基于水利水电工程金属结构腐蚀分析与防腐措施控制研究

陈胜

摘 要：随着社会的发展和经济水平的提高，水利开发在一定程度上推动了我国水利水电工程的发展。在水利水电工程中，金属结构是非常重要的内容，对整个工程的作用是非常大的，但是调查研究我们发现，金属结构在水利水电工程中应用的时候，很容易出现腐蚀问题。在水利水电工程中，由于金属结构的环境条件和腐蚀介质的不同，金属结构的腐蚀形式存在着很大的差异。介绍了水工金属结构腐蚀检测和数据分析的方法。通过腐蚀检测和数據处理分析，可以准确反映水工金属结构的腐蚀状况，为水工金属结构的安全评价提供重要依据。同时对不同工程闸门的腐蚀检测进行了总结、比较和分析。通过对闸门腐蚀状况的分析研究，提出了有效的防腐措施和提高闸门防腐质量的思路。

关键词：金属结构;腐蚀介质;腐蚀检测;防腐措施

1 引言

许多在水利、水电工程的金属结构（如钢铁大门，污水障碍，引水管、等）已经在一个糟糕的腐蚀环境很长一段时间，并且常常严重腐蚀的化学和物理因素，如氧气，水，高速水流，物体漂浮在水和海水。水工金属结构的腐蚀损害后，组件的部分面积减少，压力增加，导致的减少整个结构的强度和刚度，降低结构的承载能力，影响设备的正常服务功能，缩短了使用寿命。腐蚀检测和腐蚀数据的统计处理分析，可以确定水力金属结构各构件的残余厚度，为结构应力计算提供必要的数据。通过计算构件的腐蚀速率，可以判断液压金属结构的腐蚀程度，并估算构件的使用寿命。水工金属结构的腐蚀检测和腐蚀数据的统计处理与分析是水工金属结构安全检测的重要内容。防腐蚀是延长液压金属结构设备使用寿命的重要措施。

2 检测水利输电金属结构的腐蚀性

大部分的水利水电工程金属结构，由于长期处在潮湿或水下，从而导致其结构会受到污染物的腐蚀，由于，基础表面也会附着杂物。因此在检测腐蚀前，要合理处理基础构件表面，应先使用水冲洗法，冲洗掉构件表面的杂物，使用钢丝刷，刮除构件表面的附着物，再使用软布擦拭干净构件的表面，进行复试检测。在分析中可看出，常年工作的水利水电工程会存在着锈蚀，若金属构件出现锈蚀，则其截面面积会减小，应力会提高，从而降低金属的结构刚度与强度，影响金属结构运行和安全。检测锈蚀能够确定构件的锈蚀效率和厚度，同时为计算结构应力提供评估数据。腐蚀检测主要是检测构建的分布状况和部位，计算腐蚀面积百分比以及遭受腐蚀损坏构件尺寸、大小和密度，但正是因为水利水电工程金属结构在不同环境中遭受腐蚀不同，故在检测腐蚀中需要根据腐蚀性实施对应的腐蚀检测法。通常而言，在检测水利水电工程金属腐蚀中，常见的方法包括橡皮泥法和超声波法等，并且使用焊缝检测尺测量锈蚀深度，腐蚀曲线法能够与照片作为直观的辅助方法，但在实际腐蚀检测中，使用的检测方法需要根据基础结构状况来确定。金属结构在正常温度下不会受到腐蚀，但温度的变化会让金属结构的腐蚀情况受到影响，主要通过吸收水分所表现。金属结构会随着温度的改变而变化，对应的腐蚀性也会有所改变。比如外界温度高，则金属结构表面水分会不断累积，会对金属表面造成腐蚀。空气中的温度和湿度均会让金属材料表面水膜速度受到影响，若是空气含水量增加，则金属结构表面水膜也快速组成，金属自身的保护层会受到损坏，导致金属腐蚀性物质抵抗力降低，同时水分含量增加会让天气变化受到影响，严重情况下会有酸雨的天气出现，此种状况会加速金属结构的腐蚀效率。除了上述描述因素外，风也能够影响金属腐蚀，风通过影响金属结构表面水膜组成，从而影响腐蚀性。若是风中携带腐蚀物质，则腐蚀物均会溶解到金属表面，破坏着内部结构，加速金属腐蚀效率。

3 水利水电工程中金属结构出现腐蚀的原因

3.1物理和化学因素的腐蚀

物理腐蚀，其实就是金属结构在被物理物质溶解，所以会给金属结构带来很大的影响和损害。而金属结构的化学腐蚀，是金属的表面与化学物质接触以后，出现化学反应，导致金属结构受损。对于金属结构的化学反应来说，它是需要一定基础条件的，金属结构的表面物质也会与氧化剂出现直接的反应，从而使金属结构出现腐蚀的情况。举一个简单的例子，在水利水电工程中，钢结构和铁结构是最常用到的，但是这些结构却会在高温环境下自行氧化，甚至还会与电解质发生反应，从而出现腐蚀的状况，这就是所谓的化学反应。

3.2水分的腐蚀因素

水分在水利水电工程金属结构腐蚀中也是非常重要的因素，会给金属结构带来很大的影响。水分腐蚀的主要原因就是水流的速度。当水分与金属接触以后，就会给金属材料的表面形成一层水膜，而在水膜的长期浸润下就会加快金属结构的化学反应。此外，这些物质还会从缝隙中进入金属材料里，从而给金属材料带来影响。通俗易懂点来理解就是金属结构将水分进行了吸收，从而加快了腐蚀的速度。

3.3大气的腐蚀

大气的腐蚀可以说是外在环境的腐蚀，包含的内容是非常多的。如温度、风、紫外线等等。首先，说一下空气温度对金属结构的腐蚀。其实实际的空气温度是不会对金属结构进行腐蚀的，真正对金属结构的腐蚀是空气中的水分，水分对金属结构的腐蚀上文已经讲过，这里不做过多讲解，但是需要强调一点，金属结构吸收水分的能力，决定着温度的高低，所以间接的说，空气的温度是会对金属结构进行腐蚀的。此外，还有一点我们需要知道，如果空气中温度比较低的话，那么意味着湿度也是很低的，而空气中湿度越低，金属结构中吸附的水分子就会越多，导致金属结构被腐蚀的很严重;其次，关于风对金属结构的腐蚀。风对于金属结构的腐蚀是多方面的，如风的大小、方向等。风的大小会影响水分子在金属表面的停留情况，所以会决定腐蚀的速度;而风的方向对金属结构发生腐蚀主要是因为风中会携带很多腐蚀性的物质，使其依附在金属表面，从而发生腐蚀;此外，还有是沙尘，沙尘也是会促进金属结构发生腐蚀情况的;最后，再说一下紫外线对金属结构的腐蚀。因为金属结构是水利水电工程中非常重要的材料，所以很多工作人员在对其使用的时候会在金属的表面涂抹一些保护剂，但是这种保护剂会在紫外线的作用下发生不同程度的变化，使其失去保护金属结构的作用，当金属结构不在被保护以后，金属结构就会以上多种原因出现腐蚀，并且腐蚀的速度还是非常快的。

4 水利水电工程中对金属结构的防腐措施分析

4.1对金属结构进行涂料防腐

因为金属结构具有容易被腐蚀的特性，所以在水利水电工程中很多施工人员会在金属的表面涂上防腐材料，以此来降低金属结构被腐蚀的速度，实现对金属结构的防腐措施。但是上文也提到过，涂抹的材料会受紫外线的影响而失去保护金属的作用，所以我们在选择防腐涂料的时候，一定要选择高质量、高分子的涂抹材料，例如，我们比较熟悉的环氧树脂、氯化橡胶等涂抹材料，将其涂抹在金属结构上，给金属结构带来保护作用的同时，还能阻隔掉水分子、紫外线等物质的腐蚀，从而实现防腐的目的。除此之外，还有很多施工单位在水利水电的工程中，对金属结构的表面进行纳米工艺的涂抹，此工艺技术是在新时期下的一种新的技术，有很强大的量子效应，在一定程度上能提高防腐材料的使用寿命。以上这些方法都能对金属结构进行防腐控制，更好的保证工程的质量。

4.2热喷涂的防腐方法

什么是热喷涂？热喷涂其实也是属于一种工艺技术，主要是对金属结构表面进行热喷涂，起到保护金属结构的作用。就目前来说，此工艺技术方法在水利水电工程中应用是非常广泛的，它是通过电化学的方法，使金属结构可以和外界环境的污染物进行隔离。经过调查研究发现，腐蚀金属结构最快的材料一般都含有铅物质，而腐蚀最慢的金属材料一般是含有铝物质。所以在采用热喷涂工艺技术的时候，尽量选择含有以上物质的金属材料，使金属结构可以与外界因素的物质进行有效的隔离，从而有效的提高金属结构的抗腐蚀能力，更好的保证金属结构的使用寿命，当然对提高水利水电工程的质量也是很有帮助的。

4.3阴极保护的防腐措施

何为阴极保护防腐？所谓的阴极保护防腐就是通过有效的方法降低金属结构的电子转化率，这样一来，金属结构中的电子水平就会一直处于饱和状态，并在提高稳定性的同时，降低金属结构被腐蚀的概率。就目前来说，阴极保护的防腐措施主要有两种方法：一个是将防腐材料应用在金属结构中，使金属结构可以得到一定的保护;还有一个方法，就是向金属结构通入直流电，这样一来金属就成为了负极，众所周知，在负极情况下，是不会发生任何反应的，所以说，这也是有效保护金属结构的方法。当金属结构抗腐蚀的能力提高了，水利水电工程的质量自然也会提高。

5 水利水电工程中金属结构防腐蚀的质量控制

想要更好的保证水利水电金属结构的抗腐蚀能力，提高质量，还需要加强以下几个方面的控制：首先，在水利工程设计环节，要尽量避免无法使用防腐措施的结构形式，要从工程开始设计的角度去控制防腐问题的出现;其次，要采用最好的防腐体系以及优质的防腐材料，采用高性能的环保技术;第三，要加强行业的管理和职业培训工作，提高施工队伍的专业能力和素质水平，加强监督管理的过程，以此来更好的保证金属结构的质量;最后，做好金属结构的清洁工作和日常管理工作。如果金属结构表面存在污物却不及时处理的话，一定会加快金属结构的腐蚀性，所以在施工的过程中，还要加强清洁以及日常管理工作;此外，如果发现金属材料中出现锈蚀的部位一定要及时修补，为了提高金属结构的防腐能力，最好在一周左右补漆一次，可以明显提高防腐蚀效果。

5.1涂料使用要求

涂刷时必须刷掉下垂和挂膜，以保证膜厚的均匀性，保证涂层的光滑性，对于特殊情况，可使用滚筒刷工作。在使用喷涂过程中，要均匀地在表面附近涂抹每一层涂料，并使用刷子和浸渍材料对螺母、螺丝、小支架、焊缝、边缘等位置进行预涂，以保证喷涂质量。第一道底漆涂装前，必须对浇口进行清洗，确保表面清洁无尘，防止垃圾和污染影响涂装的防腐效果。清洗时，可使用真空吸尘器对容器进行清洁。整个刷涂工作应符合材料使用要求，包括干燥时间控制、配合比、专业设备、操作方法、稀释剂用量等，油漆过程中要做好开裂、挂起、起泡等问题的控制，避免溶剂残留和表面缺陷。

5.2金属热喷涂防腐蚀

金属热喷涂防腐蚀是一种化学活性比钢材更强的金属，如锌、铝或锌铝合金，喷涂在浇口表面形成均匀的涂层。由于涂覆金属的化学性质比铁元素更活跃，对钢材具有双重保护作用：一方面像油漆一样起到覆盖作用，将金属基体与腐蚀介质隔离;另一方面，当涂层损坏时，涂层可以与基体形成腐蚀性微孔，从而发挥牺牲阳极型的阴极保护作用。由于金属热喷涂防腐蚀效果较好，所以保护期较长，一般15年，良好效果可以达到25年以上。目前，该方法在水利水电工程中得到了广泛的应用。如金属复合喷涂热喷锌、热喷铝、热喷锌铝合金和热喷涂稀土铝合金和其他先进的长期防腐措施和高新技术广泛应用于三峡工程，南到北调水工程和其他金属结构防腐。

6 结束语

总而言之，对于水利水电工程金属结构的腐蚀性来说，是受环境和施工结构方式影响的，所以在制定防腐措施的时候，需要结合金属结构的腐蚀情况来制定。同时，还要加强研究金属结构的防腐工作，提高防腐意识和技术的应用能力，要在更好的保证金属结构抗腐蚀性能的同时，提高水利水电工程的质量，面对当前自然环境所种因素对工程金属结构的腐蚀，隔绝方式仍是最有效且成本最低的解决方法。不仅很大程度上避免的金属结构的腐蚀，提高了工程寿命与结构强度，还促进了材料学基础学科的进一步发展。

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