利部人事劳动教育司编,水利概论M南京:河海大学出版社,2012
