程志明

（四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司 四川 成都 611731）

輸變電工程中鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)新技術(shù)

程志明

（四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司 四川 成都 611731）

輸電工程在國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)中具有重要作用，各行各業(yè)的生存與發(fā)展均離不開能源、電力的支持，個(gè)人的衣食住行也與輸變電工程息息相關(guān)。鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)是輸變電工程中的重點(diǎn)工作，而輸電工程長期暴露在自然的環(huán)境中，這就決定了鋼防護(hù)對技術(shù)性、專業(yè)性的要求較高。文章對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)新技術(shù)在輸電工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

輸變電工程；鋼結(jié)構(gòu)；腐蝕防護(hù)技術(shù)

1 鋼結(jié)構(gòu)防腐處理的重要性

結(jié)合當(dāng)前輸變電實(shí)際工作中電鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材，大體可以分成低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和熱軋低碳鋼兩部分。倘若這兩種鋼材的防腐措施不足，鋼材表面在受到空氣、水等影響下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步會(huì)使鋼材遭到腐蝕。輸變電工程鋼結(jié)多數(shù)是露天使用，長期遭受各種各樣自然環(huán)境作用，尤其是在工業(yè)區(qū)，還會(huì)遭受大氣中酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，進(jìn)而加快了腐蝕的速度，結(jié)果自然是縮短了輸變電鋼結(jié)構(gòu)使用壽命，降低安全性等。在輸變電工程中，維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)使其防腐的費(fèi)用比例不低，是考慮電網(wǎng)運(yùn)營的成本組成不能缺少的一部分，特別是在一些環(huán)境條件惡劣的地區(qū)，對防腐的投入更大。當(dāng)今，我國國家電網(wǎng)公司正著眼于加強(qiáng)應(yīng)用新材料，積極致力于研發(fā)鋼結(jié)構(gòu)防腐防護(hù)的新技術(shù)，著手于不斷延長項(xiàng)目工程的使用年限，把輸電鋼構(gòu)件的防腐等維護(hù)工作的成本控制在合理范圍內(nèi)。

2 鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀

腐蝕建筑材料包括氣態(tài)、液態(tài)（如腐蝕性水）等介質(zhì)，就當(dāng)前而言，鋼結(jié)構(gòu)防腐的措施主要是根據(jù)防治腐蝕性介質(zhì)物理狀態(tài)的差異和對鋼材料腐蝕程度的不同，采取不一樣的方法。大致分為以下幾類：第一，在冶煉過程中，把銅、鎳、鉻等元素加進(jìn)鋼材中，從而增強(qiáng)鋼材本身的抗銹能力。第二，在鋼材表面鍍上金屬保護(hù)層，所選用的金屬層是比鐵更活躍的金屬元素，如鋅，在外界環(huán)境發(fā)生化學(xué)腐蝕時(shí)，電極電位低的陽極首先受到腐蝕，而保護(hù)層內(nèi)的鐵元素則因受到電化學(xué)保護(hù)而避免侵蝕。第三，把非金屬涂料涂于鋼材表面，隔絕大氣層中的介質(zhì)來防止腐蝕。電力設(shè)備設(shè)施在投入運(yùn)營后，一旦碰到停運(yùn)檢修，所帶來的影響是惡劣的，嚴(yán)重使各部門配合失調(diào)、更甚者會(huì)讓整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系陷入癱瘓的境地。在實(shí)際工作中，要充分考慮輸變電工程周圍的自然環(huán)境，包括地質(zhì)和氣候兩種條件，把氣溫的高低變化、環(huán)境冷熱變化的幅度大小、降水的酸堿程度、風(fēng)力風(fēng)向等因素全部包含在內(nèi)，同時(shí)考慮鋼材本身的抗腐蝕能力、承載負(fù)荷，力求達(dá)到輸變電工程在投入使用過程中免維護(hù)、無停運(yùn)完美應(yīng)用。

3 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)技術(shù)

3.1 熱浸鍍鋅

一般來說，熱浸鍍需要選擇熔點(diǎn)比較低的金屬，并通過這些元素的擴(kuò)散來改變鋼材表面化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而形成具有較強(qiáng)耐腐蝕性的合金或者金屬表面。在進(jìn)行那個(gè)熱浸鍍的過程中，其基體金屬與金屬鍍層之間的截面上必然存在一個(gè)含金屬相的化合物相層。當(dāng)前，在空氣中，熱浸鍍鋅、熱浸鍍鋅鋁合金等成為鋼鐵表面應(yīng)用最普及的防護(hù)方式，其中熱浸鍍鋅應(yīng)用最為廣泛。

具體來說，熱浸鍍鋅工藝包含分解熔融、吸收、擴(kuò)散三個(gè)過程。因受到溫度及壓力等因素的影響，鋅元素滲入鋼內(nèi)會(huì)一一分解，形成活性鋅原子，在被鋼表面吸附之后，會(huì)擴(kuò)散到金屬內(nèi)部，隨后進(jìn)入金屬晶格中，并在晶格中移動(dòng)。鋼表面在不斷吸收活動(dòng)鋅原子的過程中，會(huì)導(dǎo)致鋼表面與內(nèi)部形成巨大的鋅濃度差，驅(qū)使鋅原子由濃度高的位置移動(dòng)到濃度低的位置，從而達(dá)到滲透效果。在這一過程中，鋼鐵表面能夠形成一層水膜，此時(shí)加入一些化學(xué)物質(zhì)時(shí)，便能夠形成電解質(zhì)，使得鋼鐵表面層與電解液之間能夠形成原電池的工作環(huán)境，其中電池陽極為活潑金屬，但是已經(jīng)被腐蝕，電池的陰極為基體金屬，受到保護(hù)。在潮濕的環(huán)境中，在有水存在的情況下，金屬鋅能夠發(fā)生電化學(xué)的有氧腐蝕，從而產(chǎn)生電流。金屬在電解質(zhì)溶液中極易發(fā)生原電池效應(yīng)，且屬性較為活潑的金屬原子很容易因失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng)。通常情況下，在海水中，電極電位為-0.794V，而高純鋅能夠達(dá)到-1.06V，鐵電極電位則為-0.351V，因此，在實(shí)際操作過程中，陽極用鋅來取代鐵，能夠?qū)︿撹F基體形成良好的電化學(xué)防護(hù)作用。

3.2 富鋅涂料

涂料防腐指的是把抗腐蝕的涂料涂抹在需要保護(hù)的鋼鐵金屬材料上，讓其不和腐蝕物質(zhì)正面接觸而不被腐蝕的一種方式。富鋅涂料干燥涂抹中一方面包含占比較小的樹脂基料，另一方面包含占比較小的純度相當(dāng)高的鋅粉。所以，富鋅涂料對鋼鐵材料的防腐原理和熱侵鍍鋅類十分近似，具有屏蔽與陰極保護(hù)功能等。另外，富鋅涂料還具備涂料本身的部分性能。其防腐蝕功能大致包含下述幾點(diǎn)：

（1）涂層的陰極保護(hù)

陰極保護(hù)功能利用兩種方式實(shí)現(xiàn)，第一種是犧牲陽極法，第二種是外加電流法。其中第一種方法是在需要保護(hù)的鋼鐵上連上電位更負(fù)的合金亦或金屬，依托其持續(xù)溶解所形成的電流對需要保護(hù)的鋼鐵加以陽極計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)保護(hù)目標(biāo)。項(xiàng)目方面經(jīng)常運(yùn)用涂抹富鋅涂料的方式對作為陰極的金屬加以腐蝕防護(hù)。為了使涂膜導(dǎo)電且起到犧牲陽極的功能，必然整個(gè)涂層要有優(yōu)良的導(dǎo)通性，涂層和金屬材料形成一個(gè)電化學(xué)回路，如此才可以起到電化學(xué)保護(hù)功能。此種涂料的涂膜中包含濃度較大的鋅粉，在鋅粉顆粒間和金屬、鋅粉間保證鋼鐵的正面接觸。假如水進(jìn)入涂膜中，就構(gòu)成了由基材鋼板與鋅粉構(gòu)成的原電池架構(gòu)。鋅含量的多少對涂料的防腐性產(chǎn)生直接影響，即含量高的鋅粉的有機(jī)涂料防腐蝕性好于含鋅量低的環(huán)氧富鋅涂料。

（2）涂層的屏蔽功能

富鋅涂料的屏蔽功能重點(diǎn)源自于服飾產(chǎn)物與難溶鹽。以前的富鋅涂料運(yùn)用球形狀的鋅粉，采用點(diǎn)接觸的形式來傳輸電子，這個(gè)時(shí)候涂層的導(dǎo)通性不良，鋅粉的濃度太高，粘合劑無法填充涂層間的間隙，便形成了多縫隙的涂層架構(gòu)。運(yùn)用鱗片形狀的鋅粉，增強(qiáng)了物理屏蔽性能，此是由于鱗片形狀的鋅粉構(gòu)成的諸多小的區(qū)域，弱化了涂層和鋼鐵基材間的熱膨脹系數(shù)差異，減小了涂層硬化的收縮水平、控制了涂層的開裂、掉落，進(jìn)而提高涂層的粘合力與抗介質(zhì)的滲透水平，從而提升了防腐蝕的能力。

3.3 冷噴涂技術(shù)

冷噴涂技術(shù)由前蘇聯(lián)科學(xué)院理論與應(yīng)用力學(xué)研究所的專家們發(fā)明，世界發(fā)達(dá)國家如俄羅斯、美國、日本及歐洲一直致力于研究用這種與熱噴涂不同的獨(dú)特噴涂方法制備各類涂層，并已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。國內(nèi)中國科學(xué)院金屬研究所在冷噴涂應(yīng)用方面開展了大量研究，所研究的抗海水腐蝕涂層和耐高溫氧化涂層均已在海洋工程和航天工業(yè)得到應(yīng)用。隨著冷噴涂技術(shù)的不斷發(fā)展，在腐蝕防護(hù)方面，因獲得的涂層致密性高、涂層成分和相組成更接近原始噴涂材料，且成本低適合現(xiàn)場使用，冷噴涂已成為熱噴涂技術(shù)最強(qiáng)有力的競爭對手，且在二次修復(fù)方面優(yōu)于熱噴涂，成為該領(lǐng)域應(yīng)用的首選。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的熱鍍鋅防護(hù)技術(shù)已不能滿足使用壽命的要求，并且熱浸鍍技術(shù)對環(huán)境污染嚴(yán)重，迫切需要發(fā)展新的防 腐技術(shù)。在純鋅涂層的基礎(chǔ)上添加鋁、鎂、硅等元素能夠明顯提高涂層的耐蝕性能，降低成本。冷噴涂鋅鋁基合金涂層致密性 高、涂層成分和相組成更接近原始噴涂材料，對基體具有明顯的陰極保護(hù)效應(yīng)。具有更長的防護(hù)壽命。因此，冷噴涂鋅鋁基合金涂層是取代熱浸鍍鋅工藝最簡單也是最有效的手段之一。

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程志明（1979年3月），男，助理工程師，本科，主要從事輸變電線路施工管理相關(guān)工作。