水利枢纽工程中金属结构的防腐蚀工作探讨

摘要：随着经济建设进程发展速度的加快，我国水利枢纽工程技术取得了长足进步，体现在水利枢纽工程中金属结构腐蚀分析上，但有关单位对金属结构腐蚀状况及原因并不够明确，缺乏相应解决方案，造成水利枢纽工程中金属结构耐用性有限，阻碍了水利枢纽工程的发展。

关键词：水利枢纽工程；金属结构；防腐蚀

金属由于其材质属性原因，易受外界环境影响，发生腐蚀或遭到破坏，如化学、电化学等较严重侵害，较常见微生物附着或摩擦也会造成金属材质损蚀。因此，在工程施工前，对金属结构环境条件和运行情况进行详细分析，针对不同外部条件制定相应成套技术方案，才能从根本上解决金属结构耐腐蚀和保护问题，达到延长金属结构使用寿命、保证工程机械正常高效运行的目的。

一、金属在自然环境下的腐蚀原理

1、阳极过程。金属溶解，Fe失去电子，以离子形式进入溶液，并把当量的电子留在金属上。

2、阴极过程。从阳极流过来的电子被电解质溶液中能吸收电子的氧化性物质所接受，即溶解氧夺得电子后成为氧离子，再与水作用生成氢氧离子。

3、电流的流动。因阳极、阴极过程是互不依赖的相对独立过程，电流在阳极、阴极间的流动是这样实现的：在金属中是多余的电子从阳极流向阴极，而在溶液中是依靠离子的迁移，即阳离子从阳极区向阴极区移动，阴离子从阴极区向阳极区移动，使电池系统中的电路构成回路。阴极区的氢氧根离子与阳极区溶解的铁离子经移动结合生成氢氧化铁，腐蚀产物干燥时，部分脱水：Fe（OH）3及脱水后的Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分。

在腐蚀微电池中，金属的腐蚀破坏将集中出现在阳极区，体现在阳极区铁离子的溶解，而在阴极区只起到传递电子的作用，不会发生任何金属损失。

腐蚀电池工作时所包含的上述过程既相互独立，又紧密联系。只要其中一个过程受到阻滞不能进行，则其它两个过程也将受到阻碍不能进行，整个腐蚀电池的工作势必停止，金属的电化学腐蚀过程就停止了。

二、金属结构环境腐蚀条件

为充分了解金属结构环境介质和条件，对某地区自然环境条件进行了大量调查分析，掌握了此地区自然环境的科学数据。

1、水文气象条件。①降雨：降水较丰富，且带有酸雨，年平均降雨量约1000mm，日降水强度小，约130mm。②气温和水温：地区大部分平均气温高，年际变幅小，历年最高气温38℃，最低气温-1℃，年平均气温25℃。年最高水温29.5℃，最低水温-1.4℃，年平均水温17.9℃。③风：年平均风速一般为1.0～1.5m/s。④相对湿度和蒸发：库区温度大，年平均相对湿度76.1%，最高达80%，库区年平均水面蒸发量约800～1000mm。

2、水质情况。河流流域水体pH值在6.8～9.1之间，溶解氧为8.0mg/L，耗氧量在1.4～1.9mg/L之间，硝酸盐含量高于氨氮及亚硝酸盐，水中含有铁细菌、硫酸还原菌和附着生物。

三、金属结构防腐蚀措施技术要求

1、保护年限的要求。保护年限是指在确定防腐蚀设计方案下应达到的设计保护年限，是选择涂装材料和供应商、确定防腐涂装工艺和施工单位时等需考虑综合因素。①对经常处于水下或干湿交替环境，不易检修或检修对发电、泄洪、航运影响较大的，要求保护年限达到20年以上。②对经常处于水下或干湿交替环境，但易检修且对发电、泄洪、航运无重大影响的，保护年限应达到10～15年。③对处于大气环境中，室外保护年限要求达到20年以上，室内达到25年以上。④外观质量考虑到作风景景点需要，应能耐阳光、雨水等侵蚀，保色、保光性好，要求在5～8年内不褪色、不失光。

2、涂装材料的技术要求。①工程用涂装材料应选用经工程实践证明综合性能优良，符合国际标准的一流产品。②所使用涂料质量符合国家标准或国际相应涂料标准。③涂装应配套使用。底、中、面漆应选用同一厂家产品。③金属热喷涂的金属成分、纯度、直径应符合国家有关规范。

3、涂装施工。

1）表面预处理。①除涂层修补外，还应采用喷射法进行表面预处理。②用于喷射处理的磨料要清洁干燥。金属磨料应符合要求，磨料料径在0.5～1.5mm范围内，磨料应不易破裂，粉尘少，并符合环保法规规定。矿物磨料粒径应在0.5～2.0mm范围内，严禁使用河砂。③喷射处理前，要仔细清除焊渣、飞溅附着物，磨平焊疤、毛刺等，清洗基体金属表面可见油脂等污物。④用于喷射处理的压缩空气要经冷却装置和油水分离器处理，保证压缩空气干燥无油，空气压力在0.4～0.6MPa范围内。⑤喷射处理后金属表面洁净度等级：对于涂料涂装应不低于规定Sa212等级，对于热喷金属涂装应达到Sa3级，对于与混凝土接触的表面应达到Sa2级，手工及动力工具除锈仅适用于涂层缺陷局部修复且不能喷射处理部射，其表面洁净度等级应达到规定的St3级。⑥喷射处理后表面粗糙度值：涂料涂装Ry应在40～70μm范围内，热喷金属涂装Ry应在60～90μm范围内。⑦喷射除锈时，施工环境相对湿度不应大于85%，金属表面温度不应低于露点以上3℃，建议采用封闭的车间进行涂装施工，以有效控制环境条件，保证质量。露天施工时，不得在雨、雪、降露、高温天气下涂装施工。

2）涂装工艺。①承包人（分包人）应按标书规定，制定涂装施工工艺规程报监理工程师批准后，才能涂装施工。②金属喷涂工艺可采用电弧或火焰喷涂，电弧喷涂优先，涂料喷涂应采用高压无气喷涂。③金属表面喷射除锈检查合格后，应尽快涂覆，间隔时间根据环境情况一般不超4～8h。每层涂料的涂装间隔应在前一道漆膜达到表面干燥后再进行下一道涂料道涂料，具体间隔时间可根据涂料厂家规定进行。当金属热喷涂仍有余温时，进行封闭涂料涂装。

4、涂装检验

1）涂料涂装。①涂装前，承包人应先抽检涂料性能，并对环境条件（温湿度、天气条件、工件表面温度）进行检测记录。②涂装前承包人应对表面预处理质量、清洁度和粗糙度等检查，合格后方可涂装。③涂装时，检测每道涂层湿膜厚度，并检查湿膜外观。④涂装结束漆膜固化后，测定干膜厚度、附着性能检查、针孔检查等。

2）热喷金属涂装。①涂装前应抽检金属成分、纯度、直径；环境条件（温湿度、天气条件和工件表面温度）也应检测记录。②涂装前应检查表面预处理质量、清洁度和粗糙度等，合格后方可涂装。③热喷金属后，应检查金属涂层外观和厚度，并检查金属涂层结合性能、耐腐蚀性和密度等。④只有经金属涂层检验且确认合格后，才能进行封闭涂料的涂装。

四、涂装材料措施的选择

1、涂料防腐。一般底漆为环氧富锌或无机富锌，中间漆为环氧云铁，面漆为改性耐磨环氧或可涂脂肪族丙烯酸聚氨酯或氯化橡胶，总厚度260～300μm；压力钢管底漆为无机富锌，面漆为厚浆环氧沥青，总厚度不小于450μm；工程压力钢管的涂装材料为无溶剂超级耐磨环氧漆，总厚度不小于800μm。

2、埋件。其外露表面大多采用热喷锌和涂料防腐处理，埋入表面（和混凝土结合面）采用涂刷无机改性水泥浆，厚度不小于300μm。

3、金属镀层。闸门连接轴、支铰轴、吊轴、活塞杆等机械轴一般采用镀铬处理，镀铬层一般分为硬铬、乳白铬，其厚度为40～50μm。一些人字门液压启闭机活塞杆表面镀黑色陶瓷。电站出线结构架、输电铁塔、闸门等紧固件采用热浸锌处理，结构件热浸锌层一般在500g/m2左右，紧固件热浸锌层一般在400g/m2左右。

4、防腐蚀特殊材质。在许多特殊和重要的高流速部位，为避免锈蚀、气蚀、冲蚀等，采用了特殊的不锈钢复合材料。

参考文献：

[1]胡金义.水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究[J].大坝与安全，2016（05）：76-79.