水工钢结构腐蚀防护技术与应用进展

我国有丰富的水利资源，在水利资源的规划、建设和使用中，不可避免地需要采用钢结构。水工钢结构就是指在水利建设工程中采用的各类钢结构，主要包括船闸、船坞、船闸启闭机、浮式系船柱、泵站结构、拦污栅、水库闸门、水电站机堆和输电塔等。这些水工钢结构在不同的水利工程中起到不同的重要作用，主要用于支撑、承载、散流、起重、导流、封闭等用途。如同其他行业的钢结构，水工钢结构同样面临着在长期使用、运营中因环境条件、腐蚀特征、维护管理而产生的腐蚀问题，导致现有的水工钢结构需要定期维修或更换，从而影响运营和效益。

水工钢结构腐蚀的特点和分级

众所周知，腐蚀是金属结构应用中的一大缺陷。根据 ISO12944-2018 和《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》，以及参考最新《水工金属结构防腐蚀技术规范》（SL/T 105-2025），水工腐蚀环境可分为“大气区”、“浪溅”、“水位变动区”、“水下区”和“泥下区”五大区域，其中浪溅区和水位变动区的腐蚀速率可达大气区的 3-5 倍。与海洋环境相比，内河腐蚀看似温和，其环境明确归类为 Im1（淡水腐蚀环境）（ISO 12944：2017 标准），水位变动区和浪溅区的腐蚀问题尤为突出。该区域因氧气供应充分且电解质流动连续，导致局部腐蚀速率加快，碳钢腐蚀速率可达 0.3-1.2mm/年，是水下区的 2-3 倍。典型案例显示，长江流域某船闸人字门在运行 7 年后，水位变动区出现深度>2mm的多发性腐蚀坑，导致密封失效。

现存防腐蚀技术的局限性分析

然而，当前水工钢结构腐蚀的防护技术存在着多方面的局限性。 首先，在材料层面，传统环氧树脂涂层在长期湿热环境中易诱发氧化、水解反应，导致附着力下降和起泡问题。淡水环境中硫酸盐还原菌（SRB）对钢结构的腐蚀尚未得到足够重视。硫酸盐还原菌（SRB）代谢产生硫化氢，加速金属溶解，尤其在水流滞缓区域，产生微生物诱导腐蚀（MIC）。现有工业领域的防腐涂料大都无抗菌功能，更没有针对硫酸盐还原菌的专用产品。

其次，在施工层面，表面处理的施工质量直接决定了涂层寿命。表面处理的除锈等级控制不足，如清洁度未达 Sa2.5 级、粗糙度不达标，部分项目为降低成本，将喷砂除锈（Sa2.5 级）降级为手工除锈（St2 级），导致涂层结合力下降 30%以上，最终造成涂层提前失效。另外，焊缝处理不到位，焊渣、飞溅物未彻底清除，使得焊缝防护薄弱，热影响区涂层覆盖不均，成为涂层点蚀的起源点。

表：水工钢结构不同腐蚀环境分级及影响

备注：*是参考《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》（JTS153-3-2007）。

最后，在技术应用层面，整个环境对防护涂层的影响极大。常规防护体系难以应对极端环境的挑战，如高紫外线地区的涂层粉化、高盐雾区的点蚀穿孔问题。在水下区还有很多淤泥，此处受微生物和电化学腐蚀的双重影响。含沙水流（如长江上游含沙量>2kg/m³）在 40° 冲角时对涂层冲蚀量达到峰值，冲刷腐蚀协同效应，易导致局部的保护层失效。2023 年数据显示，全球因腐蚀导致的水工钢结构维修成本超过 92 亿美元，其中 40%以上与涂层早期 失效相关。

涂料涂装技术的创新路径

正是由于腐蚀对水工金属结构所造成的损失和破坏巨大，如何对水工金属结构进行长效防腐已越来越引起人们的重视。如何有效地解决这个实际问题，提高金属结构的防腐技术和防腐质量成为当务之急，给防腐蚀行业带来了机遇和挑战。合理的防腐蚀措施是延长水工钢结构使用寿命的关键，笔者在涂料行业工作多年，认为高性能、环保型涂料和其涂装可为水工钢结构上的防腐优先带来了新的实践。

在涂料产品材料方面，进一步深度开发高性能环氧树脂涂层技术，既能提升在相对湿度较高的环境下固化，解决临海临河高湿环境下的施工难题，又能降低 VOC 含量，符合绿色环保的国策。在传统环氧体系中添加合理比例的功能化填料（玻璃鳞片、石墨烯），形成“迷宫效应”阻隔路径。实验证明其抗冲蚀性能提升 2 倍（冲蚀量降至 60mg/cm²），特别适用于闸门水位变动区。 快速推广先进的自修复水性聚氨酯，其作用原理是引入微胶囊化缓蚀 剂（苯甲酸钠），当涂层破损时释放修复物质，发挥自修复功能。在国内水厂的试点工程中实现 72 小时自修复率>90%的高效。

在涂装施工中，可采用高压水喷射、激光清洗的技术，全面高效地清除表面锈蚀、氯化物残留（清除率>99%），焊缝区域精准除锈，清洁度达 Sa3 级，且无粉尘污染。积极利用新科技 AI 技术，增加智能化涂装系统，如 AI 视觉针孔检测系统，较人工检测效率提升10 倍 以上，大大提升了涂层在长期服役使用中的性能，降低了涂层在服务年限中的失效概率和程度。

在水工钢结构的后期使用、运营、维护管理中，利用最新的 AI 高科技，对所产生的腐蚀进行智能监测与维护体系，如嵌入式腐蚀传感器，埋入涂层后可实时监测温度、Cl⁻浓度、 腐蚀电位、结构应变等参数，通过机器学习算法提前 30 天预警失效风险，准确率可达 85%。 无线电位遥测技术适用于水下闸门，每 2 小时采集一次电位数据，评估阴极保护状态。

展望

2024 年水利建设投资达 1.38 万亿元，实现项目多达近 47000 个。同时，水利部明确 2025 年将“继续保持水利建设规模”。因此，根据最新政策动向和地方规划数据，2025 年水利项目新建数量呈现全国性增资趋势。由于水工钢结构长期暴露在严酷腐蚀环境中，或长期处于 侵蚀性介质中，遭受着不同程度的电化学侵蚀，同时还受到高速水流和风浪的冲击，以及泥沙、冰凌的磨损，致使一些水工金属结构遭受严重破坏。其腐蚀问题已成为影响水利设施寿命和安全的关键因素，必须引起政府、业主等各界的高度关注，尤其是从事防腐蚀行业的同仁们快速响应，仁者见仁、智者见智提出各种切实可行的改进措施，来延缓水工钢结构腐蚀， 更好地保护国家重大的水利资产。

作者：缪奇华

来源：荣格-《涂料与油墨—中国版》

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