[摘 要] 通过金属易腐蚀的原理和腐蚀因素的分析,结合常规防腐方法,采用了铝锌热喷涂防腐技术在泥河洼马湾进水闸水工闸门中的应用,找到了有效防腐蚀途径。
[关键词] 热喷涂;防腐技术;应用
钢闸门在水利水电工程中的应用十分普遍。但由于受到使用环境条件的影响,闸门的钢结构在使用运行过程中,受水生物的侵蚀和腐蚀十分严重,成为水利水电工程安全、使用寿命的一大危害。因此,做好闸门的防腐工作十分重要。
1 腐蚀原理及影响腐蚀的因素
金属的腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。化学腐蚀是金属与外部介质直接进行化学反应。电化学腐蚀是金属与外部介质发生电化学反应,即在腐蚀过程中,不仅有化学反应,且伴随有电流产生。水工钢闸门腐蚀多为电化学腐蚀。电化学腐蚀的基本原理是:当金属和电介质溶液接触时,组成金属晶体的离子由于受到极性分子的作用,在金属表面将会出现两个不同的反应区,一是金属变成离子而溶解,并释放出电子的反应区;二是由氢离子还原生成氢氧根离子而消耗电子的反应区,结果会在金属和溶液界面形成带有正负电荷的双电层,当金属带负电时,金属就被溶解(腐蚀)了。
根据腐蚀破坏的分布特征,还可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。均匀腐蚀即金属在介质作用下,整个表面腐蚀的分布、浓度和速度都比较均匀、危害较小。不均匀腐蚀,即金属表面各部受到的腐蚀程度不同,危害较大。往往整体结构尚可时,由于局部穿孔而引起重大事故或灾害。
常见的不均匀腐蚀有两种:一是在有限的面积,集中了较大、较深的损坏部分。在发生冲击腐蚀和水生物的侵蚀时,常会出现这种腐蚀。二是腐蚀集中于金属表面的一些个别点上,并向深处发展,产生一些小而深的圆孔。通常钢闸门在水中会发生这类腐蚀,危害很大。
钢闸门结构由于处在有水潮湿的环境,使结构表面形成一薄层导电水膜,从而具备了发生电化学腐蚀的条件,容易遭到腐蚀。钢闸门腐蚀除本身材质影响外,外界环境因素,如水温、PH值、水质污染、水阻率、流速、钢铁在水中的不同位置、生物附着情况及钢铁表面防腐涂层状况等,也起很大作用。
2 常见防腐的方法
钢结构防腐蚀方法很多,目前常用的是涂料保护法、喷涂锌、铝防腐和阴极保护与联合防腐。
涂料防腐法。它是用油漆、高分子聚合物、润滑油脂等涂敷在钢件表面,使钢铁表面与水或其它引起腐蚀的介质隔离,达到防腐的目的。这种方法应用最广,工艺简单,施工费用低廉,但保护周期相对较短。
喷涂锌、铝防腐法。它是一种电化学作用,当钢闸门外涂敷一层锌或铝时,形成了一个由锌或铝与钢板组合的微电池,在电化学上锌或铝是比钢铁更活泼的金属,所以电流就从锌或铝向钢板流动,锌或铝的涂层成为阳极,钢板成为阴极,从而达到保护钢板不受腐蚀的目的。为使锌(铝)涂层不被腐蚀,必须在锌(铝)涂层外再用其它涂料保护。
喷涂锌、铝防腐法是采用熔点较低的锌(419e)、铝(667e)金属为原料,通过可调温度的火焰和压缩空气的喷射,使其在钢结构构件表面形成一层金属镀膜,不但具有涂料的覆盖隔水作用,并且有阴极保护作用,从而达到防腐蚀目的。喷镀防腐工艺比较复杂,且消耗贵重金属成本高(成本比涂料保护提高60% ~70% ),但保护周期较长。阴极保护与联合防腐阴极保护。由于金属表面单独采用涂料保护,保护周期较短,而单独采用阴极保护时,所需要的保护电流大且分布不均匀,保护效果亦不理想。
如果在金属表面先施涂料保护,再加上阴极保护,那么接受保护电流的仅仅是涂层局部损坏处或具有孔隙和缺陷处,因而可以大大减少所需要的保护电流,且分布均匀,极大地提高阴极保护的效果。联合防腐的要求是涂料不仅应具有良好的封闭性能,还应具有较好的绝缘性、良好的耐碱性以及良好的耐通电性能。
3 工程应用
泥河洼马湾进水闸是一座防洪为主兼顾灌溉的大型水利工程。该闸采用12孔长10 m宽4 m的钢闸门。该闸闸门相当一部分的工况是长期处于水下和干湿交替状态。尤其是再遇少雨干旱之年,这些设备和构件几乎处于静止状态。这样就给水生物和微生物的大量繁衍生长创造了极有利的条件以及良好的生存环境。这些水生物吸附于金属构件表层,其分泌物中的化学物质形成了金属表层的点蚀坑,严重的成为片状疤块,破坏金属构件表层的防腐保护层。又由于该闸以前采用常规涂料防腐,钢闸门的腐蚀很严重,有的部位甚至锈蚀剥落,严重的锈层厚度达2~5 mm左右。如不作特殊防腐处理闸门继续严重锈蚀下去,后果不堪设想。因此,在1998年决定对该闸采取热喷涂特殊防腐处理。
311 准备工作
由于现场条件差,大多是高空作业,而且环境阴暗潮湿,为保证工程质量,必须确定正确的施工方案,制定合理的施工步骤。准备工作也是保证施工质量的重要因素之一。搭设牢固可靠的施工脚手架,保证施工通道顺畅;配备施工防护用具,制定工艺操作规程;确保充足光照度等等。
312 基体表面预处理
金属表面的预处理是防腐的关键工序之一,评价指标主要有表面清洁度和表面粗糙度。预处理质量决定首喷涂层与基体的结合性能与防腐效果,对钢铁构件的使用寿命有决定性影响。预处理采用喷砂除锈,处理后基体表面清洁度应达Bsa3级,表面粗糙度为Ra 40~80Lm,基体表面呈灰白色的金属外观和均匀的粗化面,此时金属表面的电极电位活化程度最佳,基体喷上的锌、铝涂层粘结力最好。
313 锌、铝热喷涂
表面预处理后基体金属处于活化状态,极易被污染或返锈,要求预处理一部分后,应在4小时内热喷镀完毕再进行涂层封闭保护。喷涂材料均选用上海新业喷涂机械有限公司生产的优质产品,锌丝为0#锌,纯度9919%,直径3 mm,铝丝为A00工业纯铝,纯度9917%,直径3 mm。
热喷涂以乙炔气、氧气作热源,将锌、铝丝熔化,用干燥的压缩空气使之雾化成微细高温颗粒,高速喷射到经过喷砂除锈后的基体表面形成锌铝涂层。喷锌时,空气压力为6kg/cm2,氧气压力为5 kg/cm2,乙炔气压力为1 kg/cm2;喷涂锌层为100Lm,纵横两道喷涂,铝层为50Lm,一道喷涂。
喷涂厚度在150~200Lm,符合规范要求。金属喷涂层微孔较多,腐蚀介质易直接渗透到基体金属的表面,使基体金属再次腐蚀,因此不宜单独使用,须对喷涂层进行封闭保护。马湾进水闸采用环氧树脂作封闭涂料。调制底漆时加入适量铝粉,降低粘度,使底漆渗入喷镀层微孔起到了补充与封闭的作用;面漆调制粘度稍高,有光亮的外观和良好的耐水性。经涂料封闭,形成喷涂层和涂料封闭的复合保护系统,发挥了最佳的协同效应,预计防护寿命可达到20年以上。
314 质量检测
质量检测是保证防腐蚀施工质量的重要一步,质量检测分阶段检测和总检测。
阶段检测是每完成一道工序,进行检测一次。将检测结果作详细记录,直到达到国家行业规范要求。具体检测项目和检测方法(见表1)。
总检测。首先从外观检查已处理好的构件。要求漆膜均匀光洁,刷漆不垂不流,无漏刷现象;再结合每道工序已做的检测结果记录,综合分析判断是否达到技术规范要求(见表2)。
防腐蚀施工每个环节的质量都对整体质量产生影响,而且防腐蚀施工的质量不能通过终检测完全测定,因此须对施工进行全过程的质量监督,才能达到预期效果。
4 结语
采用热喷涂方法对水工闸门进行防腐处理,比过去的涂料防腐(传统的涂料保护)有效得多。通过十年的运行表明,对水生物的侵蚀和腐蚀状况大大改善。防护寿命也大大延长。水工金属结构在水工工程领域中起着非常重要的作用,且其工作环境恶劣,防腐工作非常重要。因此改进防腐措施,提高防腐效果,不断探讨更先进有效的防腐蚀方法十分必要。而铝锌热喷涂防腐技术是一种较为有效的防腐措施。
参考文献略
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