三峽金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕措施研究論文

三峽金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕措施研究論文

　　摘要：三峽工程金屬結(jié)構(gòu)工程量為世界之最，為了確保樞紐工程的正常運行，延長其金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，長江委設(shè)計院與大專院校及科研單位合作在三峽地區(qū)對金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝材料及工藝在不同的環(huán)境條件下進行了耐候性、耐蝕性、耐磨性及環(huán)保性等方面的試驗，并對國內(nèi)外水工金屬結(jié)構(gòu)腐蝕與防護的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了大量的調(diào)查研究，對三峽地區(qū)的防腐環(huán)境條件進行實地抽樣調(diào)查和原型觀測，提出了不同工況金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕的保護年限，確定了不同環(huán)境條件下的防腐蝕涂裝材料、防腐蝕措施、涂裝工藝等技術(shù)要求。對三峽金屬結(jié)構(gòu)防腐措施的研究，為三峽工程金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕提供了最先進的防腐蝕技術(shù)，優(yōu)質(zhì)的防腐蝕材料，完美而科學(xué)防腐蝕配套體系及嚴(yán)謹(jǐn)而可行的涂裝工藝要求。確保了三峽工程金屬結(jié)構(gòu)的安全運行和保護壽命，為水利行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕水平的提高奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕三峽工程

　　三峽水利樞紐金屬結(jié)構(gòu)規(guī)模為世界之最，金屬材料用量高達26萬t，需防腐蝕的表面積為240萬m2（不含地下廠房部分）。金屬結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境介質(zhì)及運行工況復(fù)雜，金屬結(jié)構(gòu)在使用過程中都會受到環(huán)境因素的作用（化學(xué)、電化學(xué)、微生物和磨擦等等）而發(fā)生腐蝕破壞，因環(huán)境條件的不同其破壞的程度也不相同。因此，根據(jù)三峽工程金屬結(jié)構(gòu)的環(huán)境條件和運行工況對金屬材料腐蝕的研究，提出不同環(huán)境及工況下的金屬結(jié)構(gòu)的防腐蝕材料、涂裝措施及工藝要求和陰極保護成套應(yīng)用技術(shù)，從根本上解決深水固定或難于更換的金屬結(jié)構(gòu)的長期保護與局部腐蝕的問題，達到延長金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，確保結(jié)構(gòu)及機械正常運行的目的。

　　長江委設(shè)計院為了作好三峽工程金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕措施、涂裝材料、施工工藝等方面的技術(shù)問題，進行了大量的調(diào)研、掛片觀測、交流研討及室內(nèi)加速試驗等全面的研究工作。

　　1三峽金屬結(jié)構(gòu)環(huán)境腐蝕條件的研究

　　為了充分了解三峽金屬結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境介質(zhì)及自然環(huán)境條件。我們對三峽地區(qū)自然環(huán)境條件進行了大量的調(diào)查研究，掌握了三峽地區(qū)自然環(huán)境的科學(xué)數(shù)據(jù)。

　　1.1水文氣象條件

　�、俳涤辏喝龒{樞紐庫區(qū)降水比較豐富，并且?guī)в兴嵊�，年平均降雨量�?100mm，日降水強度較小，約在150mm左右。

　�、跉鉁睾退疁兀喝龒{地區(qū)大多數(shù)平均氣溫在16～18℃，庫區(qū)內(nèi)在21～22℃范圍內(nèi)，且年際間變幅較少，歷年最高氣溫42℃，歷年最低氣溫-2℃，多年平均氣溫18℃。歷年最高水溫29.5℃，歷年最低水溫-1.4℃，多年平均水溫17.9℃。

　　③風(fēng)：年平均風(fēng)速一般為1.0～1.5m/s。

　　④霧：三峽地區(qū)是多霧地區(qū)，西部重慶68.9d為最多，到峽谷為8.4d為最小，到壩區(qū)則有所增加，宜昌為23.2d。

　�、菹鄬�濕度和蒸發(fā)：三峽庫區(qū)溫度較大，年平均相對濕度為76.1%，最高達到80%，庫區(qū)內(nèi)多年平均水面蒸發(fā)量約在800～1000mm。

　　1.2水質(zhì)情況

　　庫區(qū)的水體PH值在6.8～9.1之間，溶解氧為8.0mg/L，耗氧量在1.4～1.9mg/L，硝酸鹽含量大于氨氮和亞硝酸鹽，水中有鐵細(xì)菌及硫酸還原菌及附著生物。

　　1.3含沙量

　　多年平均含沙量為1.19～1.69kg/m3，最大含沙量為10.5kg/m3。

　　經(jīng)過環(huán)保的治理、長江上游干、支流的輸沙量和含沙量都在減少。

　　2三峽工程金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕關(guān)鍵技術(shù)的專題研究

　　長江委設(shè)計院根據(jù)三峽工程金屬結(jié)構(gòu)的運行工況和所處的自然環(huán)境條件，為了延長其金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，增長維修周期，提高耐腐蝕性能，從1995年起對三峽金屬結(jié)構(gòu)所用的涂料配套體系、長效熱噴金屬體系及陰極保護等措施進行專題研究，并進行了大量現(xiàn)場掛片試驗和室內(nèi)加速試驗。

　　2.1防腐蝕材料的試驗

　　為了模擬三峽工程的實際工況，在三峽地區(qū)建立了3個大氣腐蝕試驗站，分別位于秭歸、三峽壩區(qū)八河口和宜昌市區(qū)；長江水環(huán)境腐蝕試驗點2個，分別位于葛洲壩二號船閘上、下游人字門梁系內(nèi)。針對三峽工程的具體情況組織了全國最有代表性的43家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品共97種防腐蝕體系以及黑色金屬材料10種及電化學(xué)保護方法1種，總計108種材料和防護體系，在上述5個試驗點開展了三峽地區(qū)大氣、長江水自然環(huán)境下材料的曝曬性能和水下耐蝕性能的試驗。

　　試驗材料中有：有機涂層（丙烯酸聚氨脂類、環(huán)氧類、醇酸類、氯化橡膠類、烯烴類、聚氨脂類及其它），無機涂層（醇溶性無機富鋅、水性無機富鋅），黑色金屬（有A3、低合金鋼、中強鋼、高強鋼）和金屬涂層（噴鋅、噴鋁、噴鋅鋁合金、噴稀土鋁）。

　　材料提供單位類屬：國外廠商、國企、外企、集體、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等。

　　通過試驗，獲得了材料的腐蝕數(shù)據(jù)近5000個，三峽地區(qū)大氣、長江水的環(huán)境數(shù)據(jù)約400個。

　　室內(nèi)加速腐蝕試驗選用13家單位的防腐蝕體系共34個品種。種類分為：①水溶性無機富鋅，②醇溶性無機富鋅漆，③環(huán)氧富鋅漆，④各種熱噴金屬涂層，⑤各種富鋅漆加封閉涂層，⑥金屬噴涂層加封閉涂層。

　　2.2試驗結(jié)果

　�。�1）無機富鋅涂層對鋼鐵的陰極保護性能明顯優(yōu)于環(huán)氧富鋅涂層，但從結(jié)合強度上看，環(huán)氧富鋅涂層優(yōu)于無機富鋅涂層。

　�。�2）磷酸鹽富鋅涂層表現(xiàn)了優(yōu)良的耐蝕性的結(jié)合性能。在硅酸鹽富鋅中，醇溶性無機富鋅的保護效果更好。

　�。�3）從涂層的耐老化性試驗來看，丙烯酸聚氨酯和硅氧烷涂層有著優(yōu)異的耐候性能和裝飾性能，在2000h的紫外光老化試驗中失光率較小。可保20年不失光、不粉化、不退色和不龜裂。

　�。�4）研究并提出了適應(yīng)環(huán)境保護要求的防腐蝕材料，如水性無機涂料和無溶劑的環(huán)氧涂料等等。

　�。�5）從抗沖耐磨性能試驗來看，加填料的無溶劑材料的抗沖耐磨性能較好，特別是加金剛砂的環(huán)氧樹脂材料的耐磨性比一般其它填料的環(huán)氧樹脂材料要好一些。

　�。�6）熱噴鋅、鋅鋁合金有著良好的犧牲陽極保護作用，噴鋁、AcAl、稀土鋁層的表面能生成氧化膜可起到遮蔽作用，其腐蝕速率非常低。

　　在噴稀土鋁、AcAl、ZnAl合金、Zn、Al等5種長效防護體系的熱噴金屬材料中，噴鋅腐蝕速度最大，噴鋁最小，噴鋅鋁合金的腐蝕速度與噴鋁接近，噴稀土鋁合金可提高涂層的耐蝕性能。

　�。�7）熱噴金屬材料加上封閉涂料體系，其防護壽命預(yù)計可達20年以上。熱噴金屬加封閉涂料是最好的長效防腐蝕措施。封閉底層材料可選用滲透性強的各類清漆以及環(huán)氧硅氧烷等材料。

　�。�8）陰極保護技術(shù)在三峽工程金屬結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的研究。對犧牲陽極法和外加電流法進行了仔細(xì)地研究與計算，確定了陽極材料、電流密度。保護面積及參比電極等有關(guān)技術(shù)參數(shù)。得出涂層加陰極保護可使金屬結(jié)構(gòu)的保護壽命達30年左右。對于犧牲陽極的陰極保護已在三峽臨時船閘攔污柵中進行了實地試驗，并取得了良好效果。

　　（9）為確保防腐蝕材料的質(zhì)量，通過對各個涂料生產(chǎn)廠家調(diào)研及現(xiàn)場掛片試驗，并進行綜合比較，初步確定了6個三峽二期工程金屬結(jié)構(gòu)涂料的生產(chǎn)廠家。

　�。�10）防腐蝕質(zhì)量的好壞，主要決定于涂裝施工的質(zhì)量，為了確保防腐蝕的施工質(zhì)量，對三峽金屬結(jié)構(gòu)涂裝施工單位的資質(zhì)、人員、設(shè)備等都有明確的規(guī)定。

　　3三峽金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕措施的技術(shù)要求

　　3.1保護年限的要求

　　保護年限系指在確定的防腐蝕設(shè)計方案下應(yīng)當(dāng)達到的設(shè)計保護年限，是選定涂裝材料及供貨廠家，確定防腐涂裝工藝及施工單位等需考慮的綜合因素。

　　（1）對經(jīng)常處于水下或干濕交替環(huán)境，且不易檢修或檢修對發(fā)電、泄洪、航運有較大影響者，其保護年限要求達到20年以上。

　�。�2）對雖然經(jīng)常處于水下或干濕交替環(huán)境，但比較易于檢修且對發(fā)電、泄洪、航運無大影響者，其保護年限應(yīng)達到10～15年。

　�。�3）對于處于大氣環(huán)境者，室外的保護年限要求達到20年以上，室內(nèi)要求達到25年以上。

　�。�4）對外觀質(zhì)量考慮到作風(fēng)景旅游景點的需要，應(yīng)能耐陽光、雨水等侵蝕，保色、保光性好，要求在5～8年內(nèi)不褪色、不失光。

　　3.2涂裝材料的技術(shù)要求

　�。�1）用于三峽工程的涂裝材料，應(yīng)選用經(jīng)過工程實踐證明其綜合性能優(yōu)良，且能與國際接軌的一流產(chǎn)品。

　�。�2）使用的涂料質(zhì)量，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)或國際相應(yīng)涂料標(biāo)準(zhǔn)。

　�。�3）涂料應(yīng)配套使用。底、中、面漆宜選用同一廠家的產(chǎn)品。

　�。�4）對采用金屬熱噴涂的金屬成份、純度、直徑應(yīng)符合國家的有關(guān)規(guī)范要求。

　　（5）承包者采用任何一種涂料都應(yīng)具備下列資料并報監(jiān)理工程師審查：

　�、佼a(chǎn)品說明書、產(chǎn)品批號、生產(chǎn)日期、合格證及檢驗資料。

　　②涂料工藝參數(shù)：包括閃點、比重；固體含量；表干、實干時間；涂覆間隔時間；理論涂覆率；規(guī)定溫度下的粘度范圍；規(guī)定稀釋劑的稀釋材料和稀釋比例及對各種涂覆方法的適應(yīng)性等。

　�、弁苛现饕獧C械性能指標(biāo)及組成涂料的原料性能指標(biāo)。

　　④涂料廠對表面予處理、涂裝施工設(shè)備及環(huán)境的要求等。

　　3.3涂裝施工

　　（1）人員資質(zhì)條件

　�、儋|(zhì)檢人員應(yīng)具有國家有關(guān)部門頒發(fā)的資質(zhì)證書。

　�、诓僮魅藛T應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，考試合格，持證上崗。操作人員的培訓(xùn)及考試必須在國家有關(guān)職能部門的管理下進行，并應(yīng)有一定數(shù)量的國家有關(guān)部門頒發(fā)資質(zhì)證書的操作人員。

　�、酆细褓|(zhì)檢人員及考試合格的操作人員名單應(yīng)報監(jiān)理工程師確認(rèn)備案，其數(shù)量應(yīng)滿足涂裝施工的要求。

　　（2）表面預(yù)處理

　�、俪�涂層修補外，應(yīng)采用噴射方法進行表面預(yù)處理。

　�、趪娚涮幚硭�用的磨料必須清潔、干燥。金屬磨料應(yīng)符合GB6484～6487的規(guī)定，磨料料徑應(yīng)在0.5～1.5mm范圍內(nèi)，磨料應(yīng)不易碎裂，粉塵少，并符合環(huán)保條例的有關(guān)規(guī)定。礦物磨料粒徑應(yīng)在0.5～2.0mm范圍內(nèi)，嚴(yán)禁使用河砂。

　�、蹏娚涮幚砬氨仨氉屑�(xì)清除焊渣、飛濺附著物，磨平焊疤、毛刺等，并清洗基體金屬表面可見的油脂及其他污物。

　　④噴射處理所用壓縮空氣，必須經(jīng)過冷卻裝置及油水分離器處理，以保證壓縮空氣的干燥、無油，空氣壓力在0.4～0.6MPa范圍。

　�、輫娚涮幚砗蟮慕饘俦砻媲鍧嵍鹊燃墸簩τ谕苛贤垦b應(yīng)不低于GB8923中規(guī)定的Sa212級，對于熱噴金屬涂裝應(yīng)達到Sa3級，對與混凝土接觸表面應(yīng)達到Sa2級，手工和動力工具除銹只適用于涂層缺陷局部修理和無法進行噴射處理的部位，其表面清潔度等級應(yīng)達到GB8923中規(guī)定的St3級。

　�、迖娚涮幚砗蟮谋砻娲植诙戎担簩τ谕苛贤垦bRy應(yīng)在40～70μm范圍以內(nèi)，對于熱噴金屬涂裝Ry應(yīng)在60～90μm范圍以內(nèi)。

　�、邍娚涑�銹時，施工環(huán)境相對濕度應(yīng)不大于85%，金屬表面溫度應(yīng)不低于露點以上3℃，推薦采用封閉式車間進行涂裝施工，以便有效地控制環(huán)境條件，確保質(zhì)量。露天施工時，雨、雪、降露和高溫天氣不得進行涂裝施工。

　�。�3）涂裝工藝

　�、俪邪�人（分包人）應(yīng)根據(jù)標(biāo)書的規(guī)定，制定涂裝施工工藝規(guī)程報監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，方能進行涂裝施工。

　�、诮饘賴娡抗に嚳刹捎秒娀�噴涂或火焰噴涂，優(yōu)先采用電弧噴涂，涂料噴涂應(yīng)采用高壓無氣噴涂。

　�、劢饘俦砻鎳娚涑�銹經(jīng)檢查合格后，應(yīng)盡快進行涂覆，其間隔時間可根據(jù)環(huán)境條件一般不超過4～8h。各層涂料的涂裝間隔時間，應(yīng)在前一道漆膜達到表干后才能進行下一道涂料的涂裝，具體間隔時間可按涂料生產(chǎn)廠的規(guī)定進行。金屬熱噴涂在尚有余溫時，再進行封閉涂料的涂裝。

　　3.4涂裝檢驗

　　（1）涂料涂裝

　�、俪邪�人涂裝前首先要對涂料性能進行抽檢，還應(yīng)對環(huán)境情況（溫度、濕度、天氣狀況及工件表面溫度）進行檢測記錄。

　�、诔邪�人涂裝前應(yīng)對表面預(yù)處理的質(zhì)量、清潔度、粗糙度等進行檢查，合格后方能進行涂裝。

　�、弁垦b過程中對每一道涂層均應(yīng)進行濕膜厚度檢測及濕膜的外觀檢查。

　�、芡垦b結(jié)束漆膜固化后，應(yīng)進行干膜厚度的測定、附著性能檢查、針孔檢查等。

　�。�2）熱噴金屬涂裝

　�、偻垦b前首先要對金屬成份、純度、直徑進行抽檢；還應(yīng)對環(huán)境情況（溫度、濕度、天氣狀況及工件表面溫度）進行檢測記錄。

　　②涂裝前應(yīng)對表面預(yù)處理的質(zhì)量，清潔度、粗糙度等進行檢查，合格后方能進行涂裝。

　�、蹮釃娊饘俸�，應(yīng)對金屬涂層外觀及厚度進行檢查，對金屬涂層的結(jié)合性能，耐蝕性及密度等應(yīng)進行抽檢。

　�、苤挥性谶M行金屬涂層的檢驗并確認(rèn)合格后，才能進行封閉涂料的涂裝。

　　3.5涂裝監(jiān)理

　　在涂裝施工單位質(zhì)檢基礎(chǔ)上，由監(jiān)理工程師進行涂裝施工全過程監(jiān)理，涂裝監(jiān)理除監(jiān)督質(zhì)量外，還將監(jiān)督涂裝資金的使用情況，確保涂裝費用全部用在涂裝施工上。

　　4涂裝材料措施的選擇

　　4.1一期工程

　　主要是臨時船閘系統(tǒng)，考慮臨時船閘為臨時設(shè)備，均采用涂料防腐，一般采取底中面三層的防腐蝕體系：結(jié)構(gòu)件一般采用環(huán)氧富鋅底漆或水性無機富鋅，中間漆為環(huán)氧云鐵，面漆為氯化橡膠，煤焦油環(huán)氧樹脂聚酰胺等，攔污柵上并采用了犧牲陽極的陰極保護。機械設(shè)備的面漆采用可覆涂聚氨酯面漆，總厚度260～420μm。

　　4.2二期工程

　�。�1）熱噴金屬和涂料聯(lián)合防腐

　　結(jié)構(gòu)件大部分采用熱噴鋅和熱噴AC鋁，及鋅鋁合金等長效防腐蝕材料，再加封閉材料。封閉底漆為環(huán)氧清漆，中間漆為環(huán)氧云鐵，面漆為改性耐磨環(huán)氧或氯化橡膠，總厚度為300～340μm。

　�。�2）涂料防腐

　　一般采用底漆為環(huán)氧富鋅或無機富鋅，中間漆為環(huán)氧云鐵，面漆為改性耐磨環(huán)氧或可覆涂脂肪族丙烯酸聚氨脂或氯化橡膠總厚度為260～300μm，壓力鋼管底漆為無機富鋅，面漆為厚漿型環(huán)氧瀝青，總厚度不低于450μm，三期工程壓力鋼管的涂裝材料為無溶劑的超強耐磨環(huán)氧漆，總厚度不低于800μm。

　�。�3）埋件

　　埋件的外露表面大部分采用熱噴鋅加涂料聯(lián)合防腐。

　　埋件的埋入表面（與混凝土結(jié)合面）采用涂刷無機改性水泥漿，厚度為300μm以上。

　�。�4）金屬鍍層

　　閘門的連接軸、支鉸軸、吊軸、活塞桿及其它機械軸等等一般都采用了鍍鉻處理，鍍鉻層一般分硬鉻和乳白鉻，其厚度各在40～50μm。有部分人字門液壓啟閉機活塞桿的表面鍍黑色陶瓷。

　　電站的出線結(jié)構(gòu)架和輸電鐵塔及閘門的緊固件采用熱浸鋅處理，結(jié)構(gòu)件的熱浸鋅層一般在500g/m2左右，緊固件的熱浸鋅層一般在400g/m2左右。

　�。�5）防腐蝕特殊材質(zhì)

　　在許多特殊而重要的高流速部位為了避免銹蝕、氣蝕及沖蝕等而采用了特殊的不銹鋼復(fù)合材料。

　　具體各部件的應(yīng)用的材料及配套措施詳見招標(biāo)文件的有關(guān)章節(jié)。

　　6年來，通過對三峽地區(qū)現(xiàn)場掛片及室內(nèi)加速試驗，以及已經(jīng)運用在三峽樞紐一期工程和二期工程金屬結(jié)構(gòu)的防腐蝕材料、配套體系、涂裝工藝及運用效果來看，三峽工程金屬結(jié)構(gòu)使用的防腐蝕措施，是目前水工行業(yè)金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕最先進的技術(shù)，最佳防腐蝕配套體系，最優(yōu)質(zhì)的防腐蝕材料和最科學(xué)的涂裝工藝及高性能的環(huán)保技術(shù)和優(yōu)良的裝飾材料。金屬復(fù)合噴涂熱噴鋅、熱噴鋁、熱噴鋅鋁合金和熱噴稀土鋁合金等先進的長效防腐蝕涂裝的先進高新技術(shù)也廣泛運用在三峽二期工程金屬結(jié)構(gòu)的防腐蝕涂裝上。

　　三峽工程金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕措施運用，提高了我國水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕的水平，運用的防腐蝕體系具有較高科技含量，為水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕奠定了科學(xué)的理論基礎(chǔ)。其防腐蝕措施將在水工行業(yè)得到廣泛的推廣和運用。

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