输变电工程中钢结构腐蚀防护新技术

程志明

（四川省送变电建设有限责任公司 四川 成都 611731）

输变电工程中钢结构腐蚀防护新技术

程志明

（四川省送变电建设有限责任公司 四川 成都 611731）

输电工程在国民经济的建设中具有重要作用，各行各业的生存与发展均离不开能源、电力的支持，个人的衣食住行也与输变电工程息息相关。钢结构防护是输变电工程中的重点工作，而输电工程长期暴露在自然的环境中，这就决定了钢防护对技术性、专业性的要求较高。文章对钢结构腐蚀防护新技术在输电工程中的应用进行了探讨。

输变电工程；钢结构；腐蚀防护技术

1 钢结构防腐处理的重要性

结合当前输变电实际工作中电钢结构所用钢材，大体可以分成低合金高强度结构钢和热轧低碳钢两部分。倘若这两种钢材的防腐措施不足，钢材表面在受到空气、水等影响下，发生化学反应，进一步会使钢材遭到腐蚀。输变电工程钢结多数是露天使用，长期遭受各种各样自然环境作用，尤其是在工业区，还会遭受大气中酸、碱、盐等化学物质的侵蚀，进而加快了腐蚀的速度，结果自然是缩短了输变电钢结构使用寿命，降低安全性等。在输变电工程中，维护钢结构使其防腐的费用比例不低，是考虑电网运营的成本组成不能缺少的一部分，特别是在一些环境条件恶劣的地区，对防腐的投入更大。当今，我国国家电网公司正着眼于加强应用新材料，积极致力于研发钢结构防腐防护的新技术，着手于不断延长项目工程的使用年限，把输电钢构件的防腐等维护工作的成本控制在合理范围内。

2 钢结构防护技术的现状

腐蚀建筑材料包括气态、液态（如腐蚀性水）等介质，就当前而言，钢结构防腐的措施主要是根据防治腐蚀性介质物理状态的差异和对钢材料腐蚀程度的不同，采取不一样的方法。大致分为以下几类：第一，在冶炼过程中，把铜、镍、铬等元素加进钢材中，从而增强钢材本身的抗锈能力。第二，在钢材表面镀上金属保护层，所选用的金属层是比铁更活跃的金属元素，如锌，在外界环境发生化学腐蚀时，电极电位低的阳极首先受到腐蚀，而保护层内的铁元素则因受到电化学保护而避免侵蚀。第三，把非金属涂料涂于钢材表面，隔绝大气层中的介质来防止腐蚀。电力设备设施在投入运营后，一旦碰到停运检修，所带来的影响是恶劣的，严重使各部门配合失调、更甚者会让整个经济体系陷入瘫痪的境地。在实际工作中，要充分考虑输变电工程周围的自然环境，包括地质和气候两种条件，把气温的高低变化、环境冷热变化的幅度大小、降水的酸碱程度、风力风向等因素全部包含在内，同时考虑钢材本身的抗腐蚀能力、承载负荷，力求达到输变电工程在投入使用过程中免维护、无停运完美应用。

3 钢结构腐蚀防护技术

3.1 热浸镀锌

一般来说，热浸镀需要选择熔点比较低的金属，并通过这些元素的扩散来改变钢材表面化学结构，从而形成具有较强耐腐蚀性的合金或者金属表面。在进行那个热浸镀的过程中，其基体金属与金属镀层之间的截面上必然存在一个含金属相的化合物相层。当前，在空气中，热浸镀锌、热浸镀锌铝合金等成为钢铁表面应用最普及的防护方式，其中热浸镀锌应用最为广泛。

具体来说，热浸镀锌工艺包含分解熔融、吸收、扩散三个过程。因受到温度及压力等因素的影响，锌元素渗入钢内会一一分解，形成活性锌原子，在被钢表面吸附之后，会扩散到金属内部，随后进入金属晶格中，并在晶格中移动。钢表面在不断吸收活动锌原子的过程中，会导致钢表面与内部形成巨大的锌浓度差，驱使锌原子由浓度高的位置移动到浓度低的位置，从而达到渗透效果。在这一过程中，钢铁表面能够形成一层水膜，此时加入一些化学物质时，便能够形成电解质，使得钢铁表面层与电解液之间能够形成原电池的工作环境，其中电池阳极为活泼金属，但是已经被腐蚀，电池的阴极为基体金属，受到保护。在潮湿的环境中，在有水存在的情况下，金属锌能够发生电化学的有氧腐蚀，从而产生电流。金属在电解质溶液中极易发生原电池效应，且属性较为活泼的金属原子很容易因失去电子而发生氧化反应。通常情况下，在海水中，电极电位为-0.794V，而高纯锌能够达到-1.06V，铁电极电位则为-0.351V，因此，在实际操作过程中，阳极用锌来取代铁，能够对钢铁基体形成良好的电化学防护作用。

3.2 富锌涂料

涂料防腐指的是把抗腐蚀的涂料涂抹在需要保护的钢铁金属材料上，让其不和腐蚀物质正面接触而不被腐蚀的一种方式。富锌涂料干燥涂抹中一方面包含占比较小的树脂基料，另一方面包含占比较小的纯度相当高的锌粉。所以，富锌涂料对钢铁材料的防腐原理和热侵镀锌类十分近似，具有屏蔽与阴极保护功能等。另外，富锌涂料还具备涂料本身的部分性能。其防腐蚀功能大致包含下述几点：

（1）涂层的阴极保护

阴极保护功能利用两种方式实现，第一种是牺牲阳极法，第二种是外加电流法。其中第一种方法是在需要保护的钢铁上连上电位更负的合金亦或金属，依托其持续溶解所形成的电流对需要保护的钢铁加以阳极计划，实现保护目标。项目方面经常运用涂抹富锌涂料的方式对作为阴极的金属加以腐蚀防护。为了使涂膜导电且起到牺牲阳极的功能，必然整个涂层要有优良的导通性，涂层和金属材料形成一个电化学回路，如此才可以起到电化学保护功能。此种涂料的涂膜中包含浓度较大的锌粉，在锌粉颗粒间和金属、锌粉间保证钢铁的正面接触。假如水进入涂膜中，就构成了由基材钢板与锌粉构成的原电池架构。锌含量的多少对涂料的防腐性产生直接影响，即含量高的锌粉的有机涂料防腐蚀性好于含锌量低的环氧富锌涂料。

（2）涂层的屏蔽功能

富锌涂料的屏蔽功能重点源自于服饰产物与难溶盐。以前的富锌涂料运用球形状的锌粉，采用点接触的形式来传输电子，这个时候涂层的导通性不良，锌粉的浓度太高，粘合剂无法填充涂层间的间隙，便形成了多缝隙的涂层架构。运用鳞片形状的锌粉，增强了物理屏蔽性能，此是由于鳞片形状的锌粉构成的诸多小的区域，弱化了涂层和钢铁基材间的热膨胀系数差异，减小了涂层硬化的收缩水平、控制了涂层的开裂、掉落，进而提高涂层的粘合力与抗介质的渗透水平，从而提升了防腐蚀的能力。

3.3 冷喷涂技术

冷喷涂技术由前苏联科学院理论与应用力学研究所的专家们发明，世界发达国家如俄罗斯、美国、日本及欧洲一直致力于研究用这种与热喷涂不同的独特喷涂方法制备各类涂层，并已经取得了很大的进展。国内中国科学院金属研究所在冷喷涂应用方面开展了大量研究，所研究的抗海水腐蚀涂层和耐高温氧化涂层均已在海洋工程和航天工业得到应用。随着冷喷涂技术的不断发展，在腐蚀防护方面，因获得的涂层致密性高、涂层成分和相组成更接近原始喷涂材料，且成本低适合现场使用，冷喷涂已成为热喷涂技术最强有力的竞争对手，且在二次修复方面优于热喷涂，成为该领域应用的首选。

4 结束语

传统的热镀锌防护技术已不能满足使用寿命的要求，并且热浸镀技术对环境污染严重，迫切需要发展新的防 腐技术。在纯锌涂层的基础上添加铝、镁、硅等元素能够明显提高涂层的耐蚀性能，降低成本。冷喷涂锌铝基合金涂层致密性 高、涂层成分和相组成更接近原始喷涂材料，对基体具有明显的阴极保护效应。具有更长的防护寿命。因此，冷喷涂锌铝基合金涂层是取代热浸镀锌工艺最简单也是最有效的手段之一。

[1]马晓爽.变电站钢结构防腐设计研究[J].建筑科学,2011(03)：53-54.

[2]程灵,马光,陈新,陈云,夏开全.输变电工程中钢结构的腐蚀与防护[J].钢结构,2014(02):76-79.

[3]毛蕾蕾.涂料在钢结构防腐中的应用[J].上海涂料,2012(09):34-36.

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1007-6344（2016）08-0119-01

程志明（1979年3月），男，助理工程师，本科，主要从事输变电线路施工管理相关工作。