水工鋼結構防腐蝕措施淺析

陳久民

（山東省臨沂市臨沭縣水利局，山東 臨沂 276700）

1 防腐方法及特點

涂料防腐。用涂料防腐蝕是傳統的防護措施，正確使用涂料目前全國腐蝕學會論證結論為5～10年（一般不超過10年）。近年來，高分子材料也廣泛應用于涂料中，高性能防腐涂料的研制并投入市場的日益增多，防腐性能有提高的趨勢，最后結論還需實踐的檢驗。涂料設計必須考慮如下因素：1）腐蝕環境；2）鋼鐵結構設計使用壽命；3）覆蓋層系統；4）涂裝設施—施工簡單、可行；5）適應性—適應的涂料；6）維護方便；7）安全與保健；8）成本—經濟合理。涂料選擇的幾個要考慮的因素。1）顏色的耐候性：耐候次序為銀、黑、綠、黃、灰，純白色的耐候性較差。2）成膜樹脂耐候性：耐候次序為聚氨脂、氯化橡膠、有機硅、丙稀酸、醇酸樹脂、油脂。3）大氣用罩面涂料一般不宜選用未經改性的環氧樹脂，因為環氧樹脂漆受光（紫外線）作用分化：4）經過多年的實踐，推薦幾種效果較好的涂料：氯化橡膠漆：一般6年左右，水上優于水下；環氧瀝青漆：一般6年左右，水下優于水上；氯璜化聚乙烯涂料：一般6年左右，適用于壓力鋼管；船體防銹漆：一般5年左右。

噴金屬與涂料聯合保護。噴鎊（鋁）加面漆封閉層是一種優良的保護措施，這種措施不僅保護周期長，而且耐磨性能也較好。目前在淡水中已有25年的實例，在大氣中已有30年的實例。此保護措施一次投資較大，但運行管理費用可降低，并可延長設備壽命，推遲設備更新改造資金投入。目前，有關單位已研究出保護性能、噴鍍工藝、材料價格均優于鋅（鋁）的材料，閘門用AC鋁保護層，即在鋁中摻入1%的稀土成分，運行分析證明鍍層性能及經濟性均優于噴鋅（鋁）。其它如鋅（鋁）和稀土合金、高分子材料均有可能成為防腐性能好的材料。

外加電流陰極保護措施與涂料聯合保護。外加電流陰極保護措施是用電化學防腐蝕的辦法來解決電化學腐蝕問題。裸露的鋼鐵實施外加電流陰極保護需要消耗大量的保護電能，這對于整個系統是不經濟的。因此，在大型鋼鐵結構上實施時，常與涂料聯合保護。

2 水工鋼結構腐蝕的原理和影響因素

2.1 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。

2.2 影響因素

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。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。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。

3 金屬腐蝕基本原理

3.1 腐蝕定義

物質與外部介質發生化學作用而產生的破壞現象。

3.2 腐蝕形式

1）化學腐蝕。如2Fe+O2→2FeO（即化學反應）。2）電化學形式。金屬（如鋼鐵）與外部介質發生電化學反應，主要通過得失電子，形成電流來完成。水工鋼閘門多為電化學腐蝕。電化學腐蝕定義：不同金屬在電解質中接觸，或同一金屬侵入電介質中，在金屬表面局部部位產生電極電位不同，形成電位差，發生陽極反應和陰極反應，并伴有電子轉移的腐蝕過程，陽極腐蝕而陰極得到保護。電化學腐蝕3要素：①金屬表面存在電極電位差；②陰極與陽極間具有良好的接觸；③陰極與陽極處在互相連通的介質中。

3.3 鐵銹的形成與種類。

Fe+O2-→FeO

3FeO+4O2-→Fe3O4

2Fe3O4+O2-→3Fe2O3

剛開始時金屬表面發暗，輕銹呈暗灰色，進一步發展成褐色或棕黃色，嚴重的呈棕色或褐色疤痕，或出現銹坑，通常三者共存，即FeO+Fe3O4+Fe2O3+H2O

4 分析水工鋼結構防腐蝕措施

4.1 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。

4.2 防腐蝕措施

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）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。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。

4.3 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。

5 結語

總之，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。另外，國內仍需繼續加大對金屬結構長效防腐的研發力度。