濱海新閘金屬結構防腐設計

劉 良

(中水淮河規劃設計研究有限公司 蚌埠 233001)

李衛東

(淮河水利委員會治淮工程建設管理局 蚌埠 233001)

1 概述

濱海新閘工程位于江蘇省濱海縣臨淮鎮頭罾村境內，閘址位于現有濱海閘下游約7.5km處，與引河中心線成正交，距離現有海岸線約2km。濱海新閘主要作用是擋潮、泄洪、排澇、灌溉、減淤，并連接南北交通，同時具有通航功能。該閘主要包括5孔泄洪孔和1孔通航孔，泄洪孔工作閘門采用10.1m×6.85m×1.1m(寬×高×厚)平面直升鋼閘門，通航孔工作閘門采用9.94m×7.3m×1.1m(寬×高×厚)平面升臥鋼閘門。

2 沿海地區鋼閘門腐蝕情況和陰極保護重要性

2.1 沿海地區鋼閘門腐蝕情況

鋼閘門材料通常采用普通碳素鋼或低合金鋼，它們長期處于大氣、海水、淡水、干濕交替及水流沖刷等環境中，受到不同水質、光照、溫度等環境影響和泥沙、漂浮物的撞擊等物理、化學和電化學作用，不可避免地遭受不同程度的腐蝕。

鋼閘門所處的腐蝕環境分為大氣區、干濕交替的水位變動區和水下區，在不同的腐蝕區域，鋼閘門的腐蝕程度不同。

大氣區:含鹽量較高，海鹽粒子沉積到鋼閘門表面的水膜中，增加了水膜的電導性，使腐蝕程度加大，也增加了點蝕的傾向。

水位變動區:受海洋潮汐影響，水位不斷變化，鋼閘門承受干濕交替作用，水位變動區由于受活性氯離子的侵入，會發生嚴重的點蝕。

水下區:含鹽量相對較高，從30Ω·cm到2000Ω·cm不等，氯離子含量高，鋼結構不易鈍化。

另外由于沿海地區的特殊環境，水生物引起的生物腐蝕和異種結構引起的電偶腐蝕，都加快了鋼閘門的腐蝕速度，特別是局部腐蝕速度，設計時應予以重視。

2.2 陰極保護重要性

沿海地區鋼閘門防腐主要經歷了3個階段。第一階段:20世紀80年代前鋼閘門主要以涂料保護為主，防腐使用壽命短，日常維護頻繁，防腐效果不佳。第二階段:2000年之前鋼閘門主要以金屬噴涂加涂料保護相結合為主，防腐使用壽命能達到10年以上，防腐效果有所改善。第三階段:2000年之后，鋼閘門主要以金屬噴涂加涂料保護相結合為主，并增設犧牲陽極陰極保護裝置，防腐使用壽命能達到15～20年以上，防腐效果比較理想。

例如:江蘇射陽河閘1956年建成，經過多年運行，鋼閘門銹蝕嚴重，由于資金緊張，管理單位在1974年僅采取通電流陰極保護措施，減緩了鋼閘門腐蝕，但由于通電流陰極保護維護管理工作量大和沿海地區供電不正常，80年代以后，該裝置就廢棄了。1993～1996年對鋼閘門進行了除險加固，采用噴鋅加涂料保護措施，1998年檢查時，發現鋼閘門大部分區域出現銹點，下部涂層損壞嚴重，局部噴鋅層脫落，之后又重新涂刷油漆。2001年鋼閘門提起后觀察發現，涂層脫落加重，噴鋅層脫落面積加大，2002～2003年對鋼閘門進行了防腐蝕維修并采取了犧牲陽極保護措施，至今閘門未出現明顯腐蝕現象。

根據以上分析，筆者認為在沿海地區采用陰極保護是必要的，它不但提高了防腐使用壽命，而且解決了異種結構引起的電偶腐蝕和一般涂料較難同時滿足大氣區、水位變動區和水下三個腐蝕區域的防腐蝕要求的問題。

3 防腐蝕方案設計

根據沿海地區鋼閘門的腐蝕狀況和部分工程防腐蝕保護的經驗和教訓，本工程防腐采用噴涂金屬+涂層封閉保護+陰極保護相結合的防腐措施。現著重對防腐蝕設計中的金屬熱噴涂工藝和噴涂層的選擇、封閉涂料的選擇和陰極保護方式選擇進行介紹和分析。

3.1 金屬熱噴涂工藝和噴涂層的選擇

3.1.1 金屬熱噴涂工藝選擇

金屬熱噴涂工藝主要有火焰噴涂和電弧噴涂兩種。

火焰噴涂:火力點遠遠低于電弧噴涂，涂層與基體附著力低，而且容易對部件造成損傷缺陷，火焰噴涂工藝影響因素多，節省金屬材料。

電弧噴涂:采用電氣源，提高了工作效率和安全性，涂層與基體附著力高，噴涂顆粒細小均勻，工藝要求高。

在工程建設期間，多數廠家仍采用傳統的火焰噴涂工藝，電弧噴涂工藝還沒有得到推廣應用。但考慮本工程處于沿海地區和近年來沿海地區幾座水閘工程出現的防腐問題，設計最終采用效果較好的電弧噴涂。

3.1.2 金屬噴涂層選擇

規范規定沿海地區環境中金屬熱噴涂材料宜采用鋁、鋁合金、鋅鋁合金和鋅。對于沿海地區，噴鋁更為合適，主要原因是鋁在空氣中極易形成穩定的氧化鋁，氧化鋁膜具有高度的致密性和耐蝕性。但近年來在沿海地區工程中采用噴鋁和AC鋁均出現不同情況的問題，主要為涂層選用與金屬層不配套及采用傳統的火焰噴涂，火焰溫度低，鋁層孔隙率相對較高和附著力低，水分容易滲進基層，出現鼓泡和脫殼現象。

對于噴鋅和噴鋁經濟比較，噴涂相同厚度涂層，鋅的耗用量比鋁的耗用量要多，噴鋁比較經濟。

根據以往經驗、試驗情況和經濟性考慮，本工程初步設計采用噴鋁方案和電弧噴涂工藝。但在初步設計技術審查時，專家要求采用傳統的噴鋅技術，認為噴鋅安全可靠，是目前沿海地區通常做法，最終設計方案改成傳統的噴鋅方案。

在同期進行設計的射陽夸套閘中采用噴鋁方案和電弧噴涂工藝。金屬結構設備投入使用5年來，防腐效果較好，沒有出現明顯鼓泡和銹蝕現象。筆者認為在沿海地區，優先采用噴鋁涂層和電弧噴涂工藝，同時嚴格控制表面處理質量，是沿海地區比較理想的防腐措施。

3.2 封閉涂料的選擇

封閉涂料一般分為底層、中間層和面層，各層之間應具有良好的匹配性、附著力和流動性。

2000年前后沿海地區幾座水閘工程防腐均出現了不同程度的問題，為了分析失敗的原因，有關單位專門委托南京水利科學研究院對原設計方案和建議方案進行鹽霧加速腐蝕試驗。結果表明原設計噴AC鋁+氯化橡膠鋁粉漆涂料方案，在鹽霧和海水環境中，防腐效果較差，使用壽命短;建議在沿海地區采用防腐效果較好的磷化底漆+環氧云母氧化鐵封閉涂層或環氧云母氧化鐵+環氧瀝青涂層。

根據以往的經驗教訓和本工程自身特點，通過專門咨詢南京水利科學研究院有關專家，對防腐蝕設計進行了優化，并進行了鹽霧加速腐蝕試驗，提出了更為合理的防腐措施，最終設計采用防腐效果更好的磷化底漆(底層)+環氧云鐵防銹漆(中間層)+丙烯酸聚氨酯面漆(面層)涂層方案。

3.3 陰極保護方式選擇

陰極保護是向被保護金屬表面通入足夠的陰極電流，使其陰極極化以減小或防止金屬腐蝕的一種電化學防腐蝕保護技術。陰極保護分為通過外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護兩種方式，陰極保護方法比選見第14頁表。

陰極保護方法比選表

結合方案比選，犧牲陽極陰極保護雖然保護半徑小，但是能滿足本工程設計要求，且管理和維修方便，經綜合考慮，本工程設計采用犧牲陽極陰極保護。

3.4 防腐設計

根據《水工金屬結構防腐蝕規范》(SL 105)和以上分析成果，確定本工程防腐蝕方案為:表面噴砂除銹使清潔度達 Sa2.5和粗糙度達 Rz60～100μm，噴鋅200μm，磷化底漆 5 ～10μm，再涂環氧云鐵防銹漆100μm(兩度)，丙烯酸聚氨酯面漆 100μm(兩度);表面增設犧牲陽極保護，閘門迎海側采用鋁合金，陽極規格1000mm×(80+100)×80mm，計5只/扇，內河側采用鎂合金，陽極規格680mm×(56+74)×65mm，計16只/扇。

4 結語

沿海地區環境對鋼閘門具有強腐蝕性，近年來水質又受到不同程度的污染，傳統的防腐蝕技術難以達到長效的保護目的，在沿海地區鋼閘門防腐應該引起高度重視。

本工程投入使用5年來，采用的噴鋅+涂料保護+犧牲陽極陰極保護方案比較成功，泄洪孔和通航孔工作閘門運行正常，至今閘門未出現明顯腐蝕現象。■