劉興燕

（山東黃河河務局工程建設中心，山東濟南，250014）

0 引言

金屬的腐蝕是金屬受環(huán)境介質的化學或電化學作用而被破壞的現(xiàn)象。金屬的腐蝕遍及國民經濟各個領域，給國民經濟帶來了巨大的損失[1]。水工鋼閘門作為一種控制和攔截水的設施，為水利樞紐工程中的重要組成部分。近年來，隨著國內外水利水電建設的飛速發(fā)展，水工鋼閘門在水利工程中得到了廣泛的應用。

水工鋼閘門長期在日光暴曬、干濕交替、常浸水下、水流沖刷、水生物腐蝕、泥沙及其他漂浮物的沖刷等惡劣條件下工作，極易發(fā)生銹蝕。目前，國內學者對水工鋼閘門防腐問題進行了相關研究[2-8]，筆者在前人研究基礎上，重點探討噴涂的方法、施工工藝、具體要求和檢查標準，并以簸箕李西引黃涵閘除險加固工程為例，對電弧焊噴涂外加涂料封閉防腐處理技術的防腐效果進行分析。

1 水工鋼閘門腐蝕原理及危害

水工鋼閘門長期浸泡于水中，受多種因素的影響，其表面會產生不同程度的銹蝕，具體為：①鋼結構閘門水上部位容易受氣候因素的影響，如日曬、雨淋、潮濕氣氛等，從而導致腐蝕；②鋼結構表面的狀態(tài)也會對腐蝕產生重要影響，比如表面粗糙、機械損傷、空穴、焊接缺陷、縫隙等；③應力和變形的大小也會直接影響腐蝕的嚴重程度；④水質、水流速度、雜散電流、水生物和電偶腐蝕等也都是導致鋼閘門腐蝕的重要原因。

在對上述因素進行充分認識和了解的基礎上可知，水工鋼閘門的腐蝕可分為化學腐蝕和電化腐蝕，其中以電化腐蝕為主。事實上，閘門所處工作水環(huán)境中含有多種帶電荷的離子，如Mg2+、Na+、Ca2+、Cl-、CO32-以及SO42-等，這些離子的存在使水體成為電解質溶液。通常鋼鐵在冶煉過程中會含有非金屬導電雜質，這些雜質在電解液中呈陰極分布，而鋼鐵等金屬在電解液中呈陽極分布，這樣就形成了腐蝕微電流，進而導致銹蝕發(fā)生，具體反應如公式（1）至公式（3）。

水工鋼閘門銹蝕一方面會影響結構的安全，另一方面還會耗費大量的維修養(yǎng)護費用。因此，為了延長鋼閘門的使用壽命，控制鋼閘門的腐蝕速率，有必要對鋼閘門的長效防腐問題進行深入研究，以此確保水工建筑物的安全運行。

2 水工鋼閘門常用的防腐措施

水工鋼閘門的防腐措施主要有兩大類，一類為在金屬表面涂抹覆蓋層，即覆蓋層防腐，避免發(fā)生化學腐蝕和電化腐蝕；另一類為設法供給適當?shù)谋Ｗo電能（低壓直流）使鋼結構表面積聚足夠電子，成為一個整體陰極而得到保護，即電化學保護。對于水工鋼閘門而言，由于受條件限制，目前使用較多的為覆蓋層防腐。覆蓋層防腐方法主要有熱噴涂防腐和涂料防腐，其中熱噴涂防腐根據(jù)提供熱源不同，分為絲材火焰噴涂和電弧噴涂。表1 給出了水工鋼閘門不同防腐措施的優(yōu)缺點。

表1 水工鋼閘門不同防腐措施對比情況

由表1 可知，上述防腐措施各有利弊，同其他防腐措施相比，熱噴涂特別是電弧焊噴涂技術加涂料封閉防腐措施具有便于施工、涂層防腐壽命長久、年均防腐費用最低等優(yōu)點，目前在水利工程中得到了大量推廣應用，已被《水工金屬結構防腐蝕規(guī)范》（SL105）采用。

3 水工鋼閘門熱噴防腐施工工藝

水工鋼閘門熱噴防腐程序為：鋼材表面處理→金屬熱噴涂→涂料封閉→涂層檢查，具體見圖1所示。

圖1 水工鋼閘門熱噴防腐施工工藝流程

3.1 鋼閘門表面處理

鋼閘門表面熱涂之前，應將閘門表面整修完畢，并將金屬表面的鐵銹、氧化皮、油污、焊渣、灰塵、水分等污物清除干凈，使其全部露出灰白的金屬本色，并且保持干燥，有一定的粗糙度，達到使基體表面凹凸不平的目的，以保證涂料與基體間有良好的附著力。目前表面處理通常采用噴砂方式，處理的相關事宜具體如下：

（1）表面處理前準備。①磨料應選用帶有棱角的且直徑為1mm～2mm 的石英砂或鋼砂；②將篩選、烘干、剔除雜質后的磨料存放在通風良好、環(huán)境干燥處；③檢查儲氣罐、空壓機、空氣濾清器、噴槍以及照明和除塵等設備。

（2）鋼材表面處理程序。①在開啟空壓機之前，應在砂罐內裝入磨料；②在壓力未達到0.7MPa 之前，不宜進行噴砂作業(yè)，當壓力穩(wěn)定在0.7MPa～0.8MPa 之間時，可打開閥門開始噴砂；③作業(yè)時噴嘴與鋼材表面應維持不低于100mm 且不宜高于300mm 距離，噴嘴應呈斜向上姿勢，與金屬表面夾角控制在60°到75°之間；④噴砂時應先內后外、先上后下、先難后易，滯留時間宜控制在15s 至20s 之間；⑤采用毛刷對噴砂完成后的金屬表面進行處理，清理表面上的污物和砂粒。

（3）注意事項。①在結構表面處理過程中，工作人員需穿噴砂衣，并在無障礙物、通風狀況良好的場地進行作業(yè)；②現(xiàn)場作業(yè)時噴槍禁止對準人或除鋼閘門外的其他設備，同時禁止用手觸摸處理后的鋼閘門表面。

（4）水工金屬結構表面處理檢查。①表面處理檢查執(zhí)行標準為《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T8923.1）；②表面處理檢查有無漏噴部位、表面處理清潔度等級以及表面處理粗糙度；③對于是否漏噴，應仔細觀看每一個處理部位，特別是內部死角部位；對于表面處理清潔度等級，應利用標準圖片對照處理表面，判斷除銹等級；對于表面處理粗糙度，應利用標準樣塊進行比較或用觸針或輪廓儀檢查，其值應在60～100μm 之間。

3.2 金屬熱噴涂

（1）對噴涂材料的要求。①采用熱噴鋅保護，其鋅絲的含鋅量應不低于99.99%，除非設計另有要求，可降低或提高鋅絲含鋅量；②采用熱噴鋁保護，其鋁絲的含鋁量應不低于99.5%，除非設計另有要求，可降低或提高鋁絲含鋁量；③氧氣純度應為99.5%；④應采用無折痕、無銹、無油的直徑為2.0mm～3.0mm 的鋁絲或鋅絲。

（2）對噴涂環(huán)境要求。①噴涂場地對環(huán)境溫度不得低于5℃，空氣相對濕度不得超過85%，鋼板表面溫度應大于露點3℃；②當金屬噴涂在室外進行時，應無雨無雪、無風；③鋼材表面在經過噴砂處理后應在2h 內完成噴涂作用，最長不宜超8h。

（3）噴涂前準備。①金屬鋅絲、鋁絲應除銹、去油污；②除銹后表面清理（用干燥壓縮空氣進行清理）；③噴涂設備應完整、可靠，包括空壓機、冷卻器、儲氣罐、過濾器、空氣調節(jié)器、氧氣瓶、乙炔瓶、乙炔表流量計、噴槍或電噴等；④噴涂人員要穿戴供氣式防護服、護目鏡、手套及其它勞動保護用品。

（4）噴涂程序。①若采用火焰噴涂，點火調正噴涂火焰，達到中性火焰后，將噴槍移至工作面，噴涂開始；若以電弧為熱源，噴涂過程中應將兩根鋅絲、鋁絲通過送絲裝置進入電弧噴槍的兩個導電嘴內，導電嘴分別接電源的正負極，未接觸之前要保證兩根絲材之間絕緣可靠；②噴槍噴束中心線應盡可能與鋼閘門表面法向平行，最大夾角不應超過45°，噴嘴到基體表面距離宜為100～200mm；③噴涂順序應先上后下、先內后外、先難后易；④噴涂應力求均勻，一般宜分二次噴涂，二次噴涂的噴末應垂直交叉覆蓋；⑤噴涂過程中，噴槍的移動應與工作面平行，相鄰噴幅之間應重疊1/3。

3.3 涂料封閉

金屬熱噴涂層檢驗合格后應及時進行封閉處理，封閉處理采用底層、中層和面層的復合保護系統(tǒng)，每層漆膜厚度不低于50μm。

3.3.1 對環(huán)境要求

①為避免雨雪天氣對鋼閘門表面的影響，涂裝工作宜在通風良好的非露天環(huán)境下進行；②涂裝時環(huán)境溫度應在5℃至30℃之間。當氣溫過低，會出現(xiàn)防銹漆固化現(xiàn)象，不宜進行施工；當氣溫過高時，應避免干噴現(xiàn)象發(fā)生，具體操作時一方面應采用垂直噴涂，另一方面距離鋼閘門表面距離應控制在50mm～100mm 之間；③涂裝時應分別用溫度計和濕度計測試鋼閘門表面的溫度和濕度，當鋼閘門表面溫度低于露點以上3℃或濕度大于85%時，應停止涂裝。

3.3.2 涂裝前的準備

①應采用符合施工技術條件的油漆進行涂裝，不得使用變質或質量不合格的油漆；②在了解油漆基本性能和組成的基礎上，結合油漆各自施工方法選擇合適的涂裝工具；③為避免出現(xiàn)漆皮和顆粒，涂裝前油漆應通過80～120 目篩網過濾，并將過篩后的涂料攪拌均勻；④若使用兩種不同組份的罐料進行涂裝，應將二者按規(guī)定的比例混合均勻，并在熟漆30min 后方可使用；⑤由于油漆在出廠時已將粘度調至適宜狀態(tài)，因此，在大多數(shù)情況下無需進行稀釋處理。當氣溫過低或過高時，可適當添加不超過油漆本身重量5%的稀釋劑。

3.3.3 涂裝方法及要求

①被涂裝產品表面不規(guī)則或邊、棱、角和修補等部分一般采用手工涂刷，遇到大面積涂裝或涂裝漆膜要求較厚時，一般采用高壓無氣噴涂，其結合力及表面優(yōu)于手工涂刷；②先手工刷涂邊、角、棱和焊縫等部位，再按工藝要求進行全面涂裝；③涂裝順序是：先里后外、先上后下、先難后易、先向上下、后向左右或先左右后向上下、縱橫刷涂或噴涂；④噴涂時，噴槍與被噴表面應保持在80～150mm 距離，并作平行移動，不得高距離或弧形揮動；⑤不同類型的涂料，其涂裝間隔不一樣，涂裝時應嚴格按涂料說明書中要求的間隔時間進行。其中，對于環(huán)氧瀝青厚漿型防銹漆，為避免漆膜剝落，其涂裝間隔時間應控制在允許最長間隔時間以內；⑥在涂裝過程中應按量使用，同時為保證涂層厚度的均勻性，應經常采用漆膜測厚儀測定漆膜厚度。

3.4 涂層檢查

3.4.1 檢查標準

涂層檢查依據(jù)標準為《熱噴涂金屬和其他無機覆蓋層鋅、鋁及其合金》（GB/T 9793）、《熱噴涂層結合強度的測定》（GB/T 8642）、《漆膜畫圈試驗》（GB/T 1720）和《色漆和清漆漆膜厚度的測定》（GB/T 13452.2）

3.4.2 外觀檢查

①對涂層表面凹凸不平、氣泡、雜物、孔洞、裂縫以及粗顆粒等缺陷進行檢查，如有必要需輔助以放大鏡進行觀察；②對檢查到的漏噴、流掛、漏涂、皺皮等缺陷及時進行處理；③采用砂紙摩擦鋼閘門涂層表面，如果涂層已固化會產生細小的粉塵，反之涂層未固化。

3.4.3 厚度檢查

①濕膜厚度控制可用濕膜測厚儀檢測；②干膜厚度用磁性測厚儀測定，涂層厚度應滿足兩個85%，即85%的測點厚度應達到設計要求，達不到厚度的測點，其最小厚度值應不低于設計厚度的85%。

4 工程應用

現(xiàn)階段，熱噴涂特別是電弧焊噴涂技術在國內得到了大量應用，以長江三峽樞紐工程為例，電弧焊噴涂加涂料封閉防腐技術在該工程中得到了大量的應用，“十四五”時期山東引黃涵閘第一批改建工程中12座水閘均采用電弧焊噴鋅外加涂料封閉防腐技術。本次以簸箕李西引黃涵閘除險加固工程安全鑒定工作為基礎，對電弧焊噴鋅外加涂料封閉防腐效果進行相關分析。

簸箕李西引黃涵閘始建于1988年，2009年被鑒定為三類閘，于2015年開展除險加固，2016年完成了除險加固工程內容。除險加固后的簸箕李西引黃涵閘位于山東省濱州市惠民縣，黃河左岸大堤樁號208+034處，按1 級水工建筑物設計，設計防洪水位29.37m，校核防洪水位30.37m，最高運用水位26.50m，設計引水位18.43m，設計引水流量50m3/s，加大流量75m3/s。簸箕李西引黃涵閘共4 孔，每孔凈寬3.0m，設置4 扇平面滑動鋼閘門，閘門尺寸為3.48m×3.27m（寬×高），孔口尺寸為3.0m×3.0m（寬×高），門體重量為5.825t/扇，閘門設計工作水頭14.30m，設計操作水頭11.43m，啟閉條件為動水啟閉。閘門門體為實腹式等截面主橫梁焊接構件，主材Q235，門體由4 道主梁（含頂梁）和3 道縱梁組成，閘門面板布置在上游側，縱、橫梁系等高齊平布置，閘門止水布置在下游側。

簸箕李西引黃涵閘平板鋼閘門門體在防腐之前進行了表面噴砂處理，經過噴砂后的門體金屬表面清潔度等級不低于《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T8923.1）中規(guī)定的Sa2.5 級，與混凝接觸表面應達到Sa2 級，無法進行噴射處理的部位均采用手工和動力工具進行了除銹，其表面清潔度等級達到St3 級；除銹完成后閘門采用底層熱噴涂鋅，考慮熱噴金屬表面多孔，采用顆粒較細的環(huán)氧封閉漆封閉金屬涂層的孔隙，中間層為環(huán)氧云鐵防銹漆，面層選用硬度強度較高、易修補的改性環(huán)氧耐磨漆。另外，對于所有與混凝土結合的埋件表面，為實現(xiàn)防銹與混凝土粘結性能有機結合，涂刷特種水泥漿；同時，在埋件外表面底層用環(huán)氧富鋅底漆，環(huán)氧云鐵作中間漆，面漆選用改性環(huán)氧耐磨漆。

2022年4月，簸箕李西引黃涵閘開展了安全鑒定工作。在安全鑒定工作開展過程中，采用磁感應法對平板工作閘門防腐涂層厚度進行了檢測，共抽測8 個部位，計40 個局部厚度。檢測結果顯示，閘門各構件防腐涂層局部厚度檢測值介于221μm～454μm 之間。依據(jù)SL105-2007 中表C-3 的要求水位變動區(qū)水工金屬結構涂料厚度參考值為≥220μm，所測涂層局部厚度共40 個測位均滿足要求，合格率100%，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求（合格率≥85%）。限于篇幅，表2 給出了簸箕李西引黃涵閘2#孔、3#孔迎水面和背水面面板防腐涂層厚度檢測結果。

表2 簸箕李西引黃涵閘2#孔和3#孔迎水面防腐涂層厚度檢測結果

可以看出，電弧焊噴涂加涂料封閉防腐處理后的簸箕李西引黃涵閘平板鋼閘門防腐效果良好，運行6年后各構件防腐涂層厚度合格率遠超現(xiàn)行規(guī)范要求。

5 結語

（1）在介紹水工鋼閘門腐蝕原理及危害和水工鋼閘門常用防腐措施基礎上，提出了水工鋼閘門熱噴涂外加涂料封閉防腐技術的關鍵施工工藝，明確了鋼閘門表面處理、金屬熱噴涂、涂料封閉以及涂層檢查等內容具體施工流程，提出了各步驟對應的檢查控制標準，解決了以往熱噴涂防腐施工質量難把控的問題。

（2）電弧焊噴涂加涂料封閉防腐技術是目前處理水工鋼閘門防腐問題較好的辦法，具有涂層防腐壽命長、年均防腐費用低等特點，可長期有效地保護水工鋼閘門結構。以簸箕李西引黃涵閘除險加固工程為例，電弧焊噴涂加涂料封閉防腐處理后的簸箕李西引黃涵閘平板鋼閘門防腐效果良好，運行6年后各構件防腐涂層厚度合格率遠超現(xiàn)行規(guī)范要求。