三峡金属结构防腐蚀措施研究(1)

摘要：三峡工程金属结构工程量为世界之最，为了确保枢纽工程的正常运行，延长其金属结构的使用寿命，长江委设计院与大专院校及科研单位合作在三峡地区对金属结构防腐蚀涂装材料及工艺在不同的环境条件下进行了耐候性、耐蚀性、耐磨性及环保性等方面的试验，并对国内外水工金属结构腐蚀与防护的现状及发展趋势进行了大量的调查研究，对三峡地区的防腐环境条件进行实地抽样调查和原型观测，提出了不同工况金属结构防腐蚀的保护年限，确定了不同环境条件下的防腐蚀涂装材料、防腐蚀措施、涂装工艺等技术要求。对三峡金属结构防腐措施的研究，为三峡工程金属结构防腐蚀提供了最先进的防腐蚀技术，优质的防腐蚀材料，完美而科学防腐蚀配套体系及严谨而可行的涂装工艺要求。确保了三峡工程金属结构的安全运行和保护寿命，为水利行业的金属结构防腐蚀水平的提高奠定了坚实的理论基础。 

关键词：金属结构 防腐蚀 三峡工程 

　　三峡水利枢纽金属结构规模为世界之最，金属材料用量高达26万t，需防腐蚀的表面积为240万m2（不含地下厂房部分）。金属结构所处的环境介质及运行工况复杂，金属结构在使用过程中都会受到环境因素的作用（化学、电化学、微生物和磨擦等等）而发生腐蚀破坏，因环境条件的不同其破坏的程度也不相同。因此，根据三峡工程金属结构的环境条件和运行工况对金属材料腐蚀的研究，提出不同环境及工况下的金属结构的防腐蚀材料、涂装措施及工艺要求和阴极保护成套应用技术，从根本上解决深水固定或难于更换的金属结构的长期保护与局部腐蚀的问题，达到延长金属结构的使用寿命，确保结构及机械正常运行的目的。 
　　长江委设计院为了作好三峡工程金属结构防腐蚀措施、涂装材料、施工工艺等方面的技术问题，进行了大量的调研、挂片观测、交流研讨及室内加速试验等全面的研究工作。
　　1 三峡金属结构环境腐蚀条件的研究
　　为了充分了解三峡金属结构所处的环境介质及自然环境条件。我们对三峡地区自然环境条件进行了大量的调查研究，掌握了三峡地区自然环境的科学数据。
　　1.1 水文气象条件
　　①降雨：三峡枢纽库区降水比较丰富，并且带有酸雨，年平均降雨量在1 100 mm，日降水强度较小，约在150 mm左右。
　　②气温和水温：三峡地区大多数平均气温在16～18℃，库区内在21～22℃范围内，且年际间变幅较少，历年最高气温42℃，历年最低气温-2℃，多年平均气温18℃。历年最高水温29.5℃，历年最低水温-1.4℃，多年平均水温17.9℃。
　　③风：年平均风速一般为1.0～1.5 m/s。
　　④雾：三峡地区是多雾地区，西部重庆68.9 d为最多，到峡谷为8.4 d为最小，到坝区则有所增加，宜昌为23.2 d。
　　⑤相对湿度和蒸发：三峡库区温度较大，年平均相对湿度为76.1%，最高达到80%，库区内多年平均水面蒸发量约在800～1000 mm。
　　1.2 水质情况
　　库区的水体PH值在6.8～9.1之间，溶解氧为8.0 mg/L，耗氧量在1.4～1.9 mg/L，硝酸盐含量大于氨氮和亚硝酸盐，水中有铁细菌及硫酸还原菌及附着生物。
　　1.3 含沙量
　　多年平均含沙量为1.19～1.69 kg/m3，最大含沙量为10.5 kg/m3。
　　经过环保的治理、长江上游干、支流的输沙量和含沙量都在减少。
　　2 三峡工程金属结构防腐蚀关键技术的专题研究
　　长江委设计院根据三峡工程金属结构的运行工况和所处的自然环境条件，为了延长其金属结构的使用寿命，增长维修周期，提高耐腐蚀性能，从1995年起对三峡金属结构所用的涂料配套体系、长效热喷金属体系及阴极保护等措施进行专题研究，并进行了大量现场挂片试验和室内加速试验。
　　2.1 防腐蚀材料的试验
　　为了模拟三峡工程的实际工况，在三峡地区建立了3个大气腐蚀试验站，分别位于秭归、三峡坝区八河口和宜昌市区；长江水环境腐蚀试验点2个，分别位于葛洲坝二号船闸上、下游人字门梁系内。针对三峡工程的具体情况组织了全国最有代表性的43家的优质产品共97种防腐蚀体系以及黑色金属材料10种及电化学保护方法1种，总计108种材料和防护体系，在上述5个试验点开展了三峡地区大气、长江水自然环境下材料的曝晒性能和水下耐蚀性能的试验。
　　试验材料中有：有机涂层（丙烯酸聚氨脂类、环氧类、醇酸类、氯化橡胶类、烯烃类、聚氨脂类及其它），无机涂层（醇溶性无机富锌、水性无机富锌），黑色金属（有A3、低合金钢、中强钢、高强钢）和金属涂层（喷锌、喷铝、喷锌铝合金、喷稀土铝）。
　　材料提供单位类属：国外厂商、国企、外企、集体、乡镇企业等。
　　通过试验，获得了材料的腐蚀数据近5000个，三峡地区大气、长江水的环境数据约400个。
　　室内加速腐蚀试验选用13家单位的防腐蚀体系共34个品种。种类分为：①水溶性无机富锌，②醇溶性无机富锌漆，③环氧富锌漆，④各种热喷金属涂层，⑤各种富锌漆加封闭涂层，⑥金属喷涂层加封闭涂层。
　　2.2 试验结果
　　（1）无机富锌涂层对钢铁的阴极保护性能明显优于环氧富锌涂层，但从结合强度上看，环氧富锌涂层优于无机富锌涂层。
　　（2）磷酸盐富锌涂层表现了优良的耐蚀性的结合性能。在硅酸盐富锌中，醇溶性无机富锌的保护效果更好。
　　（3）从涂层的耐老化性试验来看，丙烯酸聚氨酯和硅氧烷涂层有着优异的耐候性能和装饰性能，在2 000 h的紫外光老化试验中失光率较小。可保20年不失光、不粉化、不退色和不龟裂。
　　（4）研究并提出了适应环境保护要求的防腐蚀材料，如水性无机涂料和无溶剂的环氧涂料等等。
　　（5）从抗冲耐磨性能试验来看，加填料的无溶剂材料的抗冲耐磨性能较好，特别是加金刚砂的环氧树脂材料的耐磨性比一般其它填料的环氧树脂材料要好一些。
　　（6）热喷锌、锌铝合金有着良好的牺牲阳极保护作用，喷铝、AcAl、稀土铝层的表面能生成氧化膜可起到遮蔽作用，其腐蚀速率非常低。
　　在喷稀土铝、AcAl、ZnAl合金、Zn、Al等5种长效防护体系的热喷金属材料中，喷锌腐蚀速度最大，喷铝最小，喷锌铝合金的腐蚀速度与喷铝接近，喷稀土铝合金可提高涂层的耐蚀性能。
　　（7）热喷金属材料加上封闭涂料体系，其防护寿命预计可达20年以上。热喷金属加封闭涂料是最好的长效防腐蚀措施。封闭底层材料可选用渗透性强的各类清漆以及环氧硅氧烷等材料。
　　（8）阴极保护技术在三峡工程金属结构中应用的研究。对牺牲阳极法和外加电流法进行了仔细地研究与计算，确定了阳极材料、电流密度。保护面积及参比电极等有关技术参数。得出涂层加阴极保护可使金属结构的保护寿命达30年左右。对于牺牲阳极的阴极保护已在三峡临时船闸拦污栅中进行了实地试验，并取得了良好效果。
　　（9）为确保防腐蚀材料的质量，通过对各个涂料生产厂家调研及现场挂片试验，并进行综合比较，初步确定了6个三峡二期工程金属结构涂料的生产厂家。
　　（10）防腐蚀质量的好坏，主要决定于涂装施工的质量，为了确保防腐蚀的施工质量，对三峡金属结构涂装施工单位的资质、人员、设备等都有明确的规定。

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