潘家口水库表孔闸门防腐实践与分析

闵芙蓉，吕素萍

（海河水利委员会引滦工程管理局，河北迁西 064309）

1 工程概况

潘家口水库主坝的闸门启闭机技术设计于1976年，主要工作量至1981年全部完成，总用钢量为8 053 t，主要含溢洪道弧形工作门和卷扬式启闭机、电站坝段平板工作门和油压启闭机以及平板检修闸门和门机、泄洪底孔弧形工作门和油压启闭机以及平板检修门和卷扬式启闭机。主坝溢洪道为十八表孔弧形闸门，每扇闸门尺寸15 m×15 m，总防腐面积为31 347 m2，1979年投入使用。

水库正常蓄水位222.0 m，设计水位224.5 m，汛限水位216.0 m。闸门底坎高程为▽210 m，多在洪水季节泄洪，一般7—8月份闸门迎水面浸水深12 m，其他季节受蓄水量和用水量多少的控制。水库水中游离着等离子，活跃着多种细菌、微生物。

2 十八表孔闸门运行环境及防腐蚀机理

由于蓄水量受用水量和雨水量大小的控制，当蓄水水位低于▽210 m时，整体闸门裸露于大气中。华北北部天气冬夏季温差较大，大坝处于山口，地势高，常承受大风，也有夹沙袭击，因而要求闸门的防腐层具有良好的耐候性。背水面面向南部，除经受以上环境外，还要经受日光的长期照射，所以要求背水面的防腐层除了具有良好的耐候性外，还需具有良好的耐光性。

闸门迎水面常有一部分浸没水下，因而不可避免地会被电解液和细菌腐蚀。为了减缓腐蚀速度，需要迎水面涂料具有良好的耐水性、防渗性和耐干湿交替性能。同时，山口风力使浪中漂浮物对闸门产生冲击、冬末春初季节冰棱对闸门产生撞击，都增加了闸门水线部位的磨损，因而要求闸门迎水面防腐层还要具有良好的耐磨性。

闸门多在洪水季节动水启闭，动水启闭不可避免地产生弹性范围内的机械变形。而涂料的机械性能的好坏，对涂料的封闭性能、防渗性能影响很大，所以要求涂料具有较高的机械性能。

3 十八表孔闸门防腐蚀工艺、效果

十八表孔闸门从安装运行至今共实施了4种不同工艺的防腐。其一为1979年安装运行时闸门迎水面和背水面全部涂装4道AC-15铝粉氯化橡胶漆；其二为1990年对迎水面采用喷砂、气喷镀铝、再涂装涂料的工艺；其三为2006—2008年对迎水面采用喷砂、电喷镀锌、再涂装涂料的工艺；其四为1997—2000年对背水面采用喷砂、涂装涂料的工艺。下面分别对迎水面、背水面做简要阐述。

3.1 迎水面的防腐工艺和效果

1979年的首次防腐为直接涂装AC-15铝粉氯化橡胶漆4道于表面质量好的闸门迎水面、背水面的母体金属上，相对来说工艺简单、造价低。运行至1989年时，常浸水下及干湿交替部位的封闭涂料被成片腐蚀掉，锈态严重，尤其是常浸水下的部位。上部常裸露于大气中的部位则相对来说腐蚀较轻，但也锈态明显。由于其防腐间隔长达十一二年，从常裸露于大气中的上部锈蚀状态来看，铝粉氯化橡胶漆的耐候性、防锈性、附着性能良好；也证明了铝粉氯化橡胶漆的耐候性能优于其耐干湿交替性能，其耐干湿交替性能又优于其耐水性能。

1990年的第二次防腐采用表面喷砂处理、气喷镀铝、再涂装过氯乙烯防腐底、面漆的工艺，增加了施工工序、施工时间和喷镀金属材料，工程费用增加。至2004年左右时，常浸水下及干湿交替部位也出现封闭涂料成片被完全腐蚀掉、连续大片状的乳白色氧化膜大面积显现的现象。裸露于大气中的上部的腐蚀也较重，乳白色氧化膜亦明显显现。但除了干湿交替部位显现较多的锈态外，常浸水下和常裸露大气中的部位的锈迹则较轻。这是因为喷镀金属铝形成了具有保护母体作用的氧化膜，隔离、减缓了对母体金属的腐蚀。从常浸水下部位和常裸露于大气中的部位来看，过氯乙烯防腐漆的耐候性优于其耐水性能。这些现象证明了第二次选用喷镀金属的工艺对母体具有良好的保护作用，延迟了对母体的腐蚀。但由于其防腐间隔长达十五六年，封闭涂料已达到其有效期而失去防护作用。

2006—2008年实施第三次防腐，采取表面喷砂处理、电喷镀锌技术，再涂装以环氧树脂为基料、锌粉为防锈涂料的磷酸锌环氧底漆、氯化橡胶面漆各两道的工艺。磷酸锌环氧底漆具有良好的附着性、防锈性、耐腐蚀性、耐水性能。氯化橡胶面漆则具有优良的附着性能、防锈、耐水、耐候、耐干湿交替、较高的机械性能、优异的层间结合性能。运行至今近5年，目前来看效果良好。随着运行时间的增加，可以做进一步观察、验证和比较。此次电喷镀技术的采用，使施工效率得到了成倍的提高，节省可观的时间、人力、资金。

3.2 背水面的防腐工艺和效果

背水面首次防腐同迎水面，为1979年安装运行时直接涂装AC-15铝粉氯化橡胶漆4道于母体金属上。1997—2000年，对运行了20年、表面锈蚀严重的十八孔闸门背水面实施了第二次防腐，采用的是前面说的第四种防腐工艺：根据其锈蚀状况、运行环境条件，采用表面喷砂处理、涂装氯磺化聚乙烯防锈底、面漆各两道的工艺。在其后十多年的运行中，再根据实际情况，对因闸门本身结构因素而引起的易积水、易锈蚀部位进行了手工结合动力机械除锈、再涂装涂料的方法进行不定期维护。背水面是在表面喷砂处理后直接涂装封闭涂料，当涂料层被腐蚀后，母体金属结构就失去了防护。所以，要根据实际运行情况，合理掌握防腐间隔期。

4 水工钢闸门防腐蚀经验

4.1 防腐方案选择

如前所述，由于水工钢闸门迎水面、背水面运行环境不同，对防腐的要求、选用的工艺也就各异。但总的工艺流程相同：准备工作→表面处理→检查→喷镀金属（设计要求时）→检查（有喷镀金属时）→涂装底漆→检查→涂装面漆→检查→清场。

4.1.1 迎水面方案选择

由于迎水面一部分闸门长期浸没水中，表面受到化学物质、细菌微生物侵蚀；另一部分长期暴露在大气中，受日光、风沙侵袭；特别是水线部分，受到水浪和水面上漂浮物的冲击，同时又受水位变化的影响，使这部分钢结构表面经常干湿交替，特别容易生锈。故要求防腐层具有良好的防锈性、防渗性、耐水性和耐干湿交替性能，优良的耐候性、耐磨性及较高的机械性能。同时，由于水库水位影响、限制施工且使用浮动检修闸门挡水时会提高工程造价、延长施工时间，并进一步增加施工难度、降低施工安全性，故要求防腐层的保护周期尽可能长。

因为锌、铝镀层具有水工闸门运行环境所要求的附着力、抗拉强度和硬度等指标，所以能够经受高速水流、泥沙、冰棱等其他漂浮物的冲磨而不致开裂、翘皮和脱落。具有适当厚度的镀层与涂料封闭措施相配合，能保证良好的抗渗性能，能隔离水和氧气的浸入。即使涂层被破坏，锌、铝镀层还能较长期地保护闸门母体结构，再用适当的涂层封闭也可再次达到防渗效果。其次，喷镀锌、铝工艺不会导致闸门结构的变形和金相变化，不会影响闸门结构本身的机械性能。虽然喷镀锌、铝造价高，但闸门下半部分常处水下且防腐面积大、要求保护周期长，所以宜采取喷砂、喷镀锌或铝的长效防腐技术：表面喷砂处理后，采用喷镀锌或铝工艺，然后采用压力喷涂、涂装具有良好的附着性、防锈、耐腐蚀性、耐水性能的环氧类底漆和具有优良的附着性能、防锈、耐水、耐候、耐干湿交替、较高的机械性能、优异的层间结合性能的氯化橡胶面漆的方法，或者封闭面漆选择环氧类。

4.1.2 背水面方案选择

背水面不浸水，但梁格中常有积水，要经受风沙袭击、日光照射，所以要求背水面的防腐层具有良好的防锈性、耐候性、耐光性和较高的机械性能，同时要求有较长的保护效果。故同样宜采取喷砂、喷镀锌或铝的长效防腐技术，封闭涂料可选用具有优良的防锈性能、附着性能的环氧类底漆+环氧云铁防锈漆+氯化橡胶面漆；也可采用在表面处理后直接喷涂富锌底漆、环氧云铁防锈漆、环氧封闭漆的方法。

对因闸门结构因素而易积水的部位，为缩短防腐间隔期、提高防腐频率，表面应采取手工结合动力机械除锈、再涂装封闭涂料的方法。

4.2 质量要求和控制

4.2.1 材料、工具和工艺要求和控制

对材料要进行入场质量认定。涂料符合设计要求。喷砂除锈用的砂清洁干燥、无杂质、坚硬有棱角、含水量＜3%，以石英砂为好，粗河砂也可。砂料粒径以0.5～1.5 mm为宜，筛选前晒干，防潮存放。

喷砂操作时，控制好空压机气压，理论值为0.45～0.6 MPa。压缩空气必须经冷却装置及油水分离器处理，以保证干燥、无油。油水分离器必须定期清理、检查喷嘴磨损情况，当孔口直径增大25%时宜更换喷嘴。喷嘴到基体钢材表面距离以10～30 cm为宜，不要长时间停留在某处，喷嘴轴线与工作面夹角以45°左右为宜。喷砂时应避免零星作业，一次表面喷砂处理面积以满足后续喷镀金属和封闭涂料的工作量为宜。

喷砂除锈后进行下一道工序前，如遇下雨或其他因素影响使基体钢材表面处理质量不合要求时，应再次处理。

4.2.2 表面处理要求和质量控制

表面处理完成后应进行全面检查。对喷砂的基体钢材表面进行清洁度和粗糙度检查，重点应检查不易喷射的部位。检查时，应避免用手触摸，避免漏检。喷砂除锈金属表面应达到Sa21/2，并按照《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》进行比较，表面粗糙度应达到60～100 μm。以评定点的算术平均值为此评定点的表面粗糙度值。

4.2.3 喷镀要求和质量控制

喷砂完成后4 h内进行金属保护层的喷镀，防止二次生锈。喷镀时环境温度不低于5℃，湿度不大于85%。喷镀金属的纯度不低于99.95%，其直径与喷嘴相适用。气喷镀时空压机工作压力稳定在0.5～0.6 MPa为好、不能低于0.4 Mpa，喷镀距离宜为15～20 cm，喷镀角以25°左右为宜，喷镀宽度宜为4～5 cm，喷幅重叠1/3。电喷镀时空压机工作压力宜在0.6 MPa以上，不能低于0.5 MPa。喷镀完成后要按相关要求检查镀层的外观、厚度、结合强度和孔隙率。

4.2.4 涂料涂装要求和质量控制

宜采取压力喷涂法。压力喷涂具有工效高、涂层光滑均匀、层间结合好的优点。喷涂距离以20～25 cm为宜，根据涂料粘度、要求厚度的不同，压力控制在0.4～0.6 MPa。环境温度最好在5～35℃。对边角、焊缝进行预喷1～2遍后再全面喷涂。底漆喷涂宜在镀层喷镀完后尚有余热时进行。上道漆表面干燥后再喷涂下道漆。人工涂装时按纵横交错的方式进行。对于双组分涂料，注意控制好稀释剂的用量。涂装完成后要求表面平整、光滑、均匀，厚度符合设计要求。

5 建议

（1）从工程使用方的综合计价来看，传统的涂装防腐即涂料涂层技术为非长效防腐，防腐间隔期短；而喷镀铝、锌，加封闭涂层的长效防腐技术则具有很高的性价比。

（2）采用喷锌、铝的长效防腐工艺，可以大幅提高钢闸门的耐蚀性。喷镀金属工艺预处理采用表面喷砂除锈处理，工件表面清洁并具有适当的粗糙度，表面喷镀金属后不会产生由内向外的腐蚀，不会产生镀层脱落现象；采用电喷镀技术可以成倍提高施工效率，节省可观的时间、人力、资金；采用压力喷涂涂料方法能提高涂层结合质量和施工效率。

（3）对工程使用方而言，在工程移交时，应对钢结构的整体防腐技术进行专业的评估；在防腐实施过程中，不管采取何种防腐技术进行防护处理，必须进行严格的质量检测，派专业的防腐施工工程师、采用较为精密的检测手段和设备，对整个钢结构的防腐质量进行严格检测，并关注后期的定期检测和维护，做好工程的相关记录。

（4）长效防腐为一个系统工程，其效果取决于钢结构工程设计、使用、施工和监理等多方的综合因素。只有得到多方的重视和使用方在后期的合理维护，钢结构的安全与使用寿命才可以得到可靠的保障。

（5）潘家口水库闸门运行至今已30多年，从历次的防腐工艺设计、防腐施工和效果来看，表面喷砂预处理后，采用电喷镀锌、铝，再压力喷涂封闭涂料的方法，具有更好的综合效益。同时，从前四种防腐工艺及其效果来看，对水工钢闸门干湿交替部位的有效防腐是个难点，而选择环氧类底漆、配合氯化橡胶类面漆，能兼顾对干湿交替部位和水上水下部位的防锈、防渗、层间结合、耐干湿交替和耐候性能，以取得相对好的效果。