濱海新閘金屬結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)

劉 良

(中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 蚌埠 233001)

李衛(wèi)東

(淮河水利委員會(huì)治淮工程建設(shè)管理局 蚌埠 233001)

1 概述

濱海新閘工程位于江蘇省濱海縣臨淮鎮(zhèn)頭罾村境內(nèi)，閘址位于現(xiàn)有濱海閘下游約7.5km處，與引河中心線成正交，距離現(xiàn)有海岸線約2km。濱海新閘主要作用是擋潮、泄洪、排澇、灌溉、減淤，并連接南北交通，同時(shí)具有通航功能。該閘主要包括5孔泄洪孔和1孔通航孔，泄洪孔工作閘門采用10.1m×6.85m×1.1m(寬×高×厚)平面直升鋼閘門，通航孔工作閘門采用9.94m×7.3m×1.1m(寬×高×厚)平面升臥鋼閘門。

2 沿海地區(qū)鋼閘門腐蝕情況和陰極保護(hù)重要性

2.1 沿海地區(qū)鋼閘門腐蝕情況

鋼閘門材料通常采用普通碳素鋼或低合金鋼，它們長期處于大氣、海水、淡水、干濕交替及水流沖刷等環(huán)境中，受到不同水質(zhì)、光照、溫度等環(huán)境影響和泥沙、漂浮物的撞擊等物理、化學(xué)和電化學(xué)作用，不可避免地遭受不同程度的腐蝕。

鋼閘門所處的腐蝕環(huán)境分為大氣區(qū)、干濕交替的水位變動(dòng)區(qū)和水下區(qū)，在不同的腐蝕區(qū)域，鋼閘門的腐蝕程度不同。

大氣區(qū):含鹽量較高，海鹽粒子沉積到鋼閘門表面的水膜中，增加了水膜的電導(dǎo)性，使腐蝕程度加大，也增加了點(diǎn)蝕的傾向。

水位變動(dòng)區(qū):受海洋潮汐影響，水位不斷變化，鋼閘門承受干濕交替作用，水位變動(dòng)區(qū)由于受活性氯離子的侵入，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。

水下區(qū):含鹽量相對較高，從30Ω·cm到2000Ω·cm不等，氯離子含量高，鋼結(jié)構(gòu)不易鈍化。

另外由于沿海地區(qū)的特殊環(huán)境，水生物引起的生物腐蝕和異種結(jié)構(gòu)引起的電偶腐蝕，都加快了鋼閘門的腐蝕速度，特別是局部腐蝕速度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。

2.2 陰極保護(hù)重要性

沿海地區(qū)鋼閘門防腐主要經(jīng)歷了3個(gè)階段。第一階段:20世紀(jì)80年代前鋼閘門主要以涂料保護(hù)為主，防腐使用壽命短，日常維護(hù)頻繁，防腐效果不佳。第二階段:2000年之前鋼閘門主要以金屬噴涂加涂料保護(hù)相結(jié)合為主，防腐使用壽命能達(dá)到10年以上，防腐效果有所改善。第三階段:2000年之后，鋼閘門主要以金屬噴涂加涂料保護(hù)相結(jié)合為主，并增設(shè)犧牲陽極陰極保護(hù)裝置，防腐使用壽命能達(dá)到15～20年以上，防腐效果比較理想。

例如:江蘇射陽河閘1956年建成，經(jīng)過多年運(yùn)行，鋼閘門銹蝕嚴(yán)重，由于資金緊張，管理單位在1974年僅采取通電流陰極保護(hù)措施，減緩了鋼閘門腐蝕，但由于通電流陰極保護(hù)維護(hù)管理工作量大和沿海地區(qū)供電不正常，80年代以后，該裝置就廢棄了。1993～1996年對鋼閘門進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，采用噴鋅加涂料保護(hù)措施，1998年檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼閘門大部分區(qū)域出現(xiàn)銹點(diǎn)，下部涂層損壞嚴(yán)重，局部噴鋅層脫落，之后又重新涂刷油漆。2001年鋼閘門提起后觀察發(fā)現(xiàn)，涂層脫落加重，噴鋅層脫落面積加大，2002～2003年對鋼閘門進(jìn)行了防腐蝕維修并采取了犧牲陽極保護(hù)措施，至今閘門未出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。

根據(jù)以上分析，筆者認(rèn)為在沿海地區(qū)采用陰極保護(hù)是必要的，它不但提高了防腐使用壽命，而且解決了異種結(jié)構(gòu)引起的電偶腐蝕和一般涂料較難同時(shí)滿足大氣區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)和水下三個(gè)腐蝕區(qū)域的防腐蝕要求的問題。

3 防腐蝕方案設(shè)計(jì)

根據(jù)沿海地區(qū)鋼閘門的腐蝕狀況和部分工程防腐蝕保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，本工程防腐采用噴涂金屬+涂層封閉保護(hù)+陰極保護(hù)相結(jié)合的防腐措施。現(xiàn)著重對防腐蝕設(shè)計(jì)中的金屬熱噴涂工藝和噴涂層的選擇、封閉涂料的選擇和陰極保護(hù)方式選擇進(jìn)行介紹和分析。

3.1 金屬熱噴涂工藝和噴涂層的選擇

3.1.1 金屬熱噴涂工藝選擇

金屬熱噴涂工藝主要有火焰噴涂和電弧噴涂兩種。

火焰噴涂:火力點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電弧噴涂，涂層與基體附著力低，而且容易對部件造成損傷缺陷，火焰噴涂工藝影響因素多，節(jié)省金屬材料。

電弧噴涂:采用電氣源，提高了工作效率和安全性，涂層與基體附著力高，噴涂顆粒細(xì)小均勻，工藝要求高。

在工程建設(shè)期間，多數(shù)廠家仍采用傳統(tǒng)的火焰噴涂工藝，電弧噴涂工藝還沒有得到推廣應(yīng)用。但考慮本工程處于沿海地區(qū)和近年來沿海地區(qū)幾座水閘工程出現(xiàn)的防腐問題，設(shè)計(jì)最終采用效果較好的電弧噴涂。

3.1.2 金屬噴涂層選擇

規(guī)范規(guī)定沿海地區(qū)環(huán)境中金屬熱噴涂材料宜采用鋁、鋁合金、鋅鋁合金和鋅。對于沿海地區(qū)，噴鋁更為合適，主要原因是鋁在空氣中極易形成穩(wěn)定的氧化鋁，氧化鋁膜具有高度的致密性和耐蝕性。但近年來在沿海地區(qū)工程中采用噴鋁和AC鋁均出現(xiàn)不同情況的問題，主要為涂層選用與金屬層不配套及采用傳統(tǒng)的火焰噴涂，火焰溫度低，鋁層孔隙率相對較高和附著力低，水分容易滲進(jìn)基層，出現(xiàn)鼓泡和脫殼現(xiàn)象。

對于噴鋅和噴鋁經(jīng)濟(jì)比較，噴涂相同厚度涂層，鋅的耗用量比鋁的耗用量要多，噴鋁比較經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)情況和經(jīng)濟(jì)性考慮，本工程初步設(shè)計(jì)采用噴鋁方案和電弧噴涂工藝。但在初步設(shè)計(jì)技術(shù)審查時(shí)，專家要求采用傳統(tǒng)的噴鋅技術(shù)，認(rèn)為噴鋅安全可靠，是目前沿海地區(qū)通常做法，最終設(shè)計(jì)方案改成傳統(tǒng)的噴鋅方案。

在同期進(jìn)行設(shè)計(jì)的射陽夸套閘中采用噴鋁方案和電弧噴涂工藝。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備投入使用5年來，防腐效果較好，沒有出現(xiàn)明顯鼓泡和銹蝕現(xiàn)象。筆者認(rèn)為在沿海地區(qū)，優(yōu)先采用噴鋁涂層和電弧噴涂工藝，同時(shí)嚴(yán)格控制表面處理質(zhì)量，是沿海地區(qū)比較理想的防腐措施。

3.2 封閉涂料的選擇

封閉涂料一般分為底層、中間層和面層，各層之間應(yīng)具有良好的匹配性、附著力和流動(dòng)性。

2000年前后沿海地區(qū)幾座水閘工程防腐均出現(xiàn)了不同程度的問題，為了分析失敗的原因，有關(guān)單位專門委托南京水利科學(xué)研究院對原設(shè)計(jì)方案和建議方案進(jìn)行鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果表明原設(shè)計(jì)噴AC鋁+氯化橡膠鋁粉漆涂料方案，在鹽霧和海水環(huán)境中，防腐效果較差，使用壽命短;建議在沿海地區(qū)采用防腐效果較好的磷化底漆+環(huán)氧云母氧化鐵封閉涂層或環(huán)氧云母氧化鐵+環(huán)氧瀝青涂層。

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和本工程自身特點(diǎn)，通過專門咨詢南京水利科學(xué)研究院有關(guān)專家，對防腐蝕設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)，提出了更為合理的防腐措施，最終設(shè)計(jì)采用防腐效果更好的磷化底漆(底層)+環(huán)氧云鐵防銹漆(中間層)+丙烯酸聚氨酯面漆(面層)涂層方案。

3.3 陰極保護(hù)方式選擇

陰極保護(hù)是向被保護(hù)金屬表面通入足夠的陰極電流，使其陰極極化以減小或防止金屬腐蝕的一種電化學(xué)防腐蝕保護(hù)技術(shù)。陰極保護(hù)分為通過外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)兩種方式，陰極保護(hù)方法比選見第14頁表。

陰極保護(hù)方法比選表

結(jié)合方案比選，犧牲陽極陰極保護(hù)雖然保護(hù)半徑小，但是能滿足本工程設(shè)計(jì)要求，且管理和維修方便，經(jīng)綜合考慮，本工程設(shè)計(jì)采用犧牲陽極陰極保護(hù)。

3.4 防腐設(shè)計(jì)

根據(jù)《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》(SL 105)和以上分析成果，確定本工程防腐蝕方案為:表面噴砂除銹使清潔度達(dá) Sa2.5和粗糙度達(dá) Rz60～100μm，噴鋅200μm，磷化底漆 5 ～10μm，再涂環(huán)氧云鐵防銹漆100μm(兩度)，丙烯酸聚氨酯面漆 100μm(兩度);表面增設(shè)犧牲陽極保護(hù)，閘門迎海側(cè)采用鋁合金，陽極規(guī)格1000mm×(80+100)×80mm，計(jì)5只/扇，內(nèi)河側(cè)采用鎂合金，陽極規(guī)格680mm×(56+74)×65mm，計(jì)16只/扇。

4 結(jié)語

沿海地區(qū)環(huán)境對鋼閘門具有強(qiáng)腐蝕性，近年來水質(zhì)又受到不同程度的污染，傳統(tǒng)的防腐蝕技術(shù)難以達(dá)到長效的保護(hù)目的，在沿海地區(qū)鋼閘門防腐應(yīng)該引起高度重視。

本工程投入使用5年來，采用的噴鋅+涂料保護(hù)+犧牲陽極陰極保護(hù)方案比較成功，泄洪孔和通航孔工作閘門運(yùn)行正常，至今閘門未出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。■