水工鋼結構防腐蝕原理及技術手段

【摘要】隨著科技的發展，水工鋼結構在我國社會建設中的應用越來越廣泛，但在其應用過程中仍存在一些問題。因此，分析了水工鋼結構腐蝕的原理和影響因素，并提出了常用水工鋼結構的防腐蝕方案及其選用原則。

【關鍵詞】水工鋼結構；防腐蝕措施；水工鋼閘門；腐蝕因素

鋼結構在水利工程中的應用廣泛，比如水工建筑物中大量采用的鋼閘門、閥門、攔污柵、船閘閘門、升船機和鋼引橋等。由于空氣和水中含有各種化學介質，如果鋼結構表面未采取防腐措施，則會發生銹蝕，特別是水工建筑物中的鋼結構常處于水下或干濕交替的環境中，更易發生化學變化，腐蝕更加嚴重。腐蝕不僅會削弱鋼結構截面的承載能力，還會產生局部銹坑，形成應力集中，進而降低正體結構的承載能力，引發結構脆斷。因此，開展水工鋼結構的腐蝕防護研究非常重要，從而確保水工鋼結構的完整性，延長其使用壽命。

1、水工鋼結構腐蝕的原理和影響因素

1.1 腐蝕原理

腐蝕是指物質與外部介質發生化學作用而產生的破壞現象。腐蝕的形式主要有化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕是指金屬與接觸到的物質直接發生氧化還原反應而被氧化損耗的過程；電化學腐蝕是指不純的金屬與電解質溶液接觸時發生的原電池反應，比較活潑的金屬會因失去電子而被氧化。水工鋼結構的腐蝕多屬于電化學腐蝕。

1.2 影響因素

1.2.1 鋼結構所處環境

比如，水工鋼閘門常處于水下或半水下的干濕交替環境，易發生電化學腐蝕現象；空氣中的介質會與暴露在外的鋼材發生化學反應。

1.2.2 水質影響

水中含有一些侵蝕性的介質，特別是海水中含有較多的氯離子，其對鋼材的腐蝕影響非常大。此外，水工鋼結構的腐蝕具有連續性，水流的流動會加快腐蝕速度。

1.2.3 鋼結構自身的狀態

由于鋼材中含有鐵以外的其他元素或雜質，特別是合金鋼中含有合金元素，其會引起鋼材腐蝕；鋼材表面的粗糙度、裂紋和機械損傷等對腐蝕的影響較大。

2、水工鋼結構防腐蝕措施分析

2.1 防腐蝕的原理

鋼結構的防腐可從腐蝕因素入手，從而抑制腐蝕過程的發生，比如控制鋼材表面質量、通過某種途徑將金屬與介質隔絕、尋找犧牲品和延緩腐蝕速度等。因此，鋼結構防腐蝕的原理為在考慮經濟成本的前提下，通過各種途徑抑制腐蝕過程的某一個環節或整個過程。

2.2 防腐蝕措施

2.2.1 表面預處理

金屬結構在涂裝前應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不應低于GB8923中規定的Sa2.5級；表面粗糙度Rz應依據涂層類別確定，通常為40～150μm。

2.2.2 涂料保護

防腐涂料的品種很多，主要有油脂漆、環氧樹脂漆、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，底漆應具有良好的附著性、耐蝕性；面漆應具有良好的耐侯性、耐干濕交替性；中間漆應能提高底漆和面漆的黏合性。實踐表明，水工鋼結構防腐單采用涂料保護的效果并不理想，保護周期多為3～5年。

2.2.3 金屬熱噴涂與涂料聯合保護

金屬熱噴涂保護系統包括金屬噴涂層和涂料封閉層。目前，水工鋼結構主要采用熱噴鍍鋅或鋁，它是一種通過專用設備將鋅絲、鋁絲熔融噴射到鋼材表面形成的鍍層。實踐證明，在淡水環境中噴鋅（鋅鋁合金）比噴鋁（鋁合金）具有更穩定的保護效果。對于重要零件，比如閘門輪軸等可采用鍍鉻，將鋼材表面同周圍介質隔絕。在金屬噴鍍后覆蓋一層涂料防護的保護周期一般為10～15年，在氯鹽侵蝕嚴重的沿海地區也可達10年以上。

2.2.4 陰極保護技術

陰極保護技術包括外加電流和犧牲陽極兩種方法，其原理是通過外加電流或犧牲陽極的溶解使被保護的金屬電位降至腐蝕電位以下，從而避免腐蝕。外加電流陰極保護受運行和水位的影響較大，且維護管理復雜；犧牲陽極陰極保護在各種水環境下都可應用，施工、維護方便，應用較廣。常用的犧牲陽極材料有鋅基、鋁基和鎂基合金。該方法在海水防腐中應用廣泛，比如在沿海擋潮閘鋼閘門、海上采油平臺水下鋼管結構等中的應用。此外，犧牲陽極陰極保護應與涂料保護聯合使用。

2.2.5 添加合金元素

在鋼材中加人適量的Cr、Ni等合金元素可提高金屬的抗腐蝕能力。實踐證明，鋼在大氣、水等弱介質中，耐蝕性隨鋼材中Cr含量的增加而增強，當其含量達到一定比例時，鋼的耐蝕性會發生突變，即從易生銹到不易生銹。而Ni元素可改變Cr的組織性能，從而提高鋼材的耐腐蝕性能。

2.2.6 包覆防蝕技術

我國從國外引進了一種新型包覆技術，即在被保護鋼材表面包覆可延緩或防止鋼材腐蝕的材料，其比較適用于形狀規整、面積較大和易包覆的鋼材。但該技術目前尚未成熟，有待進一步研究。

2.3 選用原則和質量控制

選擇水工鋼結構的防腐蝕方案應按照“等效防腐”的原則，即水工鋼結構的各個部位應具有相同的保護年限，同時，應根據鋼結構的使用環境、運行狀況、維護管理條件和經濟條件等綜合選定。涂層防腐不受鋼材形狀和環境的制約，因而被廣泛應用，應根據鋼結構的材質及其所處的介質選取涂料，其與金屬熱噴涂或犧牲陰極保護聯合應用的效果更佳。影響水工鋼結構防腐蝕涂層壽命的主要因素是表面預處理質量，其影響程度可達49.5%.因此，在鋼材表面預處理中，應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級為標準。此外，為了保證防腐蝕的質量，施工單位、質檢員和操作工人等均應具備相關專業知識，且應持證上崗。

3、結束語

腐蝕是鋼結構應用中的一大缺陷，合理的防腐蝕措施是延長水工鋼結構使用壽命的關鍵。在選擇防腐蝕方案時，應根據鋼結構的工作環境、材料性能和設計要求等綜合比選，從而使

鋼結構的應用達到安全、經濟和長效的目標。此外，國內仍需繼續加大對金屬結構長效防腐的研發力度。