蔣天元

(遼寧西北供水有限責任公司，沈陽 110000)

0 引 言

在海水、漂浮物、氧氣、水流等因素的作用下攔污柵、引水光管、閘門等水利水電工程結(jié)構(gòu)，通常存在較為嚴重的腐蝕問題。受腐蝕損傷后的水工金屬結(jié)構(gòu)截面面積大大減少，應力急劇增大，從而使得整個結(jié)構(gòu)剛度、剛度和承載力降低，對金屬設備的使用壽命和正常運行造成不利影響[1]。

通過統(tǒng)計分析腐蝕數(shù)據(jù)和腐蝕監(jiān)測，可為結(jié)構(gòu)應力計算和構(gòu)建蝕余厚度的確定提供數(shù)據(jù)支撐，為估算構(gòu)件的使用年限、腐蝕速率和金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕程度提供科學的依據(jù)。數(shù)據(jù)處理和安全監(jiān)測為水利水電工程安全檢車的主要內(nèi)容，為更加全面、準確的了解設備運行狀態(tài)有必要采取科學有效的方法檢測其腐蝕程度，從而為采取有效的防腐措施提供重要的決策依據(jù)。

1 腐蝕監(jiān)測

1.1 表面處理

處于潮濕或水下惡劣環(huán)境中的鋼閘門等水工金屬結(jié)構(gòu)，長期受各類污物的腐蝕和污染作用，構(gòu)建表面常常附著氧化皮、水生物、塵土、雜草及泥垢等雜物。所以，表面處理為腐蝕檢測的基本前提和條件。

總體上可將表面處理分2步完成，首先對構(gòu)件表面的塵土、雜草、泥垢等雜物利用水沖洗法清洗，然后對表面附著的水生物、氧化物和鐵銹利用刮刀及鋼絲刷除去，最后用軟布擦拭干凈表面。在表面處理過程中應避免對金屬本體的損傷，且能夠完全去除腐蝕物。

1.2 腐蝕監(jiān)測

水工金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)過長期的服役運行，均在一定程度上存在銹蝕現(xiàn)象。銹蝕后的金屬結(jié)構(gòu)面積、整體剛度及強度顯著減少，結(jié)構(gòu)所承受的應力急劇增大，對其安全運行產(chǎn)生直接的不利影響。為了更加科學、合理的檢測銹余厚度和速度有必要采取合適的檢測措施，為結(jié)構(gòu)應力計算和水利水電工程安全運行評估提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

腐蝕監(jiān)測項目主要包括銹孔或秀坑的大小、分布特征、密集程度等；腐蝕部位的銹余面積、發(fā)生銹蝕區(qū)域占比；構(gòu)件腐蝕分布狀況及其位置等。由于所處環(huán)境的差異，即使不同部位的同一構(gòu)件的環(huán)境條件也有所差異，因此水工金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕程度不一，在檢測過程中應結(jié)合構(gòu)件的腐蝕特征選取合適的方法。當前，較為常用的銹蝕監(jiān)測方法有割取試件法、橡皮泥法、超聲波法直接量測法等。另外，對于構(gòu)件銹蝕深度利用特制的游標卡尺或焊縫檢測尺測量時，最常用、最直接的輔助方法還有腐蝕曲線配合照片法。

對于存在銹蝕深度淺、腐蝕程度均勻的銹坑，工程上一般采用測厚儀法，如果構(gòu)件上分布有少而分散的銹孔腐蝕，則特制的量具為適宜的檢測方法；針對存在密布成片且銹坑較深的構(gòu)建，橡皮泥填充法為工程上普遍應用的方法，割取試件法一般適用于允許切割的構(gòu)件。在實際工程中，應結(jié)合現(xiàn)場具體的條件選取合適的檢測方法。

2 金屬結(jié)構(gòu)腐蝕數(shù)據(jù)分析

當前，檢測數(shù)據(jù)處理采用的主要方法有列表法、直方圖法和對比法等，在實際應用時各方法均存在其優(yōu)缺點，在實際應用時可配合使用也可單獨應用，應結(jié)合構(gòu)件腐蝕的實際情況選擇合適的方法。一般情況下，選取腐蝕率速率反映金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況。

2.1 腐蝕速率

(1)

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

鋼閘門為最常見的水工金屬結(jié)構(gòu)，可從如下方面分析溢洪道等閘門的腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而更加系統(tǒng)、全面的掌握閘門整體及構(gòu)件的局部和均勻銹蝕狀況，具體如下：

2) 同一構(gòu)件不同閘門的腐蝕速率和腐蝕量。根據(jù)主梁、縱梁、小橫梁、面板和支臂等不同結(jié)構(gòu)類型分類整理所有的數(shù)據(jù)資料，然后作出發(fā)生不同程度銹蝕的直方圖，結(jié)合直方圖確定各構(gòu)件腐蝕量的和，不同構(gòu)件的腐蝕量表示為，根據(jù)具體情況也可計算相應的腐蝕速率。

為了能夠準確、客觀的反映銹余厚度和原厚度之間的變化特征，工程上主要采用列表法和對比圖法，單元工程閘門不同構(gòu)件的腐蝕狀況可依據(jù)該項數(shù)據(jù)進行較為準確的分析處理。

3) 綜合分析同類閘門。水利水電工程所有閘門的腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的整理分析，由此確定該工程的總體腐蝕速率、腐蝕總量并作出直方圖。單元工程閘門的總體腐蝕狀況可選用該項數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析。

在計算分析閘門局部最大和整體平均腐蝕速率、腐蝕量的同時，還可對腐蝕數(shù)據(jù)從年腐蝕速率的角度進行處理。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)校核閘門的結(jié)構(gòu)應力，將服役年限的估算結(jié)果作為評估工程結(jié)構(gòu)安全運行的重要參數(shù)，為閘門更新改造或加固方案的優(yōu)化設計提供科學的依據(jù)。

2.3 工程腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計

自1998年，相關部門基本完成了對全國重點水利工程的300多扇閘門的腐蝕檢測工作，從抽樣分析的24個典型的單元工程檢測數(shù)據(jù)可知：

1) 閘門的平均腐蝕速率總體處于0.01-0.06mm/a范圍，標準差和平均腐蝕量介于0.3-0.8mm、0.6-1.5mm之間。

2) 構(gòu)件腐蝕與閘門類型的關系不大。通過對弧形、平面閘門的腐蝕頻率的調(diào)查分析，統(tǒng)計結(jié)果顯示平面閘門的好像更易發(fā)生腐蝕。然而，這主要與選取的1個進水口快速閘門和4個小型閘的樣本類型有關，此類閘門的檢修和維護機會較少，除去這幾項腐蝕量大且原因明確的閘門后，弧形閘門的腐蝕速率略低于平面閘門，由此表明閘門類型與構(gòu)件腐蝕之間不存在必然關系。

3) 結(jié)構(gòu)腐蝕與閘門結(jié)構(gòu)型式之間存在一定的關系，桿件由型鋼組成的桁架結(jié)構(gòu)為早期閘門的常見形式，由于無法在槽鋼、角鋼等型鋼縫隙間涂刷防腐油漆，其銹蝕現(xiàn)象較為嚴重，例如馬跡塘溢洪道閘門和洋河灘節(jié)制閘等。

4) 銹蝕與閘門布置有關。閘門是否能夠離開閘槽或提離孔口，對防腐措施工作的影響較大，通常無法全面檢查、維護和保養(yǎng)閘門。

5) 閘門腐蝕受水質(zhì)的影響顯著。例如，水質(zhì)污染較為嚴重的永定河閘、辛集閘等構(gòu)筑物，腐蝕程度與水質(zhì)狀況密切相關。

工程檢測結(jié)果顯示，閘門局部腐蝕速率一般在0.07-0.52mm/a的較高水平。進一步分析腐蝕原因和腐蝕部位發(fā)現(xiàn)，設計上容易產(chǎn)生防腐蝕死角或易淤積的部位往往是局部嚴重腐蝕的位置。

3 防腐蝕措施及質(zhì)量控制

3.1 防腐蝕方法

準確、合理的選取相應的防腐措施為影響設備服役壽命和結(jié)構(gòu)安全運行的關鍵因素，在工程實際中應引起重視。結(jié)合當前水利工程的腐蝕特征和運行管徑，工程上應用較為廣泛的防腐蝕措施主要有如下3種：

1) 涂料防腐措施。在閘門上均勻的涂抹密閉性涂料，形成一種能夠?qū)⒏g因子與金屬基體合理的防護膜，由此實現(xiàn)抑制閘門腐蝕的目標。該項措施的費用較低、施工簡便，但防護期限通常較短為3-5a。工程上可使用的土料有環(huán)氧樹脂漆類、瀝青漆類、醇酸樹脂漆類以及油脂漆類等。在防護過程中應配套使用，嚴格按照工藝要求進行施工方可達到預期的效果。

2) 金屬熱噴防防腐措施。該方法是在閘門表面上噴涂鋅、鋁或鋅率合金等化學活性比鋼活潑的金屬，從而形成覆蓋均勻的防腐涂層。相對于鐵元素噴涂的金屬活性較高，因此具有雙重防護鋼鐵的功能，一方面能夠?qū)⒀鯕?、水分等介質(zhì)與金屬隔離發(fā)揮涂料覆蓋的隔離作用；另一方面，基體與涂層在涂層受到破壞后可形成腐蝕微電池，由此達到陰極保護犧牲陽極的目的。金屬熱噴措施的防護周期一般在15年，防護效果好且周期長。當前，在水電工程中該方法已得到廣泛的應用，在三峽工程金屬防腐蝕中廣泛應用的長效防腐措施和高新技術(shù)，如金屬復合熱噴稀土鋁合金、鋅鋁合金及熱噴鋁等技術(shù)。

3) 電化學防腐措施。采取通電流的方式將受保護的金屬結(jié)構(gòu)進行極化，由此實現(xiàn)防腐的目的為電化學防腐的本質(zhì)。依據(jù)極化性質(zhì)，將其分為保護陽極和陰極的不同類型，陰極保護一般適用于閘門的防腐。工程上又可將陰極保護進一步分為犧牲陽極、外加電流法，前者需要對陽極進行定期的更新；后者需要外加一套設備，其防護周期長但維護費用高、運行管理復雜。在工程管理和施工過程中犧牲陽極法具有明顯的優(yōu)勢，其防護年限也較短，一般為10a。為達到更好的防腐目的，工程實際中可將以上幾種最基本的防腐方法相結(jié)合，采取合適的綜合防腐措施保證結(jié)構(gòu)的安全。

3.2 防腐蝕質(zhì)量控制

自1980年，對于水工結(jié)構(gòu)的金屬腐蝕問題越來越引起人們的重視，已由之前的“三遍油漆”發(fā)展至當前細化設計防腐蝕階段，但仍需要從經(jīng)濟合理性、工藝嚴謹性和結(jié)構(gòu)科學性等角度進一步強化。在結(jié)構(gòu)防護工程中可從如下幾方面提升防腐蝕質(zhì)量，即：

1) 在工程設計過程中應盡可能的避免無法采取防腐蝕措施或很容易產(chǎn)生腐蝕的結(jié)構(gòu)形式，從工程設計的角度做到防腐控制。

2) 設計工藝要便于質(zhì)量檢查和施工，操作流程明確、合理；對于成型后的部件或不能采取防腐的位置，防腐蝕單位和構(gòu)件制造單位應此案去預處理措施；在安裝、輸送過程中還要注意防護保護層。

3) 采取最優(yōu)的防腐體系、優(yōu)質(zhì)的材料、科學的工藝、先進的高性能環(huán)保技術(shù)，，如對于水工金屬結(jié)構(gòu)采用霧化噴射-快速凝固成型技術(shù)，其應用效果極為顯著。

4) 加強行業(yè)管理、強化標準意識和職業(yè)培訓，提升施工隊伍整體素質(zhì)和工藝技術(shù)水平，嚴格按規(guī)范進行質(zhì)量檢查和公式；全過程監(jiān)督防腐蝕職工過程以及實行工程監(jiān)理制。

5) 及時清理構(gòu)件上的淤積物并加強日常管理和維護工作，對存在銹蝕或損傷的位置及時補漆。為顯著提升防腐蝕效果和保證防腐蝕周期，結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗一般需要每6-8a補漆一次。

4 結(jié) 論

由于所處環(huán)境條件的差異和水工結(jié)構(gòu)的形狀各異，相應的腐蝕形態(tài)也不盡相同。所以，應結(jié)合構(gòu)件腐蝕情況及金屬結(jié)構(gòu)類型選擇有效的數(shù)據(jù)分析方法和腐蝕監(jiān)測方式，在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中盡可能的反映水工結(jié)構(gòu)的使用壽命和腐蝕現(xiàn)狀，并為水電工程安全評估和應力計算提供數(shù)據(jù)支撐。另外，還要不斷的加強防腐工作相關研究，提升防腐蝕科技含量及強化防腐意識，切實提升防腐效益和新技術(shù)的應用程度。