铁塔的镀锌构件的腐蚀与防护

　　【摘 要】对输电网中铁塔镀锌部件在服役过程中可能发生的腐蚀进行了分析。同时，根据输电网中金属部件的工作状态以及服役环境特点，并提出相应的控制措施。 

　　【关键词】铁塔；镀锌构件；腐蚀；防护 

　　钢结构用于其自重轻、强度高、韧性好、抗震与抗风性能优越、工业装配化程度高；综合经济效益显著、造型美观等优点，在输电线路中得到广泛应用。随着近20年来电网建设的迅猛发展，对杆塔支撑结构物提出了更高的要求。钢结构杆塔形式主要有桁架式角钢塔、钢管塔和钢管杆等，随着近年电网电压等级的升高，杆塔结构趋于高耸和大型复杂化，钢结构几乎成为超/特/高压输电杆的唯一选择。 

　　铁塔纵然有许多优点，但生锈腐蚀却是一个致命的缺点。铁塔的腐蚀防护是铁塔运行维护的主要内容之一，在整个寿命周期中占维修费用很大的比例。铁塔锈蚀还会引起铁塔构件截面减小、承载力降低，尤其因腐蚀产生的“锈坑”将使铁塔的脆性破坏可能性增大，轻则影响结构耐久性、缩短结构使用寿命，重则危及钢结构安全性并引发输电线路安全事故。因此，做好架空送电线路铁塔防腐蚀控制不仅可以为国家节约大量维修资金，而且也可以提高架空送电线路安全运行水平，是一项具有重大经济效益和社会效益的研究课题。 

　　1.输电网中镀锌金属部件的腐蚀 

　　根据杆塔结构的力学强度需要，杆塔所使用的金属材料一般为结构钢，螺栓材料为高强钢，北大核心期刊目录2014这些钢材在大气中的耐蚀性都比较低，均需要通过镀锌层进行保护。输电铁塔在各种环境中，会遇到各种各样的腐蚀，使的镀锌层加速破坏，锈蚀的输电铁塔力学性能会大幅度降低，杆塔发生腐蚀类型可能包括以下几个方面。 

　　（1）大气腐蚀。在大气环境中，输电杆塔表面的镀锌层由于雨淋或昼夜温差变化会附着一层水膜，该水膜因含有大气环境中的化学物质而成为电解质液膜。这样条件下，镀锌层就与空气中的氧、电解质液膜一起构成了有效的腐蚀电化，使铁塔表面的镀锌层发生腐蚀。大气腐蚀主要影响因素包括诸如相对湿度、降雨量、气温、风向、风速等气候因素，也包括氯化物、SO2、NO2以及颗粒物等污染源，它们均会影响到铁塔的腐蚀和使用寿命。在腐蚀过程中，镀锌层表面的锌逐渐转化为各种腐蚀产物，并随着日晒雨淋，这些腐蚀产物或粉化或冲走而露出新的腐蚀界面，最终使镀锌层减薄破坏而使铁塔失去保护。 

　　（2）应力腐蚀：输电铁塔在服役过程中，不同部位的受力状态也不同，且铁塔在服役中还会受到导线舞动、风振的影响，使铁塔的某些部位处于应力集中状态。这种应力状态与上述大气腐蚀环境共同作用，加剧了镀锌层的腐蚀。铁塔的应力腐蚀主要发生铁塔受力不对称的部位，或振动频繁的部位。应力对镀锌层腐蚀的促进作用是明显的。在应力和腐蚀体系的作用下，镀锌层原有的保护性氧化层或腐蚀产物会受到破坏。破坏处的镀锌层可与未破坏处的镀锌层构成新的腐蚀电化学体系，加剧了镀锌层的腐蚀。这样周而复始，使受应力作用的部位的腐蚀不断发展，直到发生断裂失效。应力腐蚀是一种危害性很强的腐蚀形态。由于应力腐蚀总是在应力集中处的局部位置发生，而且外观形貌变化不明显，发展到一定程度会突然断裂，猝不及防，成为安全生产的重大隐患。 

　　（3）缝隙腐蚀：铁塔的缝隙腐蚀主要发生在桁架铁塔各部件之间的连接处以及塔脚与混凝土基础之间的缝隙中。桁架铁塔在构建中主要通过螺栓将加工好的零部件组装而成。在组装中各零部件之间会由于表面不平整而产生间隙。当铁塔在雨林或者存在液膜时，由于毛细作用，电解质液膜就会进入缝隙中构成电化学腐蚀体系。在腐蚀过程中，由于内部去极化剂——氧的传质受到限制，使得缝隙内外转化为闭塞电池腐蚀，即内部发生金属的溶解而缝隙外部进行着去极化剂氧的还原，这种腐蚀形式腐蚀速度很高。同时，随着腐蚀的进行，缝隙内液体的pH值也会降低，加之电解体系中Clˉ的存在，还会产生自催化的加速过程，进一步加快了缝隙腐蚀的速度。缝隙腐蚀也具有较大的危害性，其腐蚀发生在缝隙内部，比较隐蔽，在巡检中不容易发现，但部件腐蚀失效时，可能会产生严重的破坏。 

　　（4）其它：铁塔可能发生的腐蚀还包括镀锌层表面污染物侵蚀和大气环境中固体颗粒的冲刷等。包括来自工业和海洋环境中的硫、氮氧化物和Clˉ以及来自铁塔自身腐蚀后的腐蚀产物，如铁锈（俗称淌黄水）。外来侵蚀物对镀锌层的腐蚀有很大影响。镀锌层表面液膜中的Clˉ或SO32- 对镀锌层表面氧化层或保护性的腐蚀产物的组成和结构有很大影响，使这些膜层的水溶性增加而失去对镀锌层的保护作用。当镀锌层表面存在从其他腐蚀生锈部件淌出的铁锈时，这些铁锈的Fe（Ⅲ）组分中可溶性的Fe3+与镀锌层发生反应，转化为Fe（Ⅱ）组分，使镀锌层腐蚀，而Fe（Ⅱ）组分又会与空气中的氧反应转化为Fe（Ⅲ）组分，这样周而复始，使铁锈作为“催化剂”促进了镀锌层的腐蚀。具体过程为： 

　　Fe3++Zn+2H2O=Fe（OH）2+Zn2++2H+ （1） 

　　2Fe（OH）2+O2+2H+=2Fe（OH）3 （2） 

　　2. 铁塔腐蚀控制措施 

　　（1）结合腐蚀速率的预测，在不同环境中应采用不同厚度镀锌层的金属部件。钢结构表面的镀锌层在既定的服役环境中有着较稳定的腐蚀速度。因此，在电力建设设计阶段，可以通过预测获得不同服役区域的腐蚀速度，并对钢结构的镀锌层厚度进行调整，确保金属部件在设计服役期间镀锌层保护的有效性。 

　　（2）加强施工工艺设计，消除安装施工过程中可能造成的腐蚀隐患。 

　　在部件设计和施工过程中可能造成的腐蚀隐患。在部件设计和施工阶段，结合可能出现的腐蚀形态，应有针对性地采取防护措施。如：在设计中做好各种零部件材料的选配和绝缘，以避免电偶腐蚀的发生；在容易出现缝隙的部位可以通过增加橡胶垫片或通过焊接、树脂涂覆等措施加以消除；通过结构优化消除可能发生的应力腐蚀；并重点加强巡检等。同时，应积极引进目前新材料和防腐新技术，如采用镀铝锌合金的钢丝，与目前同类型的镀锌处理钢丝相比，其寿命可延长2倍左右。 

　　（3）采用合理的涂层和电化学方法进行保护。针对特殊的服役环境 

　　可以结合环境特征采取相应的保护措施。如对海洋和工业区，除镀锌层保护外，还可以考虑引入耐候性能良好的涂层进行辅助保护；而对土壤和水体环境中的部件，则可以通过引入电化学保护降低部件的腐蚀速率等。 

　　3.结语 

　　镀锌层是输电网中金属部件的主要防护形式之一。镀锌层防护效果的好坏直接关系到输电设备的安全运行。从检修记录可以发现，输电网中不同类型的镀锌金属部件由于服役环境不同，可能发生的腐蚀形态也不近相同。因此，在输电网的设计、施工、运行和维护等各环节，做好材料的选配，采取合理的安装施工工艺，结合服役环境加强金属部件的腐蚀防护非常重要。同时，应加强针对输电网服役环境下的腐蚀机理与防护技术的研究及输电网在不同服役环境中腐蚀预测研究，为输电网的安全、健康运行提供技术支持。 

　　参考文献： 

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