1三峡金属结构防腐蚀措施研究摘要：三峡工程金属结构工程量为世界之最，为了确保枢纽工程的正常运行，延长其金属结构的使用寿命，长江委设计院与大专院校及科研单位合作在三峡地区对金属结构防腐蚀涂装材料及工艺在不同的环境条件下进行了耐候性、耐蚀性、耐磨性及环保性等方面的试验，并对国内外水工金属结构腐蚀与防护的现状及发展趋势进行了大量的调查研究，对三峡地区的防腐环境条件进行实地抽样调查和原型观测，提出了不同工况金属结构防腐蚀的保护年限，确定了不同环境条件下的防腐蚀涂装材料、防腐蚀措施、涂装工艺等技术要求。对三峡金属结构防腐措施的研究，为三峡工程金属结构防腐蚀提供了最先进的防腐蚀技术，优质的防腐蚀材料，完美而科学防腐蚀配套体系及严谨而可行的涂装工艺要求。确保了三峡工程金属结构的安全运行和保护寿命，为水利行业的金属结构防腐蚀水平的提高奠定了坚实的理论基础。 关键词：金属结构防腐蚀三峡工程 三峡水利枢纽金属结构规模为世界之最，金属材料用量高达 26 万 t，需防腐蚀的表面积为 240 万 m2（不含地下厂房部分）。金属结构所处的环境介质及运行工况复杂，金属结构在使用过程中都会受到环境因素的作用（化学、电化学、微生物和磨擦等等）而发生腐蚀破坏，因环境条件的不同其破坏的程度也不相同。因此，根据三峡工程金属结构的环境条件和运行工况对金属材料腐蚀的研究，提出不同环境及工况下的金属结构的防腐蚀材料、涂装措施及工艺要求和阴极保护成套应用技术，从根本上解决深水固定或难于更换的金属结构的长期保护与局部腐蚀的问题，达到延长金属结构的使用寿命，确保结构及机械正常运行的目的。 2长江委设计院为了作好三峡工程金属结构防腐蚀措施、涂装材料、施工工艺等方面的技术问题，进行了大量的调研、挂片观测、交流研讨及室内加速试验等全面的研究工作。 1 三峡金属结构环境腐蚀条件的研究 为了充分了解三峡金属结构所处的环境介质及自然环境条件。我们对三峡地区自然环境条件进行了大量的调查研究，掌握了三峡地区自然环境的科学数据。 1.1 水文气象条件 降雨：三峡枢纽库区降水比较丰富，并且带有酸雨，年平均降雨量在1100mm，日降水强度较小，约在 150mm 左右。 气温和水温：三峡地区大多数平均气温在 1618，库区内在 2122范围内，且年际间变幅较少，历年最高气温 42，历年最低气温-2，多年平均气温18。历年最高水温 29.5，历年最低水温-1.4，多年平均水温 17.9。 风：年平均风速一般为 1.01.5m/s。 雾：三峡地区是多雾地区，西部重庆 68.9d 为最多，到峡谷为 8.4d 为最小，到坝区则有所增加，宜昌为 23.2d。 相对湿度和蒸发：三峡库区温度较大，年平均相对湿度为 76.1%，最高达到80%，库区内多年平均水面蒸发量约在 8001000mm。 1.2 水质情况 库区的水体 PH 值在 6.89.1 之间，溶解氧为 8.0mg/L，耗氧量在1.41.9mg/L，硝酸盐含量大于氨氮和亚硝酸盐，水中有铁细菌及硫酸还原菌及附着生物。 1.3 含沙量 多年平均含沙量为 1.191.69kg/m3，最大含沙量为 10.5kg/m3。 经过环保的治理、长江上游干、支流的输沙量和含沙量都在减少。 32 三峡工程金属结构防腐蚀关键技术的专题研究 长江委设计院根据三峡工程金属结构的运行工况和所处的自然环境条件，为了延长其金属结构的使用寿命，增长维修周期，提高耐腐蚀性能，从 1995 年起对三峡金属结构所用的涂料配套体系、长效热喷金属体系及阴极保护等措施进行专题研究，并进行了大量现场挂片试验和室内加速试验。 2.1 防腐蚀材料的试验 为了模拟三峡工程的实际工况，在三峡地区建立了 3 个大气腐蚀试验站，分别位于秭归、三峡坝区八河口和宜昌市区；长江水环境腐蚀试验点 2 个，分别位于葛洲坝二号船闸上、下游人字门梁系内。针对三峡工程的具体情况组织了全国最有代表性的 43 家的优质产品共 97 种防腐蚀体系以及黑色金属材料 10 种及电化学保护方法 1 种，总计 108 种材料和防护体系，在上述 5 个试验点开展了三峡地区大气、长江水自然环境下材料的曝晒性能和水下耐蚀性能的试验。 试验材料中有：有机涂层（丙烯酸聚氨脂类、环氧类、醇酸类、氯化橡胶类、烯烃类、聚氨脂类及其它），无机涂层（醇溶性无机富锌、水性无机富锌），黑色金属（有 A3、低合金钢、中强钢、高强钢）和金属涂层（喷锌、喷铝、喷锌铝合金、喷稀土铝）。 材料提供单位类属：国外厂商、国企、外企、集体、乡镇企业等。 通过试验，获得了材料的腐蚀数据近 5000 个，三峡地区大气、长江水的环境数据约 400 个。 室内加速腐蚀试验选用 13 家单位的防腐蚀体系共 34 个品种。种类分为：水溶性无机富锌，醇溶性无机富锌漆，环氧富锌漆，各种热喷金属涂层，各种富锌漆加封闭涂层，金属喷涂层加封闭涂层。 42.2 试验结果 （1）无机富锌涂层对钢铁的阴极保护性能明显优于环氧富锌涂层，但从结合强度上看，环氧富锌涂层优于无机富锌涂层。 （2）磷酸盐富锌涂层表现了优良的耐蚀性的结合性能。在硅酸盐富锌中，醇溶性无机富锌的保护效果更好。 （3）从涂层的耐老化性试验来看，丙烯酸聚氨酯和硅氧烷涂层有着优异的耐候性能和装饰性能，在 2000h 的紫外光老化试验中失光率较小。可保 20 年不失光、不粉化、不退色和不龟裂。 （4）研究并提出了适应环境保护要求的防腐蚀材料，如水性无机涂料和无溶剂的环氧涂料等等。 （5）从抗冲耐磨性能试验来看，加填料的无溶剂材料的抗冲耐磨性能较好，特别是加金刚砂的环氧树脂材料的耐磨性比一般其它填料的环氧树脂材料要好一些。（6）热喷锌、锌铝合金有着良好的牺牲阳极保护作用，喷铝、AcAl、稀土铝层的表面能生成氧化膜可起到遮蔽作用，其腐蚀速率非常低。 在喷稀土铝、AcAl、ZnAl 合金、Zn、Al 等 5 种长效防护体系的热喷金属材料中，喷锌腐蚀速度最大，喷铝最小，喷锌铝合金的腐蚀速度与喷铝接近，喷稀土铝合金可提高涂层的耐蚀性能。 （7）热喷金属材料加上封闭涂料体系，其防护寿命预计可达 20 年以上。热喷金属加封闭涂料是最好的长效防腐蚀措施。封闭底层材料可选用渗透性强的各类清漆以及环氧硅氧烷等材料。 （8）阴极保护技术在三峡工程金属结构中应用的研究。对牺牲阳极法和外加电流法进行了仔细地研究与计算，确定了阳极材料、电流密度。保护面积及参比电极5等有关技术参数。得出涂层加阴极保护可使金属结构的保护寿命达 30 年左右。对于牺牲阳极的阴极保护已在三峡临时船闸拦污栅中进行了实地试验，并取得了良好效果。 （9）为确保防腐蚀材料的质量，通过对各个涂料生产厂家调研及现场挂片试验，并进行综合比较，初步确定了 6 个三峡二期工程金属结构涂料的生产厂家。 （10）防腐蚀质量的好坏，主要决定于涂装施工的质量，为了确保防腐蚀的施工质量，对三峡金属结构涂装施工单位的资质、人员、设备等都有明确的规定。 3 三峡金属结构防腐蚀措施的技术要求 3.1 保护年限的要求 保护年限系指在确定的防腐蚀设计方案下应当达到的设计保护年限，是选定涂装材料及供货厂家，确定防腐涂装工艺及施工单位等需考虑的综合因素。 （1）对经常处于水下或干湿交替环境，且不易检修或检修对发电、泄洪、航运有较大影响者，其保护年限要求达到 20 年以上。 （2）对虽然经常处于水下或干湿交替环境，但比较易于检修且对发电、泄洪、航运无大影响者，其保护年限应达到 1015 年。 （3）对于处于大气环境者，室外的保护年限要求达到 20 年以上，室内要求达到 25 年以上。 （4）对外观质量考虑到作风景旅游景点的需要，应能耐阳光、雨水等侵蚀，保色、保光性好，要求在 58 年内不褪色、不失光。 3.2 涂装材料的技术要求 （1）用于三峡工程的涂装材料，应选用经过工程实践证明其综合性能优良，且能与国际接轨的一流产品。 （2）使用的涂料质量，必须符合国家标准或国际相应涂料标准。 （3）涂料应配套使用。底、中、面漆宜选用同一厂家的产品。 6（4）对采用金属热喷涂的金属成份、纯度、直径应符合国家的有关规范要求。 （5）承包者采用任何一种涂料都应具备下列资料并报监理工程师审查： 产品说明书、产品批号、生产日期、合格证及检验资料。 涂料工艺参数：包括闪点、比重；固体含量；表干、实干时间；涂覆间隔时间；理论涂覆率；规定温度下的粘度范围；规定稀释剂的稀释材料和稀释比例及对各种涂覆方法的适应性等。 涂料主要机械性能指标及组成涂料的原料性能指标。 涂料厂对表面予处理、涂装施工设备及环境的要求等。 3.3 涂装施工 （1）人员资质条件 质检人员应具有国家有关部门颁发的资质证书。 操作人员应经过培训，考试合格，持证上岗。操作人员的培训及考试必须在国家有关职能部门的管理下进行，并应有一定数量的国家有关部门颁发资质证书的操作人员。 合格质检人员及考试合格的操作人员名单应报监理工程师确认备案，其数量应满足涂装施工的要求。 （2）表面预处理 除涂层修补外，应采用喷射方法进行表面预处理。 喷射处理所用的磨料必须清洁、干燥。金属磨料应符合 GB64846487 的规定，磨料料径应在 0.51.5mm 范围内，磨料应不易碎裂，粉尘少，并符合环保条例的有关规定。矿物磨料粒径应在 0.52.0mm 范围内，严禁使用河砂。 喷射处理前必须仔细清除焊渣、飞溅附着物，磨平焊疤、毛刺等，并清洗基体金属表面可见的油脂及其他污物。 7喷射处理所用压缩空气，必须经过冷却装置及油水分离器处理，以保证压缩空气的干燥、无油，空气压力在 0.40.6MPa 范围。 喷射处理后的金属表面清洁度等级：对于涂料涂装应不低于 GB8923 中规定的 Sa212 级，对于热喷金属涂装应达到 Sa3 级，对与混凝土接触表面应达到Sa2 级，手工和动力工具除锈只适用于涂层缺陷局部修理和无法进行喷射处理的部位，其表面清洁度等级应达到 GB8923 中规定的 St3 级。 喷射处理后的表面粗糙度值：对于涂料涂装 Ry 应在 4070m 范围以内，对于热喷金属涂装 Ry 应在 6090m 范围以内。 喷射除锈时，施工环境相对湿度应不大于 85%，金属表面温度应不低于露点以上 3，推荐采用封闭式车间进行涂装施工，以便有效地控制环境条件，确保质量。露天施工时，雨、雪、降露和高温天气不得进行涂装施工。 （3）涂装工艺 承包人（分包人）应根据标书的规定，制定涂装施工工艺规程报监理工程师批准后，方能进行涂装施工。 金属喷涂工艺可采用电弧喷涂或火焰喷涂，优先采用电弧喷涂，涂料喷涂应采用高压无气喷涂。 金属表面喷射除锈经检查合格后，应尽快进行涂覆，其间隔时间可根据环境条件一般不超过 48h。各层涂料的涂装间隔时间，应在前一道漆膜达到表干后才能进行下一道涂料的涂装，具体间隔时间可按涂料生产厂的规定进行。金属热喷涂在尚有余温时，再进行封闭涂料的涂装。 3.4 涂装检验 （1）涂料涂装 承包人涂装前首先要对涂料性能进行抽检，还应对环境情况（温度、湿度、8天气状况及工件表面温度）进行检测记录。 承包人涂装前应对表面预处理的质量、清洁度、粗糙度等进行检查，合格后方能进行涂装。 涂装过程中对每一道涂层均应进行湿膜厚度检测及湿膜的外观检查。 涂装结束漆膜固化后，应进行干膜厚度的测定、附着性能检查、针孔检查等。（2）热喷金属涂装 涂装前首先要对金属成份、纯度、直径进行抽检；还应对环境情况（温度、湿度、天气状况及工件表面温度）进行检测记录。 涂装前应对表面预处理的质量，清洁度、粗糙度等进行检查，合格后方能进行涂装。 热喷金属后，应对金属涂层外观及厚度进行检查，对金属涂层的结合性能，耐蚀性及密度等应进行抽检。 只有在进行金属涂层的检验并确认合格后，才能进行封闭涂料的涂装。 3.5 涂装监理 在涂装施工单位质检基础上，由监理工程师进行涂装施工全过程监理，涂装监理除监督质量外，还将监督涂装资金的使用情况，确