低價中標(biāo)背后的思考：火力發(fā)電廠露天鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)探討及不同方案經(jīng)濟(jì)比較

近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的大幅增長，火力發(fā)電工程的建設(shè)步伐加快，鋼結(jié)構(gòu)或鋼構(gòu)件在工程中大量的應(yīng)用，國內(nèi)的工程建設(shè)對鋼結(jié)構(gòu)或鋼構(gòu)件的腐蝕防護(hù)并不是特別重視，腐蝕成為影響結(jié)構(gòu)安全性的重要因素。

由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失也是一個驚人的數(shù)字，國內(nèi)通過對5個行業(yè)的調(diào)查分析得出每年由于腐蝕造成的損失占國民經(jīng)濟(jì)的5%-6%。各國腐蝕防護(hù)專家普遍認(rèn)為，合理應(yīng)用腐蝕防護(hù)技術(shù)，會降低因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失25%-30%。本文對火力發(fā)電廠腐蝕環(huán)境較惡劣的露天鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)進(jìn)行探討。

▍ 一、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕分析

由于建筑結(jié)構(gòu)暴露在大氣中，其主要的腐蝕為大氣腐蝕。金屬在大氣中的腐蝕主要是金屬表面形成的電解質(zhì)液態(tài)膜與空氣中去極化因子同時作用的結(jié)果。存在電解質(zhì)液態(tài)膜時，陽極氧化反應(yīng)將金屬溶解，而陰極反應(yīng)通常被認(rèn)為是氧的還原反應(yīng)。

Fe→Fe2e+2e-   O2+2H2O+4e-→4HO

根據(jù)碳鋼在大氣中腐蝕的主要影響因子，得出的腐蝕速率經(jīng)驗計算公式：

M=0.484T+0.701W+0.075H+8.202S-0.022Y-52.67 式中：M—碳鋼在大氣中的腐蝕量，mg/(dm2·d)；

T—地區(qū)氣溫，℃；

W—地區(qū)濕度，%；

H—海鹽粒子量，mg/L；

S—SO2量，mg/(dm2·d)；

Y—降水量，mm.

從以可以看出，對暴露在空氣中的鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕相關(guān)因素為氣溫、濕度、海鹽粒子量（主要為氯離子腐蝕）和SO2量。

國內(nèi)一些科研單位對碳鋼及耐候鋼經(jīng)8年自然暴曬試驗的數(shù)據(jù)如下（μm/a）：

由上表可見，海洋大氣環(huán)境的腐蝕遠(yuǎn)大于內(nèi)陸環(huán)境，南方潮濕環(huán)境大于北方干燥環(huán)境。試驗驗證了大氣腐蝕破壞的本質(zhì)和速率是由表面薄電解質(zhì)液膜成分和性質(zhì)決定的，普遍認(rèn)為大氣腐蝕的因素中濕度（濕潤時間）、SO2和氯化物污染水平最為關(guān)鍵。

按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的腐蝕分類體系， ISO12944標(biāo)準(zhǔn)將腐蝕類型分為以下幾類。

▍ 二、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的有機涂層腐蝕防護(hù)

涂料覆蓋層俗稱“油漆覆蓋層”，它是應(yīng)用最廣泛的一種防腐蝕方法。我國在20世紀(jì)五六十年代涂料的產(chǎn)量就達(dá)到 600 萬噸，日本的涂料覆蓋層在防腐蝕領(lǐng)域占有 62%—63%的比例，可見涂料覆蓋層在鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)中占有很大的比例。

由有機高分子化合物為主體組成覆蓋層統(tǒng)稱為有機覆蓋層。有機涂料覆蓋層是通過阻抗抑制、氧缺乏、阻止金屬向環(huán)境放電和緩蝕技術(shù)來達(dá)到腐蝕防護(hù)的目的。

阻抗抑制：涂膜的作用類似于離子過濾器，它保證任何通過涂膜連續(xù)區(qū)到達(dá)金屬表面的水分在涂沫-金屬界面都要具有足夠高的阻抗，從而抑制陽極區(qū)和陰極區(qū)間的電流遷移。

氧缺乏：合適配方的涂膜可以阻止足夠的氧達(dá)到金屬，從而阻礙陰極反應(yīng)。

阻止金屬向環(huán)境放電：陰極保護(hù)在涂膜中通過阻止金屬向環(huán)境放電來保護(hù)金屬底漆。為達(dá)到這一效果，可以在金屬表面應(yīng)用陽極金屬涂膜（通過鋅來保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)）。涂料中鋅粒的擔(dān)載量要足夠高，從而保證有連續(xù)的電流可以穿過涂層。如能確保電流連續(xù)的從涂層到環(huán)境放電，金屬就可以保護(hù)。

緩蝕技術(shù)：緩蝕涂層通過改變界面環(huán)境使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到鈍化或緩蝕，從而控制腐蝕。

有機涂層防腐體系是利用上述的一種或兩種技術(shù)的組合達(dá)到控制金屬腐蝕的目的，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（第三版）給出的油漆配套組合紅丹系列、氯化橡膠系列、氯磺化聚乙烯系列等多是阻抗抑制、氧缺乏和緩蝕的綜合應(yīng)用。環(huán)氧富鋅底漆屬則是通過油漆中的鋅粒的放電來保護(hù)金屬基層，相對保護(hù)效果比較好。

在室外使用的耐候性樹脂覆蓋層的耐久性按下面的順序遞增：

油脂≤酚醛≤醇酸樹脂≤氯化橡膠系≤丙烯酸系≤聚氨脂系≤丙烯酸有機硅≤氟樹脂類

各類樹脂的耐久性與價格相對比較如下：

有機涂料覆蓋層防腐蝕壽命的決定因素有材料質(zhì)量、涂層厚度、施工質(zhì)量和使用環(huán)境等，一般影響涂層使用壽命的因素比例如下：

由此可見基體表面處理對涂層質(zhì)量影響較大，一般要求：

（1）基面要干凈、無油污、無雜質(zhì)、無焊藥、表面平整、無毛刺等。

（2）表面干燥無水分，特別是酸洗、磷化前處理的基面，一定要表面干燥完全之后才可以涂裝。

（3）不同基體表面的粗糙度要求不同。

2.2   鋼結(jié)構(gòu)的無機非金屬涂層腐蝕防護(hù)

以非金屬元素氧化物或金屬與非金屬元素生成的氧化物為主體構(gòu)成的覆蓋層統(tǒng)稱為無機非金屬覆蓋層。無機非金屬覆蓋層具有耐熱、耐蝕和高絕緣性的優(yōu)點，但由于其脆性大沖擊韌性差在建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)中應(yīng)用受限。

2.3   鋼結(jié)構(gòu)金屬覆蓋層腐蝕防護(hù)

凡把一種（或多種）金屬通過一定的工藝方法牢固地附著在其他基體上，而形成幾十微米乃至幾個毫米以上的功能覆蓋層稱為金屬覆蓋層。

鋼結(jié)構(gòu)用金屬覆蓋層大多為鋅及其合金，常采用的工藝有電鍍、熱浸、噴涂、擴(kuò)散和機械鍍等。鋁及其合金的應(yīng)用也在鋼結(jié)構(gòu)有應(yīng)用，其工藝為噴涂、熱浸、擴(kuò)散、包縛和氣象沉積等，鋁的耐蝕性遠(yuǎn)高于鋅，但其工藝性能不如鋅覆蓋層，特別是在噴厚之后，其韌性以及其與基體的結(jié)合能力較差，在建筑結(jié)構(gòu)中較少應(yīng)用。

火力發(fā)電工程中對于金屬覆蓋層應(yīng)用最廣泛的的一般為輸變電的塔架、空冷平臺、室外平臺格柵板等，近年來由于沿海電廠腐蝕較重，也有工程在室外露天鋼結(jié)構(gòu)中采用鋅金屬覆蓋層。我國在19世紀(jì)五六十年代就開始鋅金屬覆蓋層的應(yīng)用，主要為熱噴和熱浸工藝，近年來隨著技術(shù)交流和進(jìn)步，在國外廣泛使用的冷噴鋅技術(shù)開始在國內(nèi)電力工程建設(shè)中應(yīng)用。

熱噴涂工藝：利用不同的熱源，將材料溶化、霧化后，高速堆積到基體表面，形成一定厚度的金屬附著層。

熱噴涂的優(yōu)點是適用范圍廣，即可大面積附著，又可局部修復(fù)，工藝靈活即可工廠施工又可以現(xiàn)場施工，厚度易于控制，便于和其他工藝形成復(fù)合功能覆蓋層；缺點是和基層結(jié)合力受到限制，一般以機械結(jié)合為主，小面積噴涂不經(jīng)濟(jì)，且噴涂層的孔隙率較高易形成點蝕。

熱浸工藝：把金屬構(gòu)件表面經(jīng)過預(yù)處理后全浸入某一種熔融金屬溶液里，熔融金屬與構(gòu)件表面發(fā)成一定的冶金介面擴(kuò)散而形成的金屬覆蓋層。熱浸鍍金屬工藝一般分為溶劑法和氧化還原法（“森吉米爾法”），溶劑法又分為“濕法”和“干法”。

國內(nèi)工廠化生產(chǎn)工藝，一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用的是溶劑干法，而板材和鋼帶多采用氧化還原法。溶劑干法的工藝流程：除油 -熱水洗-酸洗-水洗-溶劑預(yù)處理-干燥-熱浸鍍-冷卻或后處理-檢驗，其特點是金屬覆蓋層和基層結(jié)合好，防腐蝕性能較熱噴涂高，缺點是構(gòu)件經(jīng)熱浸金屬覆蓋層處理后有變形，表面不均勻，處理處理尺寸受熱浸槽影響，環(huán)保法規(guī)限制較多。

熱噴涂和熱浸鍍工藝因都是需要在特定的溫度條件下進(jìn)行，能耗高，對周邊環(huán)境有影響，工藝成本較高，現(xiàn)場修復(fù)條件差。

冷噴鋅工藝：通過涂裝工藝在金屬構(gòu)件表面形成鋅金屬保護(hù)膜，具有陰極保護(hù)（陽極犧牲）功能。冷噴鋅干膜內(nèi)含純鋅達(dá) 96％以上，其腐蝕機理均屬于陰極保護(hù)電化學(xué)理論。冷噴鋅涂層，同時自身具有良好屏障保護(hù)，形成雙重保護(hù)作用，使它具備優(yōu)異的防腐性能。其特點是環(huán)境友好，涂層和基層結(jié)合力好，便于施工，易于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性好。

碳鋼、鋅的大氣腐蝕速率比較：                             單位：μm/a

熱鍍鋅不同厚度的耐大氣腐蝕壽命：                         單位：a

▍ 三、火力發(fā)電廠露天鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)方案選擇

3.1 腐蝕防護(hù)方案選擇原則

隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，火力發(fā)電廠露天鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)方案的選擇，應(yīng)滿足使用功能和壽命要求，本著安全可靠，便于施工、維護(hù)，環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)合理的原則。

按照一般經(jīng)驗，各種防腐蝕方法單位面積的費用按下列順序遞增：

緩蝕劑<有機涂層<無機涂層<有機層加陰極保護(hù)<金屬層<金屬（或轉(zhuǎn)化膜）層加有機層<包裹層<復(fù)合材料<耐蝕材料<高耐蝕材料

一般按照電廠所處地區(qū)的環(huán)境條件的不同按以上順序選擇合理的涂裝材料。筆者認(rèn)為內(nèi)陸地區(qū)可選用環(huán)氧富鋅底漆配套環(huán)氧云鐵中間漆和氯化橡膠面漆；在沿海地區(qū)由于環(huán)境濕度大，空氣中含鹽粒子量大，一般采用環(huán)氧富鋅類油漆 3-7 年就需要維護(hù)性涂裝，且可維護(hù)性較差，可采用全壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較好的冷噴鋅復(fù)合涂層方案。

3.2 沿海大氣環(huán)境火力發(fā)電廠露天鋼結(jié)構(gòu)兩種腐蝕防護(hù)涂裝方案的經(jīng)濟(jì)比較

注：1 以上表中防腐總費用為估算價格，參考的是華中地區(qū)火力發(fā)電國華廠露天鋼結(jié)構(gòu)防腐平均施工費用，地區(qū)不同，各廠設(shè)備條件不同費用會有差異，僅供參考。

2 表中涂料價格僅供參考，施工損耗系數(shù)按照 20％計算，實際施工時根據(jù)施工廠家技術(shù)條件不同，會有差異。

電力工程建設(shè)中露天鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層需經(jīng)常性維護(hù)，耗費了大量的人力和物力，一些較先進(jìn)的防護(hù)方案卻由于初始投資稍高，沒能在重要工程中應(yīng)用。

希望本文能夠給大家一些啟示，工程中通過合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在特定環(huán)境下選擇適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)材料，使防護(hù)方案和工程投資找到最優(yōu)和平衡點，實現(xiàn)壽命期效益最大化的工程建設(shè)目標(biāo)。