水闸闸门金属结构的防腐处理技术

尹正超 上海珠宇工程咨询管理有限公司

1 前言

水利闸门在长期使用过程中会受到各种水质（河水、海水）的腐蚀、水生物的侵蚀或干湿交替等环境因素的影响，对闸门中金属结构的刚度以及强度影响较大，缩小了构件截面，使得应力提升，使用过程中容易降低闸门的承载能力，影响了设备的正常顺利运行，对水利闸门的管理造成了不良影响。随着当前对水利工程建设要求的提升，要求不断优化水闸闸门管理，对水闸闸门金属结构进行必要的优化防腐处理，提升设备的使用寿命。

2 工程概况及防腐处理的问题分析

金汇港南闸改造工程分三孔，中孔净宽30m，为潜孔直升门型。两侧边孔净宽15m，为双扉门型，为入海排涝挡潮I等中型水闸，设计最大排涝流量为650m3/s。

其防腐处理的难点在于：①由于门体尺寸较大，且在施工期必须保证水闸正常运行，其防腐改造处理只能在水闸现场进行，且中孔与边孔只能交替实施。②施工场地及为狭窄、工作面有限。③临海空气湿度大、风力大、水含盐腐蚀性大，对金属结构防腐处理极为不利。④临水、高空作业安全隐患大，防尘、防水污染难大。⑤单体闸门面积大、施工时段相对较长，不利于防腐质量控制。

3 防腐问题控制处理措施

（1）为了满足排潮与闸门防腐处理双层要求，先进行两边孔闸门的防腐处理，边孔闸门为南北向双扉门，处理上扉门时，下扉门处于关门状态，上扉门开到最高点利用原机械锁定锁住，故上扉门即使在水位达到最高状态不影响人员施工，同时可利用中孔闸排涝，上下门交替进行处理；中孔闸门防腐处理时，关闭中孔检修闸挡潮，利用两边孔闸排涝，中孔闸提升至最高位置，并增设锁定设施。

（2）为了创造良好的防腐施工环境，确保防腐施工时环境空气相对湿度低于85%，对施工闸门顺四周搭设脚手架，四周围及顶部用厚油布进行密闭，下部铺设木板，同时设置送排风系统，确保防尘、防爆、防潮、防水污染效果。

（3）涂装施工选择在晴天、温度较高时段进行。

（4）为缩短施工工艺间隔时间，选择分面、分段两个班组同时作业施工。

4 水闸闸门金属结构防腐处理方法

水闸闸门金属结构的防腐蚀处理方法较多，一般有以下几种方法。

4.1 涂料保护法

涂料防腐蚀法是在水利金属结构中运用比较广泛，主要是其施工比较简便，成本较低。主要适用于防腐要求不高的水工设备，随着技术的发展，目前市场上有多种高效优质的涂料可供选择，其防腐蚀涂层系统一般由底层、中间层、面层组成，底层应有较好的附着力和防锈性能，中间层应有较好的屏蔽性能与结合性能，面层应具有耐水性。涂层系统的选择应根据设备所处水上、水下、干湿交替或抗冲耐磨等环境选择确定。由于施艺简单使得其应用更加广泛。涂料保护法保护期能达十年左右。

图1

4.2 金属热喷涂保护法

金属热喷涂保护系统包括金属喷涂层和涂料封闭层，金属热喷涂和涂料的复合保护系统应在涂料封闭后，涂覆中间漆和面漆。现阶段我国应用较广金属热喷涂材料有锌、铝、铝合金、锌铝合金。目前淡水及海水中选用锌作为金属热喷材料较多，金属层厚度为200μm～300μm。

4.3 牺牲阳极阴极保护法

牺牲阳极的阴极保护法是一种防止金属腐蚀的方法，即将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。牺牲阳极的阴极保护法应和涂料保护联合使用。牺牲阳极的阴极保护的金属结构应与水中其他金属结构电绝缘。其常用材料有锌基、铝基、镁基合金材料。牺牲阳极的阴极保护法使用年限根据金属结构的设计使用或维修周期确定。

金汇港南闸闸门金属结构防腐改造处理结合实际运行环境情况，在原设计技术处理的基础上，给合以上三种防腐处理方法进行优化综合，采用金属热喷涂与牺牲阳极阴极保护法相结合的处理方法，防腐处理锌层厚度为300μm，再涂环氧树脂防锈涂料80μm，无溶剂环氧树脂厚浆涂料400μm，取得了较好的防腐蚀处理效果。

5 水闸闸门金属结构防腐处理质量控制措施

水利闸门的金属结构防腐处理对水利工程作用重大，在实际实施时一定要注意有关问题，比如天气、环境湿度等。下面就质量控制措施问题分析如下。

5.1 表面预处理

水工金属结构在涂装之前应进行表面预处理。清理除锈前应清除焊渣、飞溅毛刺等，在役金属结构应清除表面海生物、淤泥、杂质及旧涂层和基底锈蚀部位金属涂层等，由人工用一些比较简单的工具,如刮刀、砂轮、砂布、钢丝刷等工具,清除部分不易清除的部分铁锈，同时应清除表面上的粉尘、碎屑和磨料，过程中应注意防尘和环境保护。喷射清理后，基体金属的表面清洁度等级为不低于GB 8923中规定的Sa2.5级，表面粗糙度为40μm～150μm，目测洁净且露出金属光泽。

5.2 金属热喷涂

金属热喷涂前应对表面预处理的质量进行检验，合格后方能进行喷涂作业；其施工与预处理的时间间隔应尽可能短，在较潮湿环境条件下，应在2h内喷涂完毕，在晴天或湿度不大的条件下，最长不应超过8h；喷涂用的压缩空气须清洁、干燥,压力0.4MPa～0.6MPa；各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠,厚度尽可能均匀；各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直,交叉覆盖；涂料封闭在金属喷涂层尚有余温时进行,采用刷涂或高压无气喷涂的方式施工。

5.3 牺牲阳极阴保护

牺牲阳极安装质量直接影响到阳极的发生电流量、溶解性能、使用寿命和防腐效果。因此安装必须牢固可靠，保证20年不脱落，与闸门电性导通好。锌块安装方式及布置位置按图纸要求。喷砂除锈后，按图纸要求进行焊接槽钢支架，焊接完后，对钢支架进行喷砂除锈。锌块两头支架进行焊接，对单独锌块采用橡皮进行包裹防护。喷锌油漆结束，经检验合格后，拆除锌块的包裹橡皮。

牺牲阳极的工作表面为铸造面，要求牲阳极工作面无氧化渣、毛刺、飞边等缺陷，牺牲阳极所有表面允许有长度不超过50mm、深度不超过5mm横向裂纹存在，但不允许有裂纹团存在。牺牲阳极工作面允许有铸造缩孔，但其深度不得超过阳极厚度的10%，最大深度不得超出10mm。牺牲阳极工作面应保持干净，不得沾有油漆和油污等。牺牲阳极基体与铁芯之间接触电阻应小于0.001Ω。阳极表面溶解均匀，腐蚀产物容易脱落。每块牺牲阳极的重量偏差为±3%，阳极长度偏差为±2%，阳极宽度偏差为±3%，阳极厚度偏差为±5%，但总重量不应出现负偏差。

本项目闸门牺牲阳极焊接安装，采用手工电弧焊接法工艺。牺牲阳极安装的作业中首先进行焊位打磨，依次进行阳极块就位固定、阳极块焊接、焊缝质量检查、进入下一循环。每只牺牲阳极有两只焊脚，每个焊脚槽钢有四条焊缝，要求每条焊缝有效长度大于100mm，焊缝高度大于6mm，焊缝表面基本连续平整、宽度均匀、无裂纹。

工程完工1年内测量1次保护电位，交付使用2～20年，每两年测量一次，并记录有关数据备查。定期抽查每个闸门的保护电位，以确保系统的正常运行。闸门保护电位测量时采用Ag/AgCl参比电极或便携式铜/饱和硫酸铜参比电极及数字式万用表或电位表进行测量。当普查闸门电位发现其电位达不到设计要求时，应检查牺牲阳极状况并采取重焊，更换或补焊牺牲阳极。优化闸门电位检测，通过检测钢结构的自然腐蚀电位或阴极保护电位，作为评价该结构所处环境腐蚀性的参数或作为阴极保护的判据。

6 结束语

水利工程运行中，水闸起着重要的作用，水闸长时间在空气或者水底中作业，长久运行之下会影响其使用寿命，影响设备性能的正常发挥，使得设备运行中面临着较大的不稳定性，增加了安全风险，因此要求加强对设备的维护，本文以金汇港南闸改造工程为例，分析对水闸运行的防腐蚀策略，此种处理方式取得了良好的运行效果，显著提升了水闸的使用寿命，为水利工程的正常运行提供了必要支持。