水工钢闸门腐蚀影响因素及防腐蚀技术探析
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作者:严柳红
摘 要：本文简要阐述了水工钢闸门的腐蚀类型，并对水工钢闸门的腐蚀原因进行了分析，认为水工钢闸门的运行状态、所处工作环境的水质问题、结构表面状态、水流速度等是造成闸门腐蚀的重要影响因素。在此基础上，对当前水工钢闸门的主要防腐蚀技术进行了探讨，主要包括涂料防腐技术、喷金属加涂料联合防护技术以及阴极保护加涂料联合防护技术。
关键词：水工钢闸门 防腐蚀 喷金属 涂料 阴极保护
水工钢闸门是一种控制水位的水工钢构件，是水电站、水库、水闸等水工建筑物的重要构造组成。作为一种金属构件，水工钢闸门在运行过程中，由于干湿环境交替、水质以及水流冲击等原因，会出现不同程度的腐蚀现象，不但会使其结构强度及承载能力下降，还会使其运行维护的成本增加。因此，水工钢闸门的防腐蚀处理工艺对其使用使命、维护成本以及整体质量具有至关重要的影响。本文基于当前金属结构防腐技术发展现状，就水工钢闸门的防腐蚀处理工艺进行一些探讨，以期能够为相关研究提供一些参考与借鉴。
1 水工钢闸门的腐蚀类型
水工钢闸门的腐蚀状况，从腐蚀影响范围上主要表现为全面腐蚀和局部腐蚀两大类，局部微观上常见腐蚀类型为：（1）斑点腐蚀，构件表面出现较密集但深度较小的蚀坑群，均匀腐蚀中常见;（2）陷坑腐蚀，腐蚀呈凹坑状，且腐蚀较大，通常在局部严重腐蚀中呈现;（3）孔（点）腐蚀，蚀坑局部小而深，这种腐蚀形态具有较大破坏性和隐蔽性;（4）缝隙腐蚀，缝隙或其他隐蔽区域内出现的局部腐蚀。
通常这四类腐蚀类型相互关联，或兼而有之，是工程中主要腐蚀类型。考虑工程安全性及鉴别的难易，局部腐蚀较全面腐蚀的危害要大得多，其危害往往更具有突然性和破坏性。
2 水工钢闸门腐蚀原因分析
2.1 运行状态对水工钢闸门腐蚀的影响
水工钢闸门在运行状态上主要分为两类：一类为常态运行，在汛期开闸泄洪或分洪，非汛期启闭闸门维持正常水位，此类闸门上、下游水位一般比较稳定;另一类为间歇运行，此类闸门所在河道存在断流现象或是水位较浅，汛期闸门启闭频繁，而非汛期闸门、闸室整体或是大部分暴露在空气中。
水工钢闸门的腐蚀程度与其运行状态具有密切的关系。根据朱晓峰等人的研究，常态运行的水工钢闸门由于上、下游水位常年较为稳定，闸门长期处于静水低流速的环境下，干湿交替频率低，大多是一般腐蚀或是轻度腐蚀;而处于间歇运行状态的钢闸门，由于干湿交替频繁，河道基本断流的情况下，暴雨时闸门更容易受到高速水流的冲击，使腐蚀加快，腐蚀程度较常态运行的钢闸门更为严重。
2.2 水质对水工钢闸门腐蚀的影响
水工钢闸门的腐蚀多为电化学腐蚀，腐蚀程度、速度与其工作环境中的pH值高低、含氧量及水中离子浓度有着密切的关系。一般来说，当水工钢闸门工作环境中的pH﹤4时，pH值越小腐蚀速度越快;pH=5～9时，pH值大小与闸门的腐蚀速度没有关系，主要与水中溶解氧有关，水中溶解氧含量越大，供氧也就越充分，闸门的腐蚀速度也就越快、腐蚀程度也越严重;当pH﹥10时，会在金属表面形成一层保护膜，闸门不易腐蚀。水工钢闸门的腐蚀不仅仅与水中溶解氧含量有关，离子浓度大小对于闸门腐蚀速率也具有重要的影响。闸门发生的电化学腐蚀需要在互相连通的电解质溶液中进行，淡水河湖中虽然含盐量较低，但均含有多种正负离子，离子的存在、运动及所带电荷的转换，使河道水可以导电，也可以视为是电解质溶液。
2.3 其它影响因素
水工钢闸门的腐蚀除与运行状态、水质环境有关外，钢结构表面的状态、应力和变形、环境温度、水流速度等也具有重要的影响。结构表面积大小、粗糙程度、机械损伤、焊接缺陷等都是造成闸门腐蚀的重要因素;应力和变形越大，腐蚀也越严重;环境温度一般与钢闸门的腐蚀速度成正比关系;敞开式钢闸门温度大于80℃时，由于氧的散出，温度与腐蚀速度成反比;水流速度与水工钢闸门的腐蚀速度成正比关系，流速越大，腐蚀越快，所以经常开闸泄水的水工钢闸门比长期关闭的水工钢闸门腐蚀严重。此外，水流及水中夹带的泥沙会对水工钢闸门金属表面形成高速冲击，造成冲蚀磨损，加快腐蝕。
3 水工钢闸门的主要防腐蚀处理技术
水工钢闸门常用的基本防腐蚀技术主要有三种，一是涂料防护技术，二是金属热喷涂技术，三是阴极保护技术，在此三种基本防护技术的基础上，还延伸出多种复合防护技术，如喷金属与涂料联合防护技术、阴极保护与涂料联合防护技术等。
3.1 涂料防腐
涂料防腐是金属防腐蚀的传统防护措施，具有造价相对较低、施工简便的优点，能够在金属表面形成一种薄膜隔离水、空气对金属的腐蚀影响。防腐涂料分为常规防腐涂料与重防腐涂料，常规防腐涂料适用于一般环境条件下对金属基材的防腐蚀保护，重防腐涂料则主要用于相对更为严苛的腐蚀环境，具有比常规涂料更长的保护期。水工钢闸门一般使用重防腐涂料，正确使用，防腐蚀年限可达5～10年。涂料防腐从工艺上分为底漆、中间漆及面漆，涂料防腐的底漆环有氧富锌底漆、无机富锌底漆、环氧厚浆漆等;中间漆一般采用环氧云铁中间漆;面漆有丙烯酸面漆、聚氨酯面漆等。水工钢闸门涂料防腐对涂料选择、涂料配比和每层漆刷厚度有较严格的要求，漆刷层数及厚度视具体情况而定。在工程实践中，单纯采用涂料封闭涂层防腐对于在干湿交替环境下运行的钢闸门效果并不是很好，运行5年以上大多会出现较为严重的腐蚀现象。
3.2 喷金属加涂料联合防护
相较于单纯的涂料防护，水工钢闸门采用喷金属加涂料封闭具有更好的防护效果。将锌、铝等活泼金属元素采用热喷涂等工艺覆盖在钢闸门表面形成一种锌（铝）喷涂层，然后再用涂料进行封闭处理形成复合涂层，虽然在初始造价上比单纯的涂料防腐要高，但其对水工钢闸门的保护周期远长于涂料防腐，且维护成本较低，综合成本实际要低于涂料防腐技术。采用该工艺，可以对水工钢闸门表面起到双重保护的作用，一方面涂料涂层可以将金属基体与腐蚀介质隔离开，起到一层防腐蚀效果，另一方面，当涂料涂层被破坏后，涂层可以与基体构成腐蚀微电池，锌镀层成为阳极，从而形成牺牲阳极类型的阴极保护作用。因此采用这种防腐措施的闸门保护周期较长。喷金属加涂料联合防护技术对构件尺寸的适应性强，只有局部的热影响，结构不会产生热变形，但这种工艺的工业化程度较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，质量易受操作者的工作状况影响。
3.3 阴极保护与涂料联合保护
阴极保护分为外加电流和牺牲阳极两种方式，常与涂料联合对金属结构进行防腐蚀处理。外加电流阴极保护需要外接电源，输出电流较大，但所需阳极数量一般较少，使用时要核对极性，接错后极性变换会加速腐蚀;牺牲阳极阴极保护不需要外接电源，安装比较简单，但所需阳极数量较大且需定期更换。阴极保护的两种方式各有优缺点，在实际应用过程中需根据实际应用条件进行选择，一般牺牲阳极法适用于覆盖层良好的结构或局部性保护且受腐蚀介质的电阻率影响;外加电流法适用于无覆盖层的大型结构且不受腐蚀介质的电阻率影响。阴极保护在金属防腐蚀应用中属于治本的一种技术，配合涂料防护治标，可以形成标本兼治的防护效果。但由于目前水污染问题较为严重，水工钢闸门水质变化范围大给运行维护带来较大困难，使得该技术的应用受到一定程度的影响。
参考文献
[1] 张志军.水工钢闸门的腐蚀危害与防腐蚀设计[J].河南水利与南水北调，2014（8）：19-20.
[2] 朱晓峰，赵鹏，贾云飞，等.水工钢闸门腐蚀因素分析及防腐措施探讨[J].北京水务，2013（1）：54-56.
[3] 魏敏.水工钢闸门腐蚀状况评估及防腐蚀技术[J].水利技术监督，2006（6）：51-53，56.
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