水工钢结构防腐蚀措施浅析

陈久民

（山东省临沂市临沭县水利局，山东 临沂 276700）

1 防腐方法及特点

涂料防腐。用涂料防腐蚀是传统的防护措施，正确使用涂料目前全国腐蚀学会论证结论为5～10年（一般不超过10年）。近年来，高分子材料也广泛应用于涂料中，高性能防腐涂料的研制并投入市场的日益增多，防腐性能有提高的趋势，最后结论还需实践的检验。涂料设计必须考虑如下因素：1）腐蚀环境；2）钢铁结构设计使用寿命；3）覆盖层系统；4）涂装设施—施工简单、可行；5）适应性—适应的涂料；6）维护方便；7）安全与保健；8）成本—经济合理。涂料选择的几个要考虑的因素。1）颜色的耐候性：耐候次序为银、黑、绿、黄、灰，纯白色的耐候性较差。2）成膜树脂耐候性：耐候次序为聚氨脂、氯化橡胶、有机硅、丙稀酸、醇酸树脂、油脂。3）大气用罩面涂料一般不宜选用未经改性的环氧树脂，因为环氧树脂漆受光（紫外线）作用分化：4）经过多年的实践，推荐几种效果较好的涂料：氯化橡胶漆：一般6年左右，水上优于水下；环氧沥青漆：一般6年左右，水下优于水上；氯璜化聚乙烯涂料：一般6年左右，适用于压力钢管；船体防锈漆：一般5年左右。

喷金属与涂料联合保护。喷镑（铝）加面漆封闭层是一种优良的保护措施，这种措施不仅保护周期长，而且耐磨性能也较好。目前在淡水中已有25年的实例，在大气中已有30年的实例。此保护措施一次投资较大，但运行管理费用可降低，并可延长设备寿命，推迟设备更新改造资金投入。目前，有关单位已研究出保护性能、喷镀工艺、材料价格均优于锌（铝）的材料，闸门用AC铝保护层，即在铝中掺入1%的稀土成分，运行分析证明镀层性能及经济性均优于喷锌（铝）。其它如锌（铝）和稀土合金、高分子材料均有可能成为防腐性能好的材料。

外加电流阴极保护措施与涂料联合保护。外加电流阴极保护措施是用电化学防腐蚀的办法来解决电化学腐蚀问题。裸露的钢铁实施外加电流阴极保护需要消耗大量的保护电能，这对于整个系统是不经济的。因此，在大型钢铁结构上实施时，常与涂料联合保护。

2 水工钢结构腐蚀的原理和影响因素

2.1 腐蚀原理

腐蚀是指物质与外部介质发生化学作用而产生的破坏现象。腐蚀的形式主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀是指不纯的金属与电解质溶液接触时发生的原电池反应，比较活泼的金属会因失去电子而被氧化。水工钢结构的腐蚀多属于电化学腐蚀。

2.2 影响因素

1）钢结构所处环境。比如，水工钢闸门常处于水下或半水下的干湿交替环境，易发生电化学腐蚀现象；空气中的介质会与暴露在外的钢材发生化学反应。2）水质影响。水中含有一些侵蚀性的介质，特别是海水中含有较多的氯离子，其对钢材的腐蚀影响非常大。此外，水工钢结构的腐蚀具有连续性，水流的流动会加快腐蚀速度。3）钢结构自身的状态。由于钢材中含有铁以外的其他元素或杂质，特别是合金钢中含有合金元素，其会引起钢材腐蚀；钢材表面的粗糙度、裂纹和机械损伤等对腐蚀的影响较大。

3 金属腐蚀基本原理

3.1 腐蚀定义

物质与外部介质发生化学作用而产生的破坏现象。

3.2 腐蚀形式

1）化学腐蚀。如2Fe+O2→2FeO（即化学反应）。2）电化学形式。金属（如钢铁）与外部介质发生电化学反应，主要通过得失电子，形成电流来完成。水工钢闸门多为电化学腐蚀。电化学腐蚀定义：不同金属在电解质中接触，或同一金属侵入电介质中，在金属表面局部部位产生电极电位不同，形成电位差，发生阳极反应和阴极反应，并伴有电子转移的腐蚀过程，阳极腐蚀而阴极得到保护。电化学腐蚀3要素：①金属表面存在电极电位差；②阴极与阳极间具有良好的接触；③阴极与阳极处在互相连通的介质中。

3.3 铁锈的形成与种类。

Fe+O2-→FeO

3FeO+4O2-→Fe3O4

2Fe3O4+O2-→3Fe2O3

刚开始时金属表面发暗，轻锈呈暗灰色，进一步发展成褐色或棕黄色，严重的呈棕色或褐色疤痕，或出现锈坑，通常三者共存，即FeO+Fe3O4+Fe2O3+H2O

4 分析水工钢结构防腐蚀措施

4.1 防腐蚀的原理

钢结构的防腐可从腐蚀因素入手，从而抑制腐蚀过程的发生，比如控制钢材表面质量、通过某种途径将金属与介质隔绝、寻找牺牲品和延缓腐蚀速度等。因此，钢结构防腐蚀的原理为在考虑经济成本的前提下，通过各种途径抑制腐蚀过程的某一个环节或整个过程。

4.2 防腐蚀措施

1）表面预处理。金属结构在涂装前应先将钢材表面的锈蚀、油渍和污物清除干净，并做好干燥处理。喷射清理后，金属表面的清洁度等级不应低于GB8923中规定的Sa2.5级；表面粗糙度Rz应依据涂层类别确定，通常为40～150μm。2）涂料保护。防腐涂料的品种很多，主要有油脂漆、环氧树脂漆、沥青漆、氯化橡胶漆和船体防锈漆等。防腐涂层一般由底漆、中间漆和面漆三部分组成。其中，底漆应具有良好的附着性、耐蚀性；面漆应具有良好的耐侯性、耐干湿交替性；中间漆应能提高底漆和面漆的黏合性。实践表明，水工钢结构防腐单采用涂料保护的效果并不理想，保护周期多为3～5年。3）金属热喷涂与涂料联合保护。金属热喷涂保护系统包括金属喷涂层和涂料封闭层。目前，水工钢结构主要采用热喷镀锌或铝，它是一种通过专用设备将锌丝、铝丝熔融喷射到钢材表面形成的镀层。实践证明，在淡水环境中喷锌（锌铝合金）比喷铝（铝合金）具有更稳定的保护效果。对于重要零件，比如闸门轮轴等可采用镀铬，将钢材表面同周围介质隔绝。在金属喷镀后覆盖一层涂料防护的保护周期一般为10～15年，在氯盐侵蚀严重的沿海地区也可达10年以上。

4.3 选用原则和质量控制

选择水工钢结构的防腐蚀方案应按照“等效防腐”的原则，即水工钢结构的各个部位应具有相同的保护年限，同时，应根据钢结构的使用环境、运行状况、维护管理条件和经济条件等综合选定。涂层防腐不受钢材形状和环境的制约，因而被广泛应用，应根据钢结构的材质及其所处的介质选取涂料，其与金属热喷涂或牺牲阴极保护联合应用的效果更佳。影响水工钢结构防腐蚀涂层寿命的主要因素是表面预处理质量，其影响程度可达49.5%.因此，在钢材表面预处理中，应控制好钢材的表面清洁度、表面粗糙度，表面清洁度较多采用Sa2.5级为标准。此外，为了保证防腐蚀的质量，施工单位、质检员和操作工人等均应具备相关专业知识，且应持证上岗。

5 结语

总之，腐蚀是钢结构应用中的一大缺陷，合理的防腐蚀措施是延长水工钢结构使用寿命的关键。在选择防腐蚀方案时，应根据钢结构的工作环境、材料性能和设计要求等综合比选，从而使钢结构的应用达到安全、经济和长效的目标。另外，国内仍需继续加大对金属结构长效防腐的研发力度。