摘要：據統計，目前全球每年因鋼結構腐蝕造成的經濟損失高達數千億美元以上，而且由于鋼結構的腐蝕還不斷危及到結構的安全運行。因此，采用鋼結構防腐蝕技術，特別是長效防腐蝕新技術就顯得尤為重要。如果鋼結構能夠在20年或更長年限免維護或少維護的話，使用方將大量節省維護經費，并大大提高鋼結構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進行了初步探索。
　　關鍵詞：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山陽鎮，杭州灣一線海塘5號到6號丁壩之間，其內河為龍泉港，向北經葉榭塘通黃浦江，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，其含沙量的季節性變化和隨潮流月相的周期變化比較明顯。其內河龍泉港為淡水環境，內河水位變幅較小，2004年實測水位最高為2.85米，最低為2.15米，一般為2.40米。
　　龍泉港出海閘的運行情況為每日趁潮排水1～2次，每次排水時間半小時至3個半小時不等，閘門開度視上下游流態、過閘流速、沖淤需要等情況具體設定。其余時間閘門狀態為全關。
　　1.2龍泉港出海閘鋼閘門的現狀
　　龍泉港出海閘鋼閘門材料為普通碳素結構鋼，牌號為Q235－A（鋼板）和Q235－B（角鋼、槽鋼），主要加工工藝為焊接，焊接結束后，2002年8月23日進行了表面噴砂處理，9月9日表面油漆完工，油漆厚度為325μm。
　　至截稿時，該鋼閘門已經使用了近3年的時間，從當前的情況來看，由于水生物附著，閘門基體銹蝕，過閘水流沖刷等原因，導致表面涂層損壞嚴重。表面涂層的破壞，使其阻斷作用失效，在海水電化學腐蝕的作用下，閘門的腐蝕速度呈加快趨勢。
　　1.3閘門的工況
　　從金山嘴的潮位情況來看，龍泉港出海閘鋼閘門的頂標高為4.6米，閘門底標高為－2.0米，門體外海側下部1.78米處于海水全浸區，中部3.95米處于間浸區，門上部0.87米為飛濺區；閘門內河側下部4.40米處于淡水全浸區，0.70米處于間浸區，門上部1.50米為飛濺區。根據海水腐蝕的一般規律，飛濺區的腐蝕速度最快，平均低潮位線附近的腐蝕速度次之。從現場的情況可以得到例證，三扇閘門上部及動滑輪外殼均銹蝕嚴重，表面涂層幾乎完全脫落。閘門內側由于處于淡水環境，當前雖也有腐蝕現象，但總體情況明顯優于外海側。
　　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引起了管理單位的高度重視，并開始著手防腐蝕技術的研究。熱噴涂防腐蝕技術是鋼結構長效防腐蝕的一種新型方法，這種方法可以保護鋼結構在大氣、土壤或水中至少20年不需要任何維護和超過40年后的少量維護。世界許多國家幾十年的現場試驗和工程應用證明：熱噴涂防腐蝕技術是迄今為止對大型及重要鋼結構做長效防腐蝕的最好方法。
　　2.1熱噴涂材料選擇
　　在鋼結構熱噴涂防腐蝕施工中應用最多的材料是鋅、鋁以及它們的合金。一般情況下，熱噴涂選材海水環境用鋁，淡水環境用鋅。鋅鋁合金熱噴涂材料用于鋼結構的腐蝕防護始于上世紀80年代，美國的TAFA公司對該涂層進行了許多研究工作，試驗研究和實際的應用證明，該合金材料在許多環境下具有良好的耐腐蝕性能，可以對鋼結構基體提供有效的保護。隨著鋅鋁合金的開發和應用，其優良性能越來越得到廣泛的認同。同時隨著加工工藝的改進，其生產成本也有了一定程度的降低，目前我國也有了商品化的Zn-Al15合金熱噴涂線材供應。根據龍泉港出海閘鋼閘門的運行工況，其臨海和臨內河側均可以選擇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，具有明顯的優點：1.與純鋅涂層相比，Zn-Al15合金涂層的耐蝕性較高，在多種使用環境下，相同的涂層厚度有更長的防護壽命，同樣在相同的設計防護壽命下，可以使用較薄的涂層厚度，這在經濟性和施工效率上可以占優；2.與純鋁涂層相比，它的陰極保護效果更好，在涂層發生機械損傷情況下，仍可為鋼鐵基體提供可靠的保護（在海水環境下，這一優勢特別重要）；3.與純鋅涂層相比，Zn-Al15合金涂層的力學性能好，耐磨損、抗沖刷能力強（杭州灣海域海水含沙量較多，海水涌浪對閘門的沖刷較強，需要涂層具有較好的力學性能）；4.該涂層的抗氧化性能好，腐蝕產物少，氣孔率小，具有快速自封閉特性，外觀較好；5.Zn-Al15合金噴涂施工時的沉積率較高，可達70％以上。
　　2.2主要參數選擇與質量控制
　　2.2.1噴砂清基
　　熱噴涂前鋼閘門基體表面的預處理是關系到噴涂操作成敗的關鍵一環。由于熱噴涂涂層與鋼基體主要是以互相鑲嵌的機械方式結合，所以熱噴涂涂層的結合強度直接取決于鋼閘門的表面處理狀態。經噴砂預處理后的基體表面應無油、無銹及其它污物，并有足夠的粗糙度。考慮到龍泉港出海閘施工現場的噴砂磨料不能很經濟地回收重復使用，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＃。磨料回收重復利用前，需經過篩分，清理其中的灰塵，并及時補充新的磨料，同時防止被污染的磨料再返回使用。
　　噴砂時砂束流與鋼基體表面應成75o～90o的噴射角，操作方式為規則的單向移動。噴砂嘴到基體表面的距離，一般控制在100～300mm，根據噴嘴的口徑及噴砂機的處理能力酌定。噴槍的移動速度，根據目視鋼閘門表面的初始狀態和噴砂后的表面質量，不斷進行調整，過短和過長的噴砂時間，都不能得到理想的表面結構。
　　經噴砂處理后的鋼閘門表面，最適宜的等級是Sa3級，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
　　經噴砂處理后的鋼閘門表面應盡快進行噴涂，理論上講，其間隔時間越短越好。根據國標規定，在晴天和不太潮濕的天氣，間隔時間不可超過12小時；在雨天，潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時間不可超過2小時，且噴涂操作需在室內或工棚中進行。噴涂施工時，環境大氣溫度需高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點高3℃。由于停留時間過長或其它原因，致使基體表面明顯變質時，應重做噴砂處理。
　　根據龍泉港出海閘的工作環境，查表可得，Zn-Al15合金熱噴涂層的適宜厚度應選擇為150μm。
　　由于電弧噴涂具有生產效率高、涂層結合強度高、能源利用率高和操作簡便等優點，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格宜選用3mm，線材卷繞狀態和表面質量良好。噴涂鋅鋁合金時，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速度，則要根據噴涂施工的實際情況合理調節。為保證噴涂過程中鋅鋁合金粒子獲得適宜的飛行速度和粒子溫度，噴涂距離應控制在150～250mm之間，在該范圍內可以得到較好的涂層質量和噴涂效果。
　　2.2.3表面涂層
　　熱噴涂表層的形成過程實際上是噴涂粒子在基體表面的沉積過程，基體本身的粗糙表面和粒子沉積的物理過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行工況為海洋環境，為防止海水通過涂層孔隙腐蝕閘門基體，熱噴涂結束后必須對鋅鋁合金涂層表面進行封閉處理。
　　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，再用磷酸進行表面預處理，然后用毛刷均勻涂抹經稀釋的環氧富鋅底漆1～2遍，待封閉劑完全固化后，再涂刷或者滾涂環氧樹脂面漆。
　　3噴涂質量檢驗
　　根據國家標準，噴鋅及鋅合金檢查項目中，外觀質量檢查、噴涂厚度檢查、噴涂層與基體結合性能檢查三項為必須檢查項目。
　　外觀質量檢查以視覺檢查和觸覺檢查為主，閘門噴砂清基、熱噴涂、封閉劑涂刷、面漆施工等各個階段，都應進行外觀質量檢查。
　　噴涂厚度檢查在Zn-Al15合金熱噴涂施工后進行，一般采用磁性測量法，該測量法是利用電磁原理測定磁性基體上無磁性涂層厚度的方法，磁性測量法使用的儀器有兩種類型：一種是測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；另一種是測量通過覆蓋層和基體金屬磁通路的磁阻。
　　噴涂層與基體結合性能檢查，一般采用切格試驗法，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小格子，然后在劃格區域的表面粘貼膠帶紙，再揭開膠帶紙，檢驗被切割孤立的涂層是否與基體分離，以此判斷涂層的結合性能。
　　4預期效果評估
　　用工程實例參照：1985年長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大型鋼閘門進行大面積噴鋅并加涂一層氯化橡膠鋁粉漆。山東德州地區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，預計壽命可超過30年，比原油漆涂層壽命提高6～10倍。
　　在其它鋼結構的防腐蝕項目中，熱噴涂技術也得到了大量的應用，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35萬平方米。該項目按德國的要求，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鋁的復合涂層進行防腐處理，取得了良好的防護效果。
　　5結論
　　針對水工鋼結構閘門的嚴重腐蝕環境，各種防腐方法各有優缺點，但總的來說，電弧噴涂鋁或鋅加封閉的復合保護涂層，同現有其它防腐方法比較，具有技術先進、涂層防腐壽命長久、20年內基本不需要進行任何防腐維護、可以現場施工、年均防腐費用低、經濟合理等特點，是水工鋼閘門等水工金屬結構防腐蝕的優選方案。國內外應用熱噴涂鋁或鋅來保護水工鋼閘門已有較久的歷史，其成功應用經驗也充分證明了這一點。國內仍需加強鋼結構長效防腐蝕技術的研究，并繼續大力推廣電弧噴涂長效防腐蝕技術。
　　
　　
　　參考文獻
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　　[3]浦南東片出海閘及龍泉港南段河道工程，節制閘工程（0120－5標），工程設備報審表（1＃、2＃鋼閘門）及內業資料，上海水利投資建設有限公司立卷