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    关于铜包钢接地体对钢质结构腐蚀机理分析和防止措施
    发布时间：2014-7-15


    浙江省乐清市华厦防雷器材厂
    --- 汤志理 章国林

     [摘　要]混凝土对基础钢筋有自我保护功能。铜在地中的平衡电位比通常接地用的金属材料都高，会影响钢结构腐蚀。实践中可以做到影响极小，所以铜对钢会加速腐蚀的担扰是没有必要。
    [关键词]铜、钢混合接地 腐蚀机理 解决办法
    　　在各种接地装置设计施工中，常常会碰到不同金属材料的接地体互相联结会加速较活泼金属腐蚀的问题。如地中的铜包钢接地体、热镀锌钢接地体与自然接地体基础混凝土中的钢筋，及与各种钢质、铸铁管线等的联结，其中以铜材影响基础钢筋腐蚀问题最为突出。本文就这一问题的化学机理、影响路径、腐蚀程度和处理办法作一些探讨： 
    一、混凝土中的裸钢材或镀锌钢材做接地体防腐蚀性能分析
    　　敷设在混凝土中的裸钢或镀锌钢比敷设在地中的受腐蚀程度要小得多，因为混凝土的细孔水和毛细管水的碱性特性能使混凝土中的钢材具有高防腐性能。如图1的铁/水系统的电位—pH值图所示，可以明显看出，当pH值为6～7.5多数土壤表现出中性反应时，而在混凝土（如矿渣水泥做成的混凝土）里的自由水由于Ca＋和OH－离子含量高而pH值为12～12.7。这样高的pH值铁质会变成惰态物，这是由于生成一层≥2mm厚度的Fe3O4和Fe2O3金属氧化膜的缘故。
    　　同样，锌在混凝土中也具有极好的耐腐蚀性。虽然Zn是碱敏感金属，但其防腐特性不是通过有导电性的惰态氧化层（如裸钢材的情况那样）起作用，而是由于形成ZnO、Zn（OH）2和碱性碳酸盐的覆盖层，这些生成物是难溶解物质，实验证明1这些覆盖层的可耐性范围正好处于混凝土的细孔水和毛细管水的pH值12～12.7范围，使锌的腐蚀倾向极小。
    　　所以我们得出这们的结论：混凝土具有高防腐蚀性能，在混凝土中的钢材会形成自我保护性惰态物覆盖层，使用中就不必顾虑受到腐蚀的问题。
    二、铜材对钢质结构腐蚀影响的机理分析 
    　　从图2可以看出，铜在地中具有较高的平衡电位，当埋在地中的铜质接地体（如铜包钢材料）与相邻的钢质结构（如水管、油管、气管等）连在一起时，存在着钢质结构受腐蚀的危险，因为这些钢铁部件没有混凝土保护层。我们现在就来讨论这种腐蚀的机理及可能产生的腐蚀程度，从而找到防止的方法。
    　　当一种不太活泼的金属（铜）和另一种比较活泼的金属（铁）在同一环境下相接触时，组成电隅并引起电流的流动，从而造成腐蚀，这种腐蚀叫双金属电隅腐蚀，也称接触腐蚀。由于铜和铁的驱动电势非常低（从图2中可以查得铜与各种环境下的钢铁、铸铁的电位差），所以造成这种腐蚀的首要条件是两种金属直接接触而形成的双金属界3，如果改正两金属连接办法来消除这种接触界面或隔开一定的距离，就不会产生这种接触腐蚀。消除两种金属连接的接触界面最好办法就是将两种金属熔接，因为熔接就不会有离子传导产生。
    　　另一种是原电池电化学腐蚀，如图3所示。这种腐蚀是两种地下相邻的不同金属（铜与铁）在潮湿的土壤里形成原电池。由于原电池电化学作用对阳极（铁）有电解腐蚀，影响这种腐蚀程度与土壤的性质、潮湿程度及阴、阳极面积的比例有关，这些是决定两电极电离程度和离子交换通路形成的因素。其中影响****的一个重要因素是两种金属的表面积之比，阴极（铜）的面积相对于阳极（铁）的面积越大，对阳极（铁）的腐蚀就越大，反之就越小。在实际应用中，铜包钢接地线（棒）的表面积相对于邻近的钢质结构的表面积是微不足道的，因此这种“小阴极”对“大阳极”的腐蚀也是微不足道的。这种理论上存在的“原电池”电化学腐蚀在石化工程实践中也证明它的影响是极小极小的2。
    　　根据以上分析，在工程施工工艺上注意以下几点，就可以避免和消除铜包钢接地装置对相邻钢质结构的腐蚀影响。
    1、铜包钢接地装置与附近的钢结构相连时，必须采用热焊熔接或专用的铜/铁过渡板产品，它可以消除双金属（铜与铁）电偶效应局部腐蚀现象。　　因为这能使两种不同金属之间的连接点是分子结合，电流通道中没有接触面，更没有机械性压力，因此不会松动和腐蚀3。
    2、如果接地网铜包钢与钢质结构不是相连处而是相邻部位，可采取隔离办法，减弱或消除电化学腐蚀。
    　（1）在钢结构外层如钢质管道等包裹防腐介质；
    　（2）如果是铜包钢接地装置在其它钢结构管道安装完毕施工的，可在与钢质结构相邻段的铜包钢接地体，采取介质隔离（如在铜包钢接地线上串PV塑料管隔离，接地棒四周距离不够，采用引出一定距离做接地井的办法）。
    　（3）相隔一定距离（≥2m）布设就可达到自然隔离作用4。
    　　总之，铜包钢接地体在与自然（或人工）接地体钢质结构混合设计施工时，因基础混凝土有保护性能，正常情况下可不必顾虑影响基础钢质结构的腐蚀问题；在施工措施上采用的原则是用热焊熔接方法5或使用CF型铜/铁过渡板解决两种不同金属的连接问题，以消除连接处的接触界面；用适当的隔离方法阻断原电池离子产生及通路，从而避免铜接地体对钢质材料腐蚀的影响。
    参考文献
    1《基础接地体与腐蚀危险》1999年11月，石化设施防雷技术及标准研讨学术交流会资料；
    2《关于铜包钢接地极（线）对基础的腐蚀问题》2001年11月，中国茂名石化设计院技术报告；
    3《关于与钢的等电位联结的难题》李承耀 译 建筑电气资讯2002第4期、VOL.8 NO.87；
    4《建筑物防雷设计规范》GB－50057－94（2000年版）2001年2月，中国计划出版社；
    5《CW系列放热熔接及接地》