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三峽金屬結構防腐蝕措施研究

08-22 13:16:34  瀏覽次數:628次  欄目:結構設計
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三峽金屬結構防腐蝕措施研究


    摘  要:三峽工程金屬結構工程量為世界之最,為了確保樞紐工程的正常運行,延長其金屬結構的使用壽命,長江委設計院與大專院校及科研單位合作在三峽地區對金屬結構防腐蝕涂裝材料及工藝在不同的環境條件下進行了耐候性、耐蝕性、耐磨性及環保性等方面的試驗,并對國內外水工金屬結構腐蝕與防護的現狀及發展趨勢進行了大量的調查研究,對三峽地區的防腐環境條件進行實地抽樣調查和原型觀測,提出了不同工況金屬結構防腐蝕的保護年限,確定了不同環境條件下的防腐蝕涂裝材料、防腐蝕措施、涂裝工藝等技術要求。對三峽金屬結構防腐措施的研究,為三峽工程金屬結構防腐蝕提供了最先進的防腐蝕技術,優質的防腐蝕材料,完美而科學防腐蝕配套體系及嚴謹而可行的涂裝工藝要求。確保了三峽工程金屬結構的安全運行和保護壽命,為水利行業的金屬結構防腐蝕水平的提高奠定了堅實的理論基礎。

    關鍵詞: 金屬結構; 防腐蝕; 三峽工程



  三峽水利樞紐金屬結構規模為世界之最,金屬材料用量高達26萬t,需防腐蝕的表面積為240萬m2(不含地下廠房部分)。金屬結構所處的環境介質及運行工況復雜,金屬結構在使用過程中都會受到環境因素的作用(化學、電化學、微生物和磨擦等等)而發生腐蝕破壞,因環境條件的不同其破壞的程度也不相同。因此,根據三峽工程金屬結構的環境條件和運行工況對金屬材料腐蝕的研究,提出不同環境及工況下的金屬結構的防腐蝕材料、涂裝措施及工藝要求和陰極保護成套應用技術,從根本上解決深水固定或難于更換的金屬結構的長期保護與局部腐蝕的問題,達到延長金屬結構的使用壽命,確保結構及機械正常運行的目的。

    長江委設計院為了作好三峽工程金屬結構防腐蝕措施、涂裝材料、施工工藝等方面的技術問題,進行了大量的調研、掛片觀測、交流研討及室內加速試驗等全面的研究工作。

    1 三峽金屬結構環境腐蝕條件的研究

  為了充分了解三峽金屬結構所處的環境介質及自然環境條件。我們對三峽地區自然環境條件進行了大量的調查研究,掌握了三峽地區自然環境的科學數據。

    1.1 水文氣象條件

  ①降雨:三峽樞紐庫區降水比較豐富,并且帶有酸雨,年平均降雨量在1 100mm,日降水強度較小,約在150mm左右。

  ②氣溫和水溫:三峽地區大多數平均氣溫在16~18℃,庫區內在21~22℃范圍內,且年際間變幅較少,歷年最高氣溫42℃,歷年最低氣溫-2℃,多年平均氣溫18℃。歷年最高水溫29.5℃,歷年最低水溫-1.4℃,多年平均水溫17.9℃。

  ③風:年平均風速一般為1.0~1.5m/s。

  ④霧:三峽地區是多霧地區,西部重慶68.9 d為最多,到峽谷為8.4d為最小,到壩區則有所增加,宜昌為23.2d。

   ⑤相對濕度和蒸發:三峽庫區溫度較大,年平均相對濕度為76.1%,最高達到80%,庫區內多年平均水面蒸發量約在800~1000mm。

    1.2 水質情況

  庫區的水體PH值在6.8~9.1之間,溶解氧為8.0 mg/L,耗氧量在1.4~1.9 mg/L,硝酸鹽含量大于氨氮和亞硝酸鹽,水中有鐵細菌及硫酸還原菌及附著生物。

    1.3 含沙量

  多年平均含沙量為1.19~1.69 kg/m3,最大含沙量為10.5 kg/m3。經過環保的治理、長江上游干、支流的輸沙量和含沙量都在減少。

    2 三峽工程金屬結構防腐蝕關鍵技術的專題研究

  長江委設計院根據三峽工程金屬結構的運行工況和所處的自然環境條件,為了延長其金屬結構的使用壽命,增長維修周期,提高耐腐蝕性能,從1995年起對三峽金屬結構所用的涂料配套體系、長效熱噴金屬體系及陰極保護等措施進行專題研究,并進行了大量現場掛片試驗和室內加速試驗。

    2.1 防腐蝕材料的試驗

  為了模擬三峽工程的實際工況,在三峽地區建立了3個大氣腐蝕試驗站,分別位于秭歸、三峽壩區八河口和宜昌市區;長江水環境腐蝕試驗點2個,分別位于葛洲壩二號船閘上、下游人字門梁系內。針對三峽工程的具體情況組織了全國最有代表性的43家的優質產品共97種防腐蝕體系以及黑色金屬材料10種及電化學保護方法1種,總計108種材料和防護體系,在上述5個試驗點開展了三峽地區大氣、長江水自然環境下材料的曝曬性能和水下耐蝕性能的試驗。

  試驗材料中有:有機涂層(丙烯酸聚氨脂類、環氧類、醇酸類、氯化橡膠類、烯烴類、聚氨脂類及其它),無機涂層(醇溶性無機富鋅、水性無機富鋅),黑色金屬(有A3、低合金鋼、中強鋼、高強鋼)和金屬涂層(噴鋅、噴鋁、噴鋅鋁合金、噴稀土鋁)。

  材料提供單位類屬:國外廠商、國企、外企、集體、鄉鎮企業等。

  通過試驗,獲得了材料的腐蝕數據近5000個,三峽地區大氣、長江水的環境數據約400個。

  室內加速腐蝕試驗選用13家單位的防腐蝕體系共34個品種。種類分為:①水溶性無機富鋅,②醇溶性無機富鋅漆,③環氧富鋅漆,④各種熱噴金屬涂層,⑤各種富鋅漆加封閉涂層,⑥金屬噴涂層加封閉涂層。

    2.2 試驗結果

  (1)無機富鋅涂層對鋼鐵的陰極保護性能明顯優于環氧富鋅涂層,但從結合強度上看,環氧富鋅涂層優于無機富鋅涂層。

  (2)磷酸鹽富鋅涂層表現了優良的耐蝕性的結合性能。在硅酸鹽富鋅中,醇溶性無機富鋅的保護效果更好。

  (3)從涂層的耐老化性試驗來看,丙烯酸聚氨酯和硅氧烷涂層有著優異的耐候性能和裝飾性能,在2000 h的紫外光老化試驗中失光率較小。可保20年不失光、不粉化、不退色和不龜裂。

  (4)研究并提出了適應環境保護要求的防腐蝕材料,如水性無機涂料和無溶劑的環氧涂料等等。

  (5)從抗沖耐磨性能試驗來看,加填料的無溶劑材料的抗沖耐磨性能較好,特別是加金剛砂的環氧樹脂材料的耐磨性比一般其它填料的環氧樹脂材料要好一些。

  (6)熱噴鋅、鋅鋁合金有著良好的犧牲陽極保護作用,噴鋁、AcAl、稀土鋁層的表面能生成氧化膜可起到遮蔽作用,其腐蝕速率非常低。

  在噴稀土鋁、AcAl、ZnAl合金、Zn、Al等5種長效防護體系的熱噴金屬材料中,噴鋅腐蝕速度最大,噴鋁最小,噴鋅鋁合金的腐蝕速度與噴鋁接近,噴稀土鋁合金可提高涂層的耐蝕性能。

  (7)熱噴金屬材料加上封閉涂料體系,其防護壽命預計可達20年以上。熱噴金屬加封閉涂料是最好的長效防腐蝕措施。封閉底層材料可選用滲透性強的各類清漆以及環氧硅氧烷等材料。

  (8)陰極保護技術在三峽工程金屬結構中應用的研究。對犧牲陽極法和外加電流法進行了仔細地研究與計算,確定了陽極材料、電流密度。保護面積及參比電極等有關技術參數。得出涂層加陰極保護可使金屬結構的保護壽命達30年左右。對于犧牲陽極的陰極保護已在三峽臨時船閘攔污柵中進行了實地試驗,并取得了良好效果。

  (9)為確保防腐蝕材料的質量,通過對各個涂料生產廠家調研及現場掛片試驗,并進行綜合比較,初步確定了6個三峽二期工程金屬結構涂料的生產廠家。

  (10)防腐蝕質量的好壞,主要決定于涂裝施工的質量,為了確保防腐蝕的施工質量,對三峽金屬結構涂裝施工單位的資質、人員、設備等都有明確的規定。

    3 三峽金屬結構防腐蝕措施的技術要求

    3.1 保護年限的要求

  保護年限系指在確定的防腐蝕設計方案下應當達到的設計保護年限,是選定涂裝材料及供貨廠家,確定防腐涂裝工藝及施工單位等需考慮的綜合因素。

  (1)對經常處于水下或干濕交替環境,且不易檢修或檢修對發電、泄洪、航運有較大影響者,其保護年限要求達到20年以上。

  (2)對雖然經常處于水下或干濕交替環境,但比較易于檢修且對發電、泄洪、航運無大影響者,其保護年限應達到10~15年。

  (3)對于處于大氣環境者,室外的保護年限要求達到20年以上,室內要求達到25年以上。

  (4)對外觀質量考慮到作風景旅游景點的需要,應能耐陽光、雨水等侵蝕,保色、保光性好,要求在5~8年內不褪色、不失光。

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