我國有豐富的水利資源，在水利資源的規(guī)劃、建設(shè)和使用中，不可避免地需要采用鋼結(jié)構(gòu)。水工鋼結(jié)構(gòu)就是指在水利建設(shè)工程中采用的各類鋼結(jié)構(gòu)，主要包括船閘、船塢、船閘啟閉機(jī)、浮式系船柱、泵站結(jié)構(gòu)、攔污柵、水庫閘門、水電站機(jī)堆和輸電塔等。這些水工鋼結(jié)構(gòu)在不同的水利工程中起到不同的重要作用，主要用于支撐、承載、散流、起重、導(dǎo)流、封閉等用途。如同其他行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)，水工鋼結(jié)構(gòu)同樣面臨著在長期使用、運(yùn)營中因環(huán)境條件、腐蝕特征、維護(hù)管理而產(chǎn)生的腐蝕問題，導(dǎo)致現(xiàn)有的水工鋼結(jié)構(gòu)需要定期維修或更換，從而影響運(yùn)營和效益。

水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的特點(diǎn)和分級(jí)

眾所周知，腐蝕是金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的一大缺陷。根據(jù) ISO12944-2018 和《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》，以及參考最新《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（SL/T 105-2025），水工腐蝕環(huán)境可分為“大氣區(qū)”、“浪濺”、“水位變動(dòng)區(qū)”、“水下區(qū)”和“泥下區(qū)”五大區(qū)域，其中浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)的腐蝕速率可達(dá)大氣區(qū)的 3-5 倍。與海洋環(huán)境相比，內(nèi)河腐蝕看似溫和，其環(huán)境明確歸類為 Im1（淡水腐蝕環(huán)境）（ISO 12944：2017 標(biāo)準(zhǔn)），水位變動(dòng)區(qū)和浪濺區(qū)的腐蝕問題尤為突出。該區(qū)域因氧氣供應(yīng)充分且電解質(zhì)流動(dòng)連續(xù)，導(dǎo)致局部腐蝕速率加快，碳鋼腐蝕速率可達(dá) 0.3-1.2mm/年，是水下區(qū)的 2-3 倍。典型案例顯示，長江流域某船閘人字門在運(yùn)行 7 年后，水位變動(dòng)區(qū)出現(xiàn)深度>2mm的多發(fā)性腐蝕坑，導(dǎo)致密封失效。

現(xiàn)存防腐蝕技術(shù)的局限性分析

然而，當(dāng)前水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的防護(hù)技術(shù)存在著多方面的局限性。 首先，在材料層面，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂涂層在長期濕熱環(huán)境中易誘發(fā)氧化、水解反應(yīng)，導(dǎo)致附著力下降和起泡問題。淡水環(huán)境中硫酸鹽還原菌（SRB）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕尚未得到足夠重視。硫酸鹽還原菌（SRB）代謝產(chǎn)生硫化氫，加速金屬溶解，尤其在水流滯緩區(qū)域，產(chǎn)生微生物誘導(dǎo)腐蝕（MIC）。現(xiàn)有工業(yè)領(lǐng)域的防腐涂料大都無抗菌功能，更沒有針對(duì)硫酸鹽還原菌的專用產(chǎn)品。

其次，在施工層面，表面處理的施工質(zhì)量直接決定了涂層壽命。表面處理的除銹等級(jí)控制不足，如清潔度未達(dá) Sa2.5 級(jí)、粗糙度不達(dá)標(biāo)，部分項(xiàng)目為降低成本，將噴砂除銹（Sa2.5 級(jí)）降級(jí)為手工除銹（St2 級(jí)），導(dǎo)致涂層結(jié)合力下降 30%以上，最終造成涂層提前失效。另外，焊縫處理不到位，焊渣、飛濺物未徹底清除，使得焊縫防護(hù)薄弱，熱影響區(qū)涂層覆蓋不均，成為涂層點(diǎn)蝕的起源點(diǎn)。

表：水工鋼結(jié)構(gòu)不同腐蝕環(huán)境分級(jí)及影響

備注：*是參考《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTS153-3-2007）。

最后，在技術(shù)應(yīng)用層面，整個(gè)環(huán)境對(duì)防護(hù)涂層的影響極大。常規(guī)防護(hù)體系難以應(yīng)對(duì)極端環(huán)境的挑戰(zhàn)，如高紫外線地區(qū)的涂層粉化、高鹽霧區(qū)的點(diǎn)蝕穿孔問題。在水下區(qū)還有很多淤泥，此處受微生物和電化學(xué)腐蝕的雙重影響。含沙水流（如長江上游含沙量>2kg/m³）在 40° 沖角時(shí)對(duì)涂層沖蝕量達(dá)到峰值，沖刷腐蝕協(xié)同效應(yīng)，易導(dǎo)致局部的保護(hù)層失效。2023 年數(shù)據(jù)顯示，全球因腐蝕導(dǎo)致的水工鋼結(jié)構(gòu)維修成本超過 92 億美元，其中 40%以上與涂層早期 失效相關(guān)。

涂料涂裝技術(shù)的創(chuàng)新路徑

正是由于腐蝕對(duì)水工金屬結(jié)構(gòu)所造成的損失和破壞巨大，如何對(duì)水工金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行長效防腐已越來越引起人們的重視。如何有效地解決這個(gè)實(shí)際問題，提高金屬結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)和防腐質(zhì)量成為當(dāng)務(wù)之急，給防腐蝕行業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。合理的防腐蝕措施是延長水工鋼結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵，筆者在涂料行業(yè)工作多年，認(rèn)為高性能、環(huán)保型涂料和其涂裝可為水工鋼結(jié)構(gòu)上的防腐優(yōu)先帶來了新的實(shí)踐。

在涂料產(chǎn)品材料方面，進(jìn)一步深度開發(fā)高性能環(huán)氧樹脂涂層技術(shù)，既能提升在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下固化，解決臨海臨河高濕環(huán)境下的施工難題，又能降低 VOC 含量，符合綠色環(huán)保的國策。在傳統(tǒng)環(huán)氧體系中添加合理比例的功能化填料（玻璃鱗片、石墨烯），形成“迷宮效應(yīng)”阻隔路徑。實(shí)驗(yàn)證明其抗沖蝕性能提升 2 倍（沖蝕量降至 60mg/cm²），特別適用于閘門水位變動(dòng)區(qū)。 快速推廣先進(jìn)的自修復(fù)水性聚氨酯，其作用原理是引入微膠囊化緩蝕 劑（苯甲酸鈉），當(dāng)涂層破損時(shí)釋放修復(fù)物質(zhì)，發(fā)揮自修復(fù)功能。在國內(nèi)水廠的試點(diǎn)工程中實(shí)現(xiàn) 72 小時(shí)自修復(fù)率>90%的高效。

在涂裝施工中，可采用高壓水噴射、激光清洗的技術(shù)，全面高效地清除表面銹蝕、氯化物殘留（清除率>99%），焊縫區(qū)域精準(zhǔn)除銹，清潔度達(dá) Sa3 級(jí)，且無粉塵污染。積極利用新科技 AI 技術(shù)，增加智能化涂裝系統(tǒng)，如 AI 視覺針孔檢測(cè)系統(tǒng)，較人工檢測(cè)效率提升10 倍 以上，大大提升了涂層在長期服役使用中的性能，降低了涂層在服務(wù)年限中的失效概率和程度。

在水工鋼結(jié)構(gòu)的后期使用、運(yùn)營、維護(hù)管理中，利用最新的 AI 高科技，對(duì)所產(chǎn)生的腐蝕進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)與維護(hù)體系，如嵌入式腐蝕傳感器，埋入涂層后可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、Cl?濃度、 腐蝕電位、結(jié)構(gòu)應(yīng)變等參數(shù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法提前 30 天預(yù)警失效風(fēng)險(xiǎn)，準(zhǔn)確率可達(dá) 85%。 無線電位遙測(cè)技術(shù)適用于水下閘門，每 2 小時(shí)采集一次電位數(shù)據(jù)，評(píng)估陰極保護(hù)狀態(tài)。

展望

2024 年水利建設(shè)投資達(dá) 1.38 萬億元，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目多達(dá)近 47000 個(gè)。同時(shí)，水利部明確 2025 年將“繼續(xù)保持水利建設(shè)規(guī)模”。因此，根據(jù)最新政策動(dòng)向和地方規(guī)劃數(shù)據(jù)，2025 年水利項(xiàng)目新建數(shù)量呈現(xiàn)全國性增資趨勢(shì)。由于水工鋼結(jié)構(gòu)長期暴露在嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境中，或長期處于 侵蝕性介質(zhì)中，遭受著不同程度的電化學(xué)侵蝕，同時(shí)還受到高速水流和風(fēng)浪的沖擊，以及泥沙、冰凌的磨損，致使一些水工金屬結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞。其腐蝕問題已成為影響水利設(shè)施壽命和安全的關(guān)鍵因素，必須引起政府、業(yè)主等各界的高度關(guān)注，尤其是從事防腐蝕行業(yè)的同仁們快速響應(yīng)，仁者見仁、智者見智提出各種切實(shí)可行的改進(jìn)措施，來延緩水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕， 更好地保護(hù)國家重大的水利資產(chǎn)。

作者：繆奇華

來源：榮格-《涂料與油墨—中國版》

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