水工鋼閘門腐蝕影響因素及防腐蝕技術探析

嚴柳紅

摘? ?要：本文簡要闡述了水工鋼閘門的腐蝕類型，并對水工鋼閘門的腐蝕原因進行了分析，認為水工鋼閘門的運行狀態、所處工作環境的水質問題、結構表面狀態、水流速度等是造成閘門腐蝕的重要影響因素。在此基礎上，對當前水工鋼閘門的主要防腐蝕技術進行了探討，主要包括涂料防腐技術、噴金屬加涂料聯合防護技術以及陰極保護加涂料聯合防護技術。

關鍵詞：水工鋼閘門? 防腐蝕? 噴金屬? 涂料? 陰極保護

水工鋼閘門是一種控制水位的水工鋼構件，是水電站、水庫、水閘等水工建筑物的重要構造組成。作為一種金屬構件，水工鋼閘門在運行過程中，由于干濕環境交替、水質以及水流沖擊等原因，會出現不同程度的腐蝕現象，不但會使其結構強度及承載能力下降，還會使其運行維護的成本增加。因此，水工鋼閘門的防腐蝕處理工藝對其使用使命、維護成本以及整體質量具有至關重要的影響。本文基于當前金屬結構防腐技術發展現狀，就水工鋼閘門的防腐蝕處理工藝進行一些探討，以期能夠為相關研究提供一些參考與借鑒。

1? 水工鋼閘門的腐蝕類型

水工鋼閘門的腐蝕狀況，從腐蝕影響范圍上主要表現為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類，局部微觀上常見腐蝕類型為：（1）斑點腐蝕，構件表面出現較密集但深度較小的蝕坑群，均勻腐蝕中常見;（2）陷坑腐蝕，腐蝕呈凹坑狀，且腐蝕較大，通常在局部嚴重腐蝕中呈現;（3）孔（點）腐蝕，蝕坑局部小而深，這種腐蝕形態具有較大破壞性和隱蔽性;（4）縫隙腐蝕，縫隙或其他隱蔽區域內出現的局部腐蝕。

通常這四類腐蝕類型相互關聯，或兼而有之，是工程中主要腐蝕類型。考慮工程安全性及鑒別的難易，局部腐蝕較全面腐蝕的危害要大得多，其危害往往更具有突然性和破壞性。

2? 水工鋼閘門腐蝕原因分析

2.1 運行狀態對水工鋼閘門腐蝕的影響

水工鋼閘門在運行狀態上主要分為兩類：一類為常態運行，在汛期開閘泄洪或分洪，非汛期啟閉閘門維持正常水位，此類閘門上、下游水位一般比較穩定;另一類為間歇運行，此類閘門所在河道存在斷流現象或是水位較淺，汛期閘門啟閉頻繁，而非汛期閘門、閘室整體或是大部分暴露在空氣中。

水工鋼閘門的腐蝕程度與其運行狀態具有密切的關系。根據朱曉峰等人的研究，常態運行的水工鋼閘門由于上、下游水位常年較為穩定，閘門長期處于靜水低流速的環境下，干濕交替頻率低，大多是一般腐蝕或是輕度腐蝕;而處于間歇運行狀態的鋼閘門，由于干濕交替頻繁，河道基本斷流的情況下，暴雨時閘門更容易受到高速水流的沖擊，使腐蝕加快，腐蝕程度較常態運行的鋼閘門更為嚴重。

2.2 水質對水工鋼閘門腐蝕的影響

水工鋼閘門的腐蝕多為電化學腐蝕，腐蝕程度、速度與其工作環境中的pH值高低、含氧量及水中離子濃度有著密切的關系。一般來說，當水工鋼閘門工作環境中的pH﹤4時，pH值越小腐蝕速度越快;pH=5～9時，pH值大小與閘門的腐蝕速度沒有關系，主要與水中溶解氧有關，水中溶解氧含量越大，供氧也就越充分，閘門的腐蝕速度也就越快、腐蝕程度也越嚴重;當pH﹥10時，會在金屬表面形成一層保護膜，閘門不易腐蝕。水工鋼閘門的腐蝕不僅僅與水中溶解氧含量有關，離子濃度大小對于閘門腐蝕速率也具有重要的影響。閘門發生的電化學腐蝕需要在互相連通的電解質溶液中進行，淡水河湖中雖然含鹽量較低，但均含有多種正負離子，離子的存在、運動及所帶電荷的轉換，使河道水可以導電，也可以視為是電解質溶液。

2.3 其它影響因素

水工鋼閘門的腐蝕除與運行狀態、水質環境有關外，鋼結構表面的狀態、應力和變形、環境溫度、水流速度等也具有重要的影響。結構表面積大小、粗糙程度、機械損傷、焊接缺陷等都是造成閘門腐蝕的重要因素;應力和變形越大，腐蝕也越嚴重;環境溫度一般與鋼閘門的腐蝕速度成正比關系;敞開式鋼閘門溫度大于80℃時，由于氧的散出，溫度與腐蝕速度成反比;水流速度與水工鋼閘門的腐蝕速度成正比關系，流速越大，腐蝕越快，所以經常開閘泄水的水工鋼閘門比長期關閉的水工鋼閘門腐蝕嚴重。此外，水流及水中夾帶的泥沙會對水工鋼閘門金屬表面形成高速沖擊，造成沖蝕磨損，加快腐蝕。

3? 水工鋼閘門的主要防腐蝕處理技術

水工鋼閘門常用的基本防腐蝕技術主要有三種，一是涂料防護技術，二是金屬熱噴涂技術，三是陰極保護技術，在此三種基本防護技術的基礎上，還延伸出多種復合防護技術，如噴金屬與涂料聯合防護技術、陰極保護與涂料聯合防護技術等。

3.1 涂料防腐

涂料防腐是金屬防腐蝕的傳統防護措施，具有造價相對較低、施工簡便的優點，能夠在金屬表面形成一種薄膜隔離水、空氣對金屬的腐蝕影響。防腐涂料分為常規防腐涂料與重防腐涂料，常規防腐涂料適用于一般環境條件下對金屬基材的防腐蝕保護，重防腐涂料則主要用于相對更為嚴苛的腐蝕環境，具有比常規涂料更長的保護期。水工鋼閘門一般使用重防腐涂料，正確使用，防腐蝕年限可達5～10年。涂料防腐從工藝上分為底漆、中間漆及面漆，涂料防腐的底漆環有氧富鋅底漆、無機富鋅底漆、環氧厚漿漆等;中間漆一般采用環氧云鐵中間漆;面漆有丙烯酸面漆、聚氨酯面漆等。水工鋼閘門涂料防腐對涂料選擇、涂料配比和每層漆刷厚度有較嚴格的要求，漆刷層數及厚度視具體情況而定。在工程實踐中，單純采用涂料封閉涂層防腐對于在干濕交替環境下運行的鋼閘門效果并不是很好，運行5年以上大多會出現較為嚴重的腐蝕現象。

3.2 噴金屬加涂料聯合防護

相較于單純的涂料防護，水工鋼閘門采用噴金屬加涂料封閉具有更好的防護效果。將鋅、鋁等活潑金屬元素采用熱噴涂等工藝覆蓋在鋼閘門表面形成一種鋅（鋁）噴涂層，然后再用涂料進行封閉處理形成復合涂層，雖然在初始造價上比單純的涂料防腐要高，但其對水工鋼閘門的保護周期遠長于涂料防腐，且維護成本較低，綜合成本實際要低于涂料防腐技術。采用該工藝，可以對水工鋼閘門表面起到雙重保護的作用，一方面涂料涂層可以將金屬基體與腐蝕介質隔離開，起到一層防腐蝕效果，另一方面，當涂料涂層被破壞后，涂層可以與基體構成腐蝕微電池，鋅鍍層成為陽極，從而形成犧牲陽極類型的陰極保護作用。因此采用這種防腐措施的閘門保護周期較長。噴金屬加涂料聯合防護技術對構件尺寸的適應性強，只有局部的熱影響，結構不會產生熱變形，但這種工藝的工業化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動強度大，質量易受操作者的工作狀況影響。

3.3 陰極保護與涂料聯合保護

陰極保護分為外加電流和犧牲陽極兩種方式，常與涂料聯合對金屬結構進行防腐蝕處理。外加電流陰極保護需要外接電源，輸出電流較大，但所需陽極數量一般較少，使用時要核對極性，接錯后極性變換會加速腐蝕;犧牲陽極陰極保護不需要外接電源，安裝比較簡單，但所需陽極數量較大且需定期更換。陰極保護的兩種方式各有優缺點，在實際應用過程中需根據實際應用條件進行選擇，一般犧牲陽極法適用于覆蓋層良好的結構或局部性保護且受腐蝕介質的電阻率影響;外加電流法適用于無覆蓋層的大型結構且不受腐蝕介質的電阻率影響。陰極保護在金屬防腐蝕應用中屬于治本的一種技術，配合涂料防護治標，可以形成標本兼治的防護效果。但由于目前水污染問題較為嚴重，水工鋼閘門水質變化范圍大給運行維護帶來較大困難，使得該技術的應用受到一定程度的影響。

參考文獻

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