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钢结构水闸门的腐蚀与防护措施技术
2006年7月21日 9:47  
 

  摘要:针对水工钢结构水闸门的严重腐蚀环境,分析了影响其腐蚀的主要因素,比较分析了钢结构水闸门常用的几种腐蚀防护方法,由于电弧叶涂复合涂层具有30年以上的长效防腐寿命和涂层结合强度高、免维护等特点,因而成为钢结构水闸门防腐蚀的优选技术方案。文中还列举了国内外钢结构水闸门热喷涂防腐的应用实例及相关标准,对加强钢结构长效防腐的立法和推广应用提出了自己的看法。
  关键词:钢结构、水闸门、热喷涂防腐

  1、引言

  钢结构水闸门是水电站、水库、水闸、闸等水工建筑物中控制水位的重要构件,它要长期浸没水下,在启闭时频繁的干湿交替,受到高速水流的冲刷,特别是水线部分受到水、日光及水生物的作用,还受到水浪、泥沙、冰凌和其它漂浮物的冲蚀,钢材很容易腐蚀,显著降低了钢闸门的承载能力,严重影响水利工程的安全。有的采用涂料保护,一般使用3~5年就失效,工效低,维护费用高。如沿海的某座挡潮闸门,因受到海水的严重腐蚀,使整个闸门体失去稳定而破坏,导致无法继续运行。又如云南陆良响水坝弧形闸门1958年运行后,采用涂料防腐,开始5年左右涂刷一次,以后防腐周期愈来愈短,两年一到锈蚀严重,有的已部分更换。葛洲坝电厂一期工程1981年投产运行,金属结构为油漆防腐蚀,三年后一期工程的闸门及拦污栅普遍发生锈蚀。

  腐蚀不仅影响结构的安全运行,还要消耗大量的人力、物力、财力来进行防腐蚀工作,据一些水闸工程统计,每年用于闸门防腐的经费约占全年维修费用的一半,同时还要调动大量的劳动力来除锈、油漆或喷涂等。因此,为了有效地控制钢铁的腐蚀,延长钢闸门的使用寿命,确保水利水电工程的完整和安全,钢闸门的长效防腐问题已引起人们的广泛关注。

  2、钢结构水闸门的腐蚀环境及影响腐蚀的因素

  2.1钢结构水闸门的腐蚀环境

  水利水电工程中的钢结构水闸门及钢结构,有的长期浸于各种水质(海水、淡水、工业废水等)中;有的由于水位变化或闸门启闭常处于干湿交替的环境:有的还会受到高速水流的冲击和泥沙、漂浮物、冰凌的磨擦;位于水面或水上部分还受到水蒸发的潮湿气氛和飞溅的水雾作用;处于大气中工作的结构还受到日光、空气的作用。因为水工闸门的工作环境恶劣,影响因素众多,我们有必要对腐蚀因素做一下分析。

  2.2腐蚀的因素

   ⑴气候因素:钢结构水闸门水上部位易受日晒雨淋、潮湿气氛等的作用而发生腐蚀。
   ⑵钢结构面状态:粗糙、机械损伤、空穴、焊接缺陷、缝隙等对腐蚀影响很大。
   ⑶应力和变形:应力和变形越大,腐蚀越甚。
   ⑷水质:淡水含盐量较低,闸门的腐蚀视其化学成分及污染情况有所差异;海水含盐量高,导电性好,海水中含大量氯离子,对钢铁的腐蚀性大,钢闸门在海水中比在淡水中腐蚀严重。
   ⑸水流速度:钢闸门受到水流及水中夹带的泥沙等磨粒对金属表面高速冲击,产生冲蚀磨损;同时,水体的流动使极化作用加强,比较容易将腐蚀产物从结构表面随水流冲走,使腐蚀加快,所以经常开闸泄水的闸门比长期关闭的闸门腐蚀严重。
   ⑹杂散电流:焊接作业或外加电流阴极保护均可能产生杂散电流,电流杂散的结果,常在杂散结构的阳极区发生不同程度的腐蚀,杂散电流越大,腐蚀越严重。这种腐蚀后果非常严重但还未引起足够重视。
   ⑺水生物:钢结构水闸门上常见的生物腐蚀多为点状腐蚀坑,有时成片状连接,最大坑深可达2.5mm。
   ⑻电偶腐蚀:钢结构水闸门整体与相关不同材质零部件在潮湿环境和介质中形成异金属连接,而发生严重的电偶腐蚀。

   3、钢结构水闸门常用防腐方法

   钢结构水闸门常用防腐方法中,工程上用得最多的是覆盖层防腐和电化学保护。钢结构水闸门常用的覆盖层防腐方法主要有涂料防腐和喷涂防腐。

  注:电化学保护在其它行业应用很广,但在水工金属结构上应用很少,这是因为:淡水中电解质少,牺牲阳极作用不明显;水工金属结构受条件限制,用外加电流保护在管理上有困难,无推广条件。

  水工钢结构水闸门由于腐蚀环境恶劣,在以上防腐方法中,采用电弧喷涂金属涂层外加封闭层的防腐方法,由于具有涂层与钢铁基体结合强度高、防腐年限长(可达30年以上)、很少需要维护、经济上省等诸多优点,是钢闸门的最佳防腐方案。近年来,电弧喷涂长效防腐技术正日渐成为国际上钢结构件防腐的主流技术,在许多工程实践中得到越来越多的应用。

   4、国内外热喷涂长效防腐技术在钢结构水闸门上成功应用实例

   4.1法国典型实例

   1922年巴黎附近的圣?丹尼斯运河的船闸闸门上喷涂锌保护层,1954年(32年)检查发现涂层腐蚀而钢基体仍完好。
   1945年巴黎圣马丁运河第一船闸采用喷锌防腐,1952年其第二船闸也采用喷锌外涂封闭漆防腐。
   1949年大澳斯河的桑勃鲁白克斯闸门喷涂防腐,1969年(20年)检查发现漆膜降解故重新涂覆底漆和两层外漆;1972年(23年)检查发现金属涂层和漆膜保持良好。
   1957年法国朗塞潮汐发电站的调水闸,采用喷锌外涂2道封闭漆和1道面漆防腐。
   1972年巴黎的圣马丁运河的一座水闸门,采用喷锌外涂封闭漆防腐。

   4.2英国典型实例

   1952年对某造纸厂的三孔闸门喷锌防腐再用涂料封闭,至1964年仅重涂油漆一次,于1977年也即保护25年后,锌涂层表面仍旧完好。

   林肯郡波士顿的威特姆河上的三座大型钢船闸,采用电弧喷涂铝防腐。

   4.3美国典型实例

1939年密西西比河第15大坝采用喷锌防腐;

1952年在小帕克斯顿一造纸厂的一系列闸门,采用喷锌外加涂料封闭;1962年检查仅漆膜变薄金属涂层完好,重机关报刷涂原来的涂料;1977年(20年)又一次刷涂时发现金属涂层仍保持完好。

1979年在贝德福德附近金盾的卡斯莱米尔河上的一座船闸,采用喷铝外加封闭漆。诺福克县韦尔斯海滨胜地的拦洪闸,采用电弧喷涂铝防腐。

4.4中国典型实例

1985年长江葛洲坝大型水闸门,采用喷涂锌加涂料封闭防腐。1986年黄河龙羊峡大型水闸门,采用喷涂铝加涂料封闭防腐。此外,江苏三河闸管理处采用热喷涂工艺对大型钢闸门进行大面积喷锌并加涂一层氯化橡胶铝粉漆;山东德州地区水利局在大型钢闸门上大面积喷铝,加涂一层沥青漆,均大大提高了钢闸门的耐腐蚀性能,使用16年后检查涂层完好,预计寿命可超过30年,比原油漆涂层寿命提高6~10倍。

热喷涂特别是电弧喷涂技术在国外得到了大量应用,实践表明,用电弧喷涂长效防腐技术对永久性大型钢结构进行防腐是最佳的防腐蚀选择。我国也正在逐步开始大量应用电弧喷涂长效防腐技术来防护大型水工钢结构,如正在建设中的跨世纪工程——长江三峡工程中的大量钢结构均采用了电弧喷涂长效防腐技术。

5、热喷涂长效防腐在钢闸门上应用的有关标准

①JYJ230-88 海港工程钢结构防腐蚀技术规定热喷涂是钢结构件指定防腐方法之一。
②AWS C2.2-67(美国焊接协会标准)
认为在海水介质下应喷铝防腐,淡水介质下喷锌保护。
③ISO/DIS14713 (1996)钢铁结构防腐蚀—金属涂层—指南:水环境、高湿和盐雾腐蚀的钢铁结构采用喷锌、铝可以提供20年以上的保护。
④SL 105-95(中国水利部标准)水工金属结构防腐蚀规范:闸门等水工金属结构采用喷锌喷铝进行长效防腐。

在这此标准中,AWS和ISO是国际知名标准,得到长期应用和广泛承认。我国在一些防腐蚀规范和标准中,还需要进一步加强对防腐蚀要求的等级,使我国更多的重要钢结构工程能得到更长期和有效的保护。

6、结语

针对钢结构水闸门的严重腐蚀环境,各种防腐方法各有优缺点,但总的来说,电弧喷涂铝或锌加封闭的复合保护涂层,同现有其它防腐方法比较,具有技术先进、涂层防腐寿命长久、30年内不需进行任何防腐维护、可现场施工、年均防腐费用最低、经济合理等特点,是钢结构水闸门等水工金属结构防腐蚀的优选方案。国内外应用热喷涂铝或锌来对保护钢结构水闸门已有较久的历史,其成功应用经验也充分证明了这一点。国内仍需要加强钢结构长效防腐的立法,并继续大力推广电弧喷涂长效防腐技术。
 
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