崔金良，劉書陽

（1.南水北調中線干線工程建設管理局，河南 鄭州 450018；2.河南師范大學新聯(lián)學院，河南 鄭州 450018）

1 引言

國內某大型輸水隧洞工程，隧洞內徑7 m，為預應力鋼筋混凝土內襯結構，隧洞承受的最大水頭壓力為55 m，水流流速為1.0 m3/s～1.4 m3/s。由于內襯混凝土缺陷問題使局部頂拱混凝土內壓力嚴重超限，內襯鋼筋混凝土結構不能滿足壓力輸水狀態(tài)下承載要求。為有效承受內襯拱頂截面壓力，采用粘貼鋼板法（Q235，10 mm～14 mm厚）對混凝土襯砌頂拱部位進行補強。但由于該輸水隧洞長期處于高水頭、高流速輸水狀態(tài)，水中含氧量較高，粘貼鋼板如不進行有效防腐，勢必影響鋼板運行壽命，危及工程安全。

2 鋼板腐蝕機理

鋼在7.0≤pH≤8.3弱堿性電解質溶液中的腐蝕，主要是氧去極化過程。在水環(huán)境中，由于金屬表層物理化學性質的微觀不均勻性，形成了無數(shù)的微觀腐蝕電池[1]。低電位區(qū)域如鐵素體基體是陽極區(qū)，發(fā)生鐵的氧化反應；高電位區(qū)域如滲碳體是陰極區(qū)，發(fā)生氧的還原反應，從而導致鋼材腐蝕，這種由微電池的電化學反應導致的腐蝕稱為微電池腐蝕。由于淡水環(huán)境下的介質導電率很小，鋼材在淡水中的腐蝕大多以微電池腐蝕進行[2]。

圖1 鋼腐蝕機理圖

3 防腐方案選擇

3.1 防腐要求

（1）可焊接。為保證鋼板緊貼隧洞內襯混凝土表面，且與混凝土聯(lián)合受力，本工程采用的鋼板安裝方法為螺栓焊接，鋼板臨時固定后將螺帽與鋼板現(xiàn)場焊接，所以要求防腐底漆不能影響鋼板的焊接性能；

（2）材料無毒無害。因本水利工程為飲用水源工程，水質要求地表Ⅱ類及以上標準，所以所選用的防腐材料必須無毒無害，且達到食品級標準；

（3）防腐效果持續(xù)長效。本隧洞工程為不間斷輸水，非特殊情況不能停水檢修，所以要求防腐材料需附著力強，滿足長效防腐需求。

（4）工序簡單易操作。在運輸、安裝過程中不可避免會對鋼板防腐層造成一定程度損傷，為保證長效防腐必須現(xiàn)場進行修復。因施工現(xiàn)場交叉作業(yè)多，場地條件有限，所以要求修復施工簡單易操作。

3.2 金屬防腐蝕方法

金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的內部結構、金屬表面防護、改善腐蝕環(huán)境、電化學保護四種。本項目基于需要水質保護和現(xiàn)場焊接施工的特殊性及長效防腐的需要，綜合運用金屬表面防護和電化學保護兩種防腐蝕方法。

3.3 防腐材料選擇

目前，滿足防腐要求且常用的防腐材料有環(huán)氧富鋅、環(huán)氧云鐵、無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料。其中，環(huán)氧富鋅漆膜具有防腐性能好、附著力強，與環(huán)氧云鐵中間漆和無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料面層有良好的粘結、焊接特性和“自修補”功能[3]；環(huán)氧云鐵漆膜具有良好的附著力、柔韌性、耐磨性、耐腐蝕和抗?jié)B透屏蔽性能；無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料涂層表面平整、光亮、飽滿，具有良好的附著力、耐磨性、柔韌性，防護性能好、使用壽命長、無毒無害，符合國家飲用水標準，可抑制微生物生長。

3.4 防腐方案

本項目選用環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間層和無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料面層形成防腐蝕涂料系統(tǒng)。

（1）底層為環(huán)氧富鋅一道，干膜厚為50 μm。

（2）中間層為環(huán)氧云鐵二道，干膜厚為100 μm。

（3）面層為無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料二道，干膜厚為80 μm。

為盡量避免鋼板腐蝕，在鋼板加工成型后立即進行防腐工作，但考慮到運輸、施工過程中可能對防腐涂層造成損壞減弱防腐效果，可在施工完成后及時對螺栓孔周邊和鋼板原出廠底漆損壞部位防腐層進行修復，修復后在施工現(xiàn)場涂裝最后一道防腐面層。

4 防腐施工工藝

4.1 表面預處理

（1）表面預處理工作應在鋼板粘貼驗收合格后進行。

（2）對螺栓孔周邊和鋼板原出廠底漆損壞部位，可采用手動或動力工具除銹進行局部修理，金屬表面清潔度等級應不低于《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T 8923）中規(guī)定的St3級（即鋼材表面無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，底材顯露部分的表面具有金屬光澤），且表面粗糙。如涂裝前發(fā)現(xiàn)基體金屬表面被污染或返銹，應重新處理。

（3）除銹時，施工環(huán)境相對濕度不得超過85%，金屬表面不得有凝露、洇濕。

4.2 涂裝施工

（1）金屬表面預處理后，需整體清除鋼板表面上的粉塵、碎屑和磨料，并不得有凝露、洇濕。驗收合格后應盡快進行涂覆，涂裝與表面預處理完成時間間隔不超過2 h。各層涂料涂裝間隔時間，應在前一道漆膜達到表干后才能涂裝下一道涂料。

（2）涂裝現(xiàn)場及周邊倉段應保持空氣環(huán)境清潔通風良好，不得有打磨作業(yè)，在空氣相對濕度超過85%或鋼材表面溫度低于大氣露點3℃以下時，不得進行涂裝。

表1 大氣露點計算表

（3）涂裝前應在鋼板邊緣外側貼紙確定噴涂范圍。錨固螺栓和局部防腐層損壞部位采用涂刷方法進行底漆和面層第一道施工，面層第二道采用空氣噴涂，噴涂壓力0.4 MPa～0.6 MPa，噴距20 cm～30 cm（噴距可根據(jù)噴涂效果現(xiàn)場試驗確定）。

4.3 成品保護

涂裝過程及涂裝完成未完全固化時，應采取防塵、防水、防碾壓、防碰撞措施，如有損傷應及時修補。

5 防腐層缺陷修復

對螺栓孔周邊部位和原出廠底漆和第一道面漆局部損壞部位:金屬基面預處理→刷涂防腐底漆（環(huán)氧富鋅一道+環(huán)氧云鐵二道）→刷涂面漆（無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料一道）。待修補完成后，清理基面，整體噴涂無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料一道作為鋼板涂裝第二道面層。

6 質量檢驗及施工注意事項

（1）涂裝前應對環(huán)境溫度、濕度及鋼板表面溫度、表面預處理的清潔度、粗糙度等進行檢測并做好記錄。

（2）涂裝過程中，應對每一道涂層進行外觀檢查，不應有漏涂、流掛等缺陷。

（3）涂裝結束漆膜固化后，應對第二道面層進行外觀檢查、干膜厚度測定和附著力檢驗。

①外觀檢查:表面是否均勻一致，是否存在流掛、皺紋、鼓泡、針孔、裂紋等缺陷。

②干膜厚度測定:采用涂層厚度檢測儀對總干膜厚度進行測定，測定值與第二道面層噴涂前干膜厚度檢測值的差值作為第二道面層干膜厚度。85%以上的局部厚度應達到設計厚度，沒有達到設計厚度的部位，其最小局部厚度應不低于設計厚度的85%。

③涂膜附著力檢驗:涂層實干后，采用劃格法按照現(xiàn)場鋼板處理量的5%進行涂層附著力檢驗，附著力判定為0級或1級為合格。

劃格法:切割刀具垂直于鋼板表面，對切割刀具均勻施力，在檢測區(qū)域切割出相互垂直的兩組平行線形成網(wǎng)格圖形，每組6條線，間距為3 mm。然后將長約75 mm的壓敏膠帶的中心點放在網(wǎng)格上方（膠帶長度應至少超過網(wǎng)格20 mm），方向應與一組切割線平行，然后用手指把膠帶在網(wǎng)格上方壓平使膠帶與涂層全面接觸。5分鐘后，捏住膠帶一端，使膠帶與粘貼部分成60°夾角，在0.5 s～1.0 s內平穩(wěn)撕離膠帶。最后檢查涂層脫落情況，判定等級。

分級標準:0級:切割邊緣完全平滑，無一格脫落；1級:在切口交叉處有少許涂層脫落，但交叉切割面積受影響不能明顯大于5%。

7 結語

本文依托實際工程案例，通過研究分析水下鋼板的腐蝕機理，提出了有壓輸水隧洞補強粘貼鋼板的表面防腐處理方案為環(huán)氧富鋅底漆一道+環(huán)氧云鐵中間層二道+無溶劑環(huán)氧食品容器內壁涂料面層二道，總干膜厚度為230 μm；施工工藝為底漆和中間層在車間噴涂+面層現(xiàn)場噴涂的涂裝施工工藝。經現(xiàn)場外觀檢查、干膜厚度測定和涂膜附著力檢驗均滿足設計要求。實踐證明該方案具有可焊接性、材料無毒無害、涂裝層附著力強、施工工藝簡單等優(yōu)點，為有效解決鋼板在有壓過流狀態(tài)下表面腐蝕問題提供了經驗借鑒。