摘要：據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球每年因鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千億美元以上，而且由于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕還不斷危及到結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行。因此，采用鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)，特別是長(zhǎng)效防腐蝕新技術(shù)就顯得尤為重要。如果鋼結(jié)構(gòu)能夠在20年或更長(zhǎng)年限免維護(hù)或少維護(hù)的話，使用方將大量節(jié)省維護(hù)經(jīng)費(fèi)，并大大提高鋼結(jié)構(gòu)的安全性與使用壽命。本文就龍泉港出海閘鋼閘門的熱噴涂防腐蝕技術(shù)進(jìn)行了初步探索。
　　關(guān)鍵詞：水工，鋼閘門，熱噴涂，防腐蝕
　　
　　1龍泉港出海閘鋼閘門的工況分析
　　1.1龍泉港出海閘的地理位置，水情、工情概況
　　龍泉港出海閘位于上海市金山區(qū)山陽(yáng)鎮(zhèn)，杭州灣一線海塘5號(hào)到6號(hào)丁壩之間，其內(nèi)河為龍泉港，向北經(jīng)葉榭塘通黃浦江，外出杭州灣。
　　龍泉港出海閘外海潮位情況表

　　注：高程單位為米，佘山吳淞標(biāo)高，下同。
　　杭州灣海水鹽度界于5.563‰～26.397‰之間，而且龍泉港出海閘所處海域中有較多的貝類等附著生物。該海域漲潮平均含沙量為0.78Kg/m3，落潮為0.24Kg/m3，其含沙量的季節(jié)性變化和隨潮流月相的周期變化比較明顯。其內(nèi)河龍泉港為淡水環(huán)境，內(nèi)河水位變幅較小，2004年實(shí)測(cè)水位最高為2.85米，最低為2.15米，一般為2.40米。
　　龍泉港出海閘的運(yùn)行情況為每日趁潮排水1～2次，每次排水時(shí)間半小時(shí)至3個(gè)半小時(shí)不等，閘門開(kāi)度視上下游流態(tài)、過(guò)閘流速、沖淤需要等情況具體設(shè)定。其余時(shí)間閘門狀態(tài)為全關(guān)。
　　1.2龍泉港出海閘鋼閘門的現(xiàn)狀
　　龍泉港出海閘鋼閘門材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，牌號(hào)為Q235－A（鋼板）和Q235－B（角鋼、槽鋼），主要加工工藝為焊接，焊接結(jié)束后，2002年8月23日進(jìn)行了表面噴砂處理，9月9日表面油漆完工，油漆厚度為325μm。
　　至截稿時(shí)，該鋼閘門已經(jīng)使用了近3年的時(shí)間，從當(dāng)前的情況來(lái)看，由于水生物附著，閘門基體銹蝕，過(guò)閘水流沖刷等原因，導(dǎo)致表面涂層損壞嚴(yán)重。表面涂層的破壞，使其阻斷作用失效，在海水電化學(xué)腐蝕的作用下，閘門的腐蝕速度呈加快趨勢(shì)。
　　1.3閘門的工況
　　從金山嘴的潮位情況來(lái)看，龍泉港出海閘鋼閘門的頂標(biāo)高為4.6米，閘門底標(biāo)高為－2.0米，門體外海側(cè)下部1.78米處于海水全浸區(qū)，中部3.95米處于間浸區(qū)，門上部0.87米為飛濺區(qū)；閘門內(nèi)河側(cè)下部4.40米處于淡水全浸區(qū)，0.70米處于間浸區(qū)，門上部1.50米為飛濺區(qū)。根據(jù)海水腐蝕的一般規(guī)律，飛濺區(qū)的腐蝕速度最快，平均低潮位線附近的腐蝕速度次之。從現(xiàn)場(chǎng)的情況可以得到例證，三扇閘門上部及動(dòng)滑輪外殼均銹蝕嚴(yán)重，表面涂層幾乎完全脫落。閘門內(nèi)側(cè)由于處于淡水環(huán)境，當(dāng)前雖也有腐蝕現(xiàn)象，但總體情況明顯優(yōu)于外海側(cè)。
　　2熱噴涂防腐蝕研究
　　龍泉港出海閘鋼閘門的腐蝕情況已經(jīng)引起了管理單位的高度重視，并開(kāi)始著手防腐蝕技術(shù)的研究。熱噴涂防腐蝕技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐蝕的一種新型方法，這種方法可以保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)在大氣、土壤或水中至少20年不需要任何維護(hù)和超過(guò)40年后的少量維護(hù)。世界許多國(guó)家?guī)资�年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工程應(yīng)用證明：熱噴涂防腐蝕技術(shù)是迄今為止對(duì)大型及重要鋼結(jié)構(gòu)做長(zhǎng)效防腐蝕的最好方法。
　　2.1熱噴涂材料選擇
　　在鋼結(jié)構(gòu)熱噴涂防腐蝕施工中應(yīng)用最多的材料是鋅、鋁以及它們的合金。一般情況下，熱噴涂選材海水環(huán)境用鋁，淡水環(huán)境用鋅。鋅鋁合金熱噴涂材料用于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)始于上世紀(jì)80年代，美國(guó)的TAFA公司對(duì)該涂層進(jìn)行了許多研究工作，試驗(yàn)研究和實(shí)際的應(yīng)用證明，該合金材料在許多環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性能，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基體提供有效的保護(hù)。隨著鋅鋁合金的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，其優(yōu)良性能越來(lái)越得到廣泛的認(rèn)同。同時(shí)隨著加工工藝的改進(jìn)，其生產(chǎn)成本也有了一定程度的降低，目前我國(guó)也有了商品化的Zn-Al15合金熱噴涂線材供應(yīng)。根據(jù)龍泉港出海閘鋼閘門的運(yùn)行工況，其臨海和臨內(nèi)河側(cè)均可以選擇Zn-Al15合金線材作為熱噴涂材料。
　　Zn-Al15合金涂層與純鋅涂層和純鋁涂層相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：1.與純鋅涂層相比，Zn-Al15合金涂層的耐蝕性較高，在多種使用環(huán)境下，相同的涂層厚度有更長(zhǎng)的防護(hù)壽命，同樣在相同的設(shè)計(jì)防護(hù)壽命下，可以使用較薄的涂層厚度，這在經(jīng)濟(jì)性和施工效率上可以占優(yōu)；2.與純鋁涂層相比，它的陰極保護(hù)效果更好，在涂層發(fā)生機(jī)械損傷情況下，仍可為鋼鐵基體提供可靠的保護(hù)（在海水環(huán)境下，這一優(yōu)勢(shì)特別重要）；3.與純鋅涂層相比，Zn-Al15合金涂層的力學(xué)性能好，耐磨損、抗沖刷能力強(qiáng)（杭州灣海域海水含沙量較多，海水涌浪對(duì)閘門的沖刷較強(qiáng)，需要涂層具有較好的力學(xué)性能）；4.該涂層的抗氧化性能好，腐蝕產(chǎn)物少，氣孔率小，具有快速自封閉特性，外觀較好；5.Zn-Al15合金噴涂施工時(shí)的沉積率較高，可達(dá)70％以上。
　　2.2主要參數(shù)選擇與質(zhì)量控制
　　2.2.1噴砂清基
　　熱噴涂前鋼閘門基體表面的預(yù)處理是關(guān)系到噴涂操作成敗的關(guān)鍵一環(huán)。由于熱噴涂涂層與鋼基體主要是以互相鑲嵌的機(jī)械方式結(jié)合，所以熱噴涂涂層的結(jié)合強(qiáng)度直接取決于鋼閘門的表面處理狀態(tài)。經(jīng)噴砂預(yù)處理后的基體表面應(yīng)無(wú)油、無(wú)銹及其它污物，并有足夠的粗糙度。考慮到龍泉港出海閘施工現(xiàn)場(chǎng)的噴砂磨料不能很經(jīng)濟(jì)地回收重復(fù)使用，在噴砂清基施工中擬選擇天然石英砂磨料，粒度選擇為12＃～18＃。磨料回收重復(fù)利用前，需經(jīng)過(guò)篩分，清理其中的灰塵，并及時(shí)補(bǔ)充新的磨料，同時(shí)防止被污染的磨料再返回使用。
　　噴砂時(shí)砂束流與鋼基體表面應(yīng)成75o～90o的噴射角，操作方式為規(guī)則的單向移動(dòng)。噴砂嘴到基體表面的距離，一般控制在100～300mm，根據(jù)噴嘴的口徑及噴砂機(jī)的處理能力酌定。噴槍的移動(dòng)速度，根據(jù)目視鋼閘門表面的初始狀態(tài)和噴砂后的表面質(zhì)量，不斷進(jìn)行調(diào)整，過(guò)短和過(guò)長(zhǎng)的噴砂時(shí)間，都不能得到理想的表面結(jié)構(gòu)。
　　經(jīng)噴砂處理后的鋼閘門表面，最適宜的等級(jí)是Sa3級(jí)，呈灰白均勻金屬色澤，表面粗糙度在50～80μm之間。
　　2.2.2噴涂施工
　　經(jīng)噴砂處理后的鋼閘門表面應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，理論上講，其間隔時(shí)間越短越好。根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，在晴天和不太潮濕的天氣，間隔時(shí)間不可超過(guò)12小時(shí)；在雨天，潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時(shí)間不可超過(guò)2小時(shí)，且噴涂操作需在室內(nèi)或工棚中進(jìn)行。噴涂施工時(shí)，環(huán)境大氣溫度需高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點(diǎn)高3℃。由于停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或其它原因，致使基體表面明顯變質(zhì)時(shí)，應(yīng)重做噴砂處理。
　　根據(jù)龍泉港出海閘的工作環(huán)境，查表可得，Zn-Al15合金熱噴涂層的適宜厚度應(yīng)選擇為150μm。
　　由于電弧噴涂具有生產(chǎn)效率高、涂層結(jié)合強(qiáng)度高、能源利用率高和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，所以出海閘的熱噴涂施工方法首選電弧噴涂。為了提高噴涂效率，鋅鋁合金線材直徑規(guī)格宜選用3mm，線材卷繞狀態(tài)和表面質(zhì)量良好。噴涂鋅鋁合金時(shí)，工作電壓宜選為28～30V之間，噴涂施工的最佳霧化空氣的壓力、送絲速度和噴槍移動(dòng)速度，則要根據(jù)噴涂施工的實(shí)際情況合理調(diào)節(jié)。為保證噴涂過(guò)程中鋅鋁合金粒子獲得適宜的飛行速度和粒子溫度，噴涂距離應(yīng)控制在150～250mm之間，在該范圍內(nèi)可以得到較好的涂層質(zhì)量和噴涂效果。
　　2.2.3表面涂層
　　熱噴涂表層的形成過(guò)程實(shí)際上是噴涂粒子在基體表面的沉積過(guò)程，基體本身的粗糙表面和粒子沉積的物理過(guò)程決定了噴涂層不可避免的存在涂層孔隙。由于龍泉港出海閘鋼閘門的運(yùn)行工況為海洋環(huán)境，為防止海水通過(guò)涂層孔隙腐蝕閘門基體，熱噴涂結(jié)束后必須對(duì)鋅鋁合金涂層表面進(jìn)行封閉處理。
　　龍泉港出海閘鋼閘門鋅鋁合金噴涂層可采用環(huán)氧涂料作為封閉劑，操作方法為：在鋅鋁合金噴涂后，迅速用清潔的壓縮空氣清除噴涂層表面的污物和灰塵，再用磷酸進(jìn)行表面預(yù)處理，然后用毛刷均勻涂抹經(jīng)稀釋的環(huán)氧富鋅底漆1～2遍，待封閉劑完全固化后，再涂刷或者滾涂環(huán)氧樹(shù)脂面漆。
　　3噴涂質(zhì)量檢驗(yàn)
　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，噴鋅及鋅合金檢查項(xiàng)目中，外觀質(zhì)量檢查、噴涂厚度檢查、噴涂層與基體結(jié)合性能檢查三項(xiàng)為必須檢查項(xiàng)目。
　　外觀質(zhì)量檢查以視覺(jué)檢查和觸覺(jué)檢查為主，閘門噴砂清基、熱噴涂、封閉劑涂刷、面漆施工等各個(gè)階段，都應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查。
　　噴涂厚度檢查在Zn-Al15合金熱噴涂施工后進(jìn)行，一般采用磁性測(cè)量法，該測(cè)量法是利用電磁原理測(cè)定磁性基體上無(wú)磁性涂層厚度的方法，磁性測(cè)量法使用的儀器有兩種類型：一種是測(cè)量磁體與基體金屬之間的磁引力，該磁引力由于覆蓋層的存在而受到影響；另一種是測(cè)量通過(guò)覆蓋層和基體金屬磁通路的磁阻。
　　噴涂層與基體結(jié)合性能檢查，一般采用切格試驗(yàn)法，其原理是使用鋒利的刀具，從表面向基體切斷涂層，將涂層分割成許多個(gè)小格子，然后在劃格區(qū)域的表面粘貼膠帶紙，再揭開(kāi)膠帶紙，檢驗(yàn)被切割孤立的涂層是否與基體分離，以此判斷涂層的結(jié)合性能。
　　4預(yù)期效果評(píng)估
　　用工程實(shí)例參照：1985年長(zhǎng)江葛洲壩大型水工鋼閘門，采用噴涂鋅加涂料封閉防腐。1986年黃河龍羊峽大型水工閘門，采用噴涂鋁加涂料封閉防腐。此外，江蘇三河閘管理處采用熱噴涂工藝對(duì)大型鋼閘門進(jìn)行大面積噴鋅并加涂一層氯化橡膠鋁粉漆。山東德州地區(qū)水利局在大型鋼閘門上大面積噴鋁，加涂一層瀝青漆，大大提高了鋼閘門的耐腐蝕性能，使用16年后檢查涂層完好，預(yù)計(jì)壽命可超過(guò)30年，比原油漆涂層壽命提高6～10倍。
　　在其它鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕項(xiàng)目中，熱噴涂技術(shù)也得到了大量的應(yīng)用，上海磁懸浮列車軌道功能件是磁懸浮列車的重要部件，防腐面積達(dá)35萬(wàn)平方米。該項(xiàng)目按德國(guó)的要求，其軌道梁的防腐年限為80年，施工中全部采用熱噴涂鋁和Ac鋁的復(fù)合涂層進(jìn)行防腐處理，取得了良好的防護(hù)效果。
　　5結(jié)論
　　針對(duì)水工鋼結(jié)構(gòu)閘門的嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，各種防腐方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但總的來(lái)說(shuō)，電弧噴涂鋁或鋅加封閉的復(fù)合保護(hù)涂層，同現(xiàn)有其它防腐方法比較，具有技術(shù)先進(jìn)、涂層防腐壽命長(zhǎng)久、20年內(nèi)基本不需要進(jìn)行任何防腐維護(hù)、可以現(xiàn)場(chǎng)施工、年均防腐費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)，是水工鋼閘門等水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕的優(yōu)選方案。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用熱噴涂鋁或鋅來(lái)保護(hù)水工鋼閘門已有較久的歷史，其成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也充分證明了這一點(diǎn)。國(guó)內(nèi)仍需加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐蝕技術(shù)的研究，并繼續(xù)大力推廣電弧噴涂長(zhǎng)效防腐蝕技術(shù)。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]張忠禮編著，鋼結(jié)構(gòu)熱噴涂防腐蝕技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年5月第1版
　　[2]曹楚南主編，中國(guó)材料的自然環(huán)境腐蝕，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年1月第1版
　　[3]浦南東片出海閘及龍泉港南段河道工程，節(jié)制閘工程（0120－5標(biāo)），工程設(shè)備報(bào)審表（1＃、2＃鋼閘門）及內(nèi)業(yè)資料，上海水利投資建設(shè)有限公司立卷