水利水电工程金属结构腐蚀的有关研究

水利水电工程金属结构腐蚀的有关研究

水利水电工程金属结构腐蚀形态存在着很大的差异是因水利水电工程金属结构所处的环境条件及受到的腐蚀介质不同；本文介绍水工金属结构腐蚀检测和腐蚀数据分析处理方法；通过腐蚀检测和数据处理分析，可准确反映出水工金属结构的腐蚀现状，为水工金属结构安全评估提供重要依据；同时，对不同工程闸门的锈蚀检测情况进行汇总、对比和分析。通过分析研究闸门的腐蚀状况，提出行之有效的防腐蚀措施和提高防腐蚀质量的几点认识。

标签：金属结构；腐蚀介质；腐蚀检测；数据分析；防腐蚀

水利水电工程许多金属结构（如钢闸门、拦污栅、引水钢管等）长期处于恶劣的腐蚀环境中，受到氧、水、高速水流、水中漂浮物以及海水等化学和物理的综合因素作用，往往会使它们产生严重腐蚀。水工金属结构受到腐蚀损伤后，构件截面面积减少，应力提高，从而导致整体结构强度和刚度下降，降低结构承载能力，影响设备正常使用功能，缩短使用寿命。腐蚀检测及腐蚀数据统计处理分析，可以确定水工金属结构各构件的蚀余厚度，为结构应力计算提供必要的数据；计算构件的腐蚀速率，可以判断水工金属结构的腐蚀程度，估算构件的使用年限。水工金属结构腐蚀检测及腐蚀数据统计处理分析是水工金属结构安全检测的一项重要内容。而防腐蚀则是延长水工金属结构设备使用寿命的重要措施。

1、水电工程金属结构防腐蚀检测

水利工程在建设中，基本上金结设备均处于潮湿环境内，因此很多外在因素会影响工程金属结构的腐蚀情况，如金属表面有污染物容易受到腐蚀侵害。水利工程金属结构进行腐蚀检测时要提前清理金属的表面结构。可以使用水冲洗的方式将表面的各种杂物进行冲洗，同时对于铁锈可以使用钢丝刷等工具进行清除，之后使用软布擦拭金属表面，只有这样才可以进行防腐蚀检测。依据检测结果，水利水电工程中各种金属结构都有锈蚀问题。出现腐蚀问题的构件内应力逐渐提升，截面积减少，强度减小，这些都在影响金属构件发挥自己的作用。对构件的腐蚀深度以及大小等各种要素进行分析。依据金属腐蚀厚度、锈蚀率计算金属应力，同时也为水电工程提供安全可靠的数据分析。受到各种因素影响，金属结构出现腐蚀的状况也不同，选择合适的方式是保证检测结果真实可靠的重要保证。在检测过程中有可以使用超声波测厚仪的方式，也可以使用割取试件的方式，游标卡尺等工具测量，同时要结合腐蚀曲线辅助检测，这样可以保证检测结果真实有效。在实际检测中选择现场施工合适的方式进行测量，对提升工作效率十分重要。

2、腐蚀速率

2.1平均腐蚀速率

在大气中的构件一般都是均匀腐蚀，腐蚀程度较轻，有涂层保护的无法测出

腐蚀速率。通过对西津、煤山、丹江口等水电站水下钢构平均腐蚀率检测表明，因使用的条件不同，环境、运行状况等会对各种金属构件、不同位置的腐蚀速率造成不同影响。对电站来讲，青铜峡以及葛洲坝水电站内钢构腐蚀严重，同时腐蚀速率较大。在正常情况下，腐蚀速率为0.007～0.081mm/a，同时闸门种类较多，因为运行条件不同，主要是流速差距较大，各种闸门平均腐蚀速率有较大差别。青铜峡水电站中在静水泄洪门腹板位置平均腐蚀速率为0.007mm/a，泄洪门翼板在高速冲磨下，平均腐蚀为0.307mm/a，从中可以发现相差有45倍。分析水利金属结构防腐蚀速率可以发现，平均速率大多集中在0.01～0.04mm/a，并且范围之内的频率能够达到79%，同时我国水利工程钢构平均腐蚀速率为0.01～0.04mm/a。

2.2局部腐蚀速率

从水下钢构局部腐蚀速率检测发现，局部平均速率是均匀腐蚀速率几倍至数十倍。因为构件的运行工况并不相同，使得局部腐蚀会出现较大差异，在静水以及低流速下，平均腐蚀一般要小于0.1mm/a，闸门受到冲刷位置速率可以达到零点几毫米。在研究中发现，最为严重的是水轮叶片，局部位置有严重腐蚀。在葛洲坝中的叶轮片能够达到3mm/a。同时葛洲坝电场腐蚀较为严重，在10年水流冲刷之下，下端面平均减少厚度为6～8mm，底坎也达到13～14mm。水轮叶片最大减小19mm。

3、防腐蚀方法

防腐蚀对于水工金属结构来说是一项关系设备使用寿命的重要措施，必须加以重视。防腐工作应以防为主，以治为辅，防治结合。根据水工金属结构的工作环境和腐蚀特点，目前，我国水工金属结构防腐蚀措施主要有三类。

（1）涂料防腐蚀：涂料防腐是把密闭性的涂料均匀地涂在闸门上，形成一种薄膜，使金属基体与水、空气等外界腐蚀因素隔离开来，从而达到阻止闸门腐蚀的目的。该方法施工简单，费用较低，但保护周期较短，一般为3～4年，好的可达到6～9年，少数可达到10年以上。可使用的涂料品种很多，主要有油脂漆类、环氧树脂漆类、酚醛树脂漆类、醇酸树脂漆类、过氯乙烯漆类、沥青漆类、硝基漆类等。涂料的使用应严格按生产厂家的工艺要求施工，并配套使用。

（2）金属热喷涂防腐蚀：金属热喷涂防腐蚀是把一种化学活动性比钢活泼的金属，如锌、铝或锌铝合金等喷涂在闸门表面上，形成均匀覆盖的涂层。由于该涂层金属的化学性质比铁元素活泼，故对钢铁具有双重保护作用：一方面象涂料那样起着覆盖作用，将金属基体与腐蚀介质隔离开来；另一方面，当涂层遭到破坏时，涂层可与基体构成腐蚀微电池，从而发挥牺牲阳极类型的阴极保护作用。由于金属热喷涂防腐蚀效果较好，因此保护周期较长，一般为15年，效果好的可达到25年以上。目前，该方法在水利水电工程中应用较广。如金属复合喷涂热喷锌、热喷铝、热喷锌铝合金和熱喷稀土铝合金等先进的长效防腐蚀措施及高新技术广泛地运用于三峡工程、南水北调等金属结构的防腐蚀。

（3）电化学防腐蚀：电化学防腐蚀的实质是对受保护的金属结构通以电流，使其进行极化从而达到防腐目的。根据其极化的极性不同，可分为阴极保护和阳极保护，在闸门上用得较多的是阴极保护。阴极保护法又可分为两种方法：一种是外加电流法，另一种是牺牲阳极法（又叫自然放电法），需要定期更新阳极。外加电流法须要外加一套设备，管理维修较复杂，且运行、维护费用较高，但其防腐周期长，可作长期保护。而牺牲阳极法则施工、管理都十分方便，费用低，但保护周期仅为10年左右。以上是防腐蚀的最基本方法，在实际工程中，常把几种方法结合起来使用，提高防腐效果。

4结语

水利工程在建设中环境不同，因此金属结构会出现各种形态，这样便会产生腐蚀状态。要想提高水利工程寿命，一定要强化金属腐蚀研究，持续强化金属的腐蚀检测，使用先进技术提升防腐质量。

参考文献：

[1]姜玉挺，陈志华，卢杰，等塑料保护膜在钢结构防腐蚀中的应用研究[J]建筑结构，2016.6：77-80.

[2]刘存，赵卫民，陈虹宇海洋工程热喷铝涂层的腐蚀电化学行为[J]材料保护，2016，49.10：5-8.