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接地降阻劑用量對輸電桿塔接地電阻影響試驗報告
發布時間：2020-07-02 瀏覽次數：2815次
接(jie)地降阻(zu)劑(ji)用量對輸電桿塔接(jie)地電阻(zu)影(ying)響(xiang)試(shi)驗(yan)報(bao)告
接(jie)(jie)地(di)降阻(zu)劑(ji)在(zai)變電(dian)所(suo)及輸電(dian)線路的(de)接(jie)(jie)地(di)網(wang)上已應有多年，并取得了良好的(de)接(jie)(jie)地(di)降阻(zu)效果(guo)。但(dan)是該型接(jie)(jie)地(di)降阻(zu)劑(ji)開發(fa)(fa)初(chu)期使用(yong)(yong)的(de)線路，例(li)如(ru)湖北省咸寧和(he)十堰供電(dian)局所(suo)屬的(de)若(ruo)干基輸電(dian)鐵塔接(jie)(jie)地(di)網(wang)在(zai)四(si)年運行后經開挖(wa)發(fa)(fa)現，接(jie)(jie)地(di)網(wang)鋼材出現銹蝕和(he)接(jie)(jie)地(di)電(dian)阻(zu)升高的(de)現象(xiang)。為分析此現象(xiang)的(de)原(yuan)因，并進一步采用(yong)(yong)相應的(de)改進措(cuo)施，我們進行了專門的(de)試驗研究，現綜述如(ru)下：
一(yi)、腐蝕原因(yin)的(de)分析及有(you)關的(de)試驗結果
1、裸鋼(gang)試片和包(bao)覆(fu)接地降(jiang)阻劑鋼(gang)試片的埋(mai)地腐蝕試驗
在惡劣的(de)土(tu)壤條件下（土(tu)壤電阻(zu)率＜0.1Ω·m，土(tu)壤處(chu)于潮濕狀態），將裸鋼試(shi)片(pian)（4×16×49 mm）和包(bao)覆(fu)接地(di)降阻(zu)劑(ji)鋼試(shi)片(pian)埋于地(di)下（埋入(ru)深度約(yue)0.6 m，埋入(ru)時間(jian)724小時），所(suo)得(de)結果如表1所(suo)示。兩(liang)種鋼試(shi)片(pian)的(de)銹蝕(shi)情況可(ke)由照(zhao)片(pian)1和2看出（照(zhao)片(pian)見后(hou)面的(de)彩頁）。
表1 裸鋼試(shi)片和(he)包覆接地降阻(zu)劑鋼試(shi)片的(de)埋地腐蝕試(shi)驗
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編 號(hao)
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裸 鋼 試(shi) 片(pian)
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包 覆 降 阻 劑 鋼 試 片
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||
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g/m2·hr
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mm/a
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g/m2·hr
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mm/a
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1
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0.997
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1.120
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0.0017
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0.0019
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|
2
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0.775
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0.848
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0.0017
|
0.0019
|
|
平均
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0.876
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0.984
|
0.0017
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0.0019
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由(you)上(shang)述結(jie)果(guo)可(ke)清楚地看(kan)出，該接(jie)地降阻劑對包覆在其內的鋼材(cai)具有良好的防蝕性(xing)能(neng)。
2、鋼(gang)試片和包(bao)覆(fu)接地(di)降阻劑鋼(gang)試片埋入土壤中(zhong)的電化學特性
接(jie)地網鋼(gang)材在(zai)(zai)(zai)(zai)土(tu)壤中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)屬電化(hua)學腐蝕(shi)，因而(er)測量鋼(gang)試片(pian)在(zai)(zai)(zai)(zai)土(tu)壤中(zhong)(zhong)電極電位(wei)(wei)隨(sui)時間的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)值可判斷鋼(gang)材在(zai)(zai)(zai)(zai)土(tu)壤中(zhong)(zhong)是處在(zai)(zai)(zai)(zai)活化(hua)（銹(xiu)蝕(shi)）或(huo)鈍(dun)化(hua)（防蝕(shi)）狀態。測量是用(yong)銅(tong)／硫酸銅(tong)參(can)比電極和萬用(yong)表(biao)進行的(de)(de)(de)。當土(tu)壤中(zhong)(zhong)鋼(gang)試片(pian)的(de)(de)(de)自然腐蝕(shi)電位(wei)(wei)向(xiang)(xiang)正(zheng)值方(fang)向(xiang)(xiang)（即(ji)向(xiang)(xiang)負(fu)值減(jian)小的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)）變(bian)(bian)化(hua)時，說(shuo)明鋼(gang)試片(pian)正(zheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)發(fa)生(sheng)鈍(dun)化(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)；相(xiang)反，當鋼(gang)試片(pian)的(de)(de)(de)自然腐蝕(shi)電位(wei)(wei)向(xiang)(xiang)負(fu)值方(fang)向(xiang)(xiang)（即(ji)向(xiang)(xiang)更負(fu)的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)）變(bian)(bian)化(hua)時，即(ji)說(shuo)明土(tu)壤中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鋼(gang)試片(pian)是處在(zai)(zai)(zai)(zai)活化(hua)狀態，即(ji)正(zheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)發(fa)生(sheng)銹(xiu)蝕(shi)過(guo)程(cheng)(cheng)。裸(luo)鋼(gang)試片(pian)和包覆接(jie)地降阻(zu)劑的(de)(de)(de)鋼(gang)試片(pian)在(zai)(zai)(zai)(zai)土(tu)壤中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)電位(wei)(wei)隨(sui)自然腐蝕(shi)時間的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)情況如表(biao)2所(suo)示。由表(biao)2可看出，接(jie)地降阻(zu)劑對埋入(ru)其中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鋼(gang)試片(pian)有(you)自然鈍(dun)化(hua)作(zuo)用(yong)。
表2 裸鋼試片(pian)(pian)和包(bao)覆接(jie)地降(jiang)阻劑鋼試片(pian)(pian)在土壤中的(de)電(dian)極電(dian)位(wei)變化
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測量時間(jian)
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包覆降阻劑鋼試片電位（mV）
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裸鋼試片電位（mV）
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99.04.26
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-206.4
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-609.5
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99.04.30
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-203.5
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-632.1
|
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99.05.04
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-199.6
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-636.8
|
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99.05.07
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-192.8
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-640.0
|
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99.05.10
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-155.1
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-643.4
|
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99.05.15
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-144.6
|
-645.4
|
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99.05.18
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-137.2
|
-651.0
|
|
99.05.20
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-129.7
|
-658.8
|
|
99.05.23
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-100.1
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-661.0
|
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99.05.27
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—
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-661.3
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3、CC系(xi)列接地降(jiang)阻劑屬導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)型無機硅酸(suan)鹽類材(cai)(cai)料（又稱導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)混凝土(tu)(tu)(tu)），其某些物理化(hua)學和電(dian)(dian)化(hua)學特(te)(te)性，例如水(shui)浸出(chu)液(ye)的(de)(de)pH值、加水(shui)硬化(hua)特(te)(te)性、鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)自(zi)然鈍(dun)化(hua)特(te)(te)性等(deng)都與鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋混凝土(tu)(tu)(tu)中鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)特(te)(te)性相近似，因此可用研究混凝土(tu)(tu)(tu)內鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)方法(fa)來研究包(bao)覆CC系(xi)列接地降(jiang)阻劑的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)情(qing)況。圖(tu)1是包(bao)覆CC導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)混凝土(tu)(tu)(tu)接地降(jiang)阻劑的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)試片上(shang)(shang)有(you)不(bu)(bu)同寬(kuan)度(du)(du)的(de)(de)裂縫(feng)(feng)時(shi)的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)電(dian)(dian)位(wei)(wei)隨時(shi)間的(de)(de)變化(hua)。由(you)該(gai)圖(tu)可看出(chu)，當導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)混凝土(tu)(tu)(tu)上(shang)(shang)沒有(you)裂紋時(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在其中有(you)自(zi)然鈍(dun)化(hua)作用，不(bu)(bu)僅(jin)電(dian)(dian)位(wei)(wei)值較正(zheng)，而且隨時(shi)間的(de)(de)延長而向正(zheng)值變化(hua)（曲線1）。隨著裂縫(feng)(feng)寬(kuan)度(du)(du)的(de)(de)增大(da)，電(dian)(dian)位(wei)(wei)值更負（曲線7）。而裸鋼(gang)(gang)(gang)(gang)（即(ji)未包(bao)覆導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)混凝土(tu)(tu)(tu)）的(de)(de)電(dian)(dian)位(wei)(wei)達到(dao)-600mV（曲線1）。按照鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋電(dian)(dian)位(wei)(wei)和腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性判斷標(biao)準（表3），可知裸鋼(gang)(gang)(gang)(gang)埋在土(tu)(tu)(tu)壤內必然會(hui)受到(dao)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。在沒有(you)裂縫(feng)(feng)的(de)(de)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)混凝土(tu)(tu)(tu)內通常由(you)于自(zi)然鈍(dun)化(hua)作用而不(bu)(bu)易受腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)；若導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)混凝土(tu)(tu)(tu)留有(you)縫(feng)(feng)隙(xi)，就會(hui)造(zao)成其內部(bu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，裂縫(feng)(feng)愈(yu)寬(kuan)，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)愈(yu)嚴重。裂縫(feng)(feng)寬(kuan)度(du)(du)與鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)上(shang)(shang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)坑的(de)(de)平均(jun)深度(du)(du)如圖(tu)2所(suo)示。可以看出(chu)，混凝土(tu)(tu)(tu)裂縫(feng)(feng)愈(yu)寬(kuan)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)筋上(shang)(shang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)孔的(de)(de)平均(jun)深度(du)(du)愈(yu)深，亦即(ji)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)愈(yu)嚴重。
表3 混凝土鋼筋電位和腐蝕性(xing)
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項 ; 目(mu)
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Ⅰ
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Ⅱ
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Ⅲ
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來源
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混(hun)凝土(tu)鋼筋(jin)電位(wei)，mV
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高于-200
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-200～-300
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低于-300
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美國ASTM876-77
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判(pan) 別
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90%不腐蝕
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不確定
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90%腐(fu)蝕(shi)
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混凝土鋼筋(jin)電位，mV
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0～-300
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-300～-400
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-400～-700
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蘇州水泥制(zhi)品研(yan)究院
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判 別
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不腐蝕(shi)
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不確(que)定
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腐蝕(shi)
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4、腐蝕原因分(fen)析
（1） CC系列接(jie)地(di)降阻(zu)劑(ji)又稱導電混凝土(tu)，具(ju)有混凝土(tu)的某(mou)些(xie)理化特性(xing)，其水浸出液pH＞12，同(tong)時該接(jie)地(di)降阻(zu)劑(ji)還含有一定(ding)量(liang)的緩蝕劑(ji)。包覆(fu)在接(jie)地(di)降阻(zu)劑(ji)內的接(jie)地(di)網鋼材，在高堿性(xing)環(huan)境下將發(fa)生自(zi)然(ran)鈍化作用。因(yin)此，就一般地(di)質環(huan)境來說，其腐蝕速(su)度是很低的（如表(biao)1所示），不足(zu)以對接(jie)地(di)網構成(cheng)威脅。
（2） 根(gen)據(ju)圖1和(he)圖2試驗結果可得(de)出結論(lun)，由(you)于(yu)包覆接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑(ji)時施(shi)工不良(liang)造成接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)(ti)周(zhou)邊(bian)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑(ji)出現(xian)裂(lie)縫或(huo)蜂(feng)窩(wo)，會對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕產(chan)生(sheng)重要(yao)影響(xiang)。照(zhao)片3和(he)4是施(shi)工良(liang)好的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑(ji)（接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)材的(de)(de)(de)腐(fu)蝕速度為(wei)0.0019 mm/a）和(he)施(shi)工不良(liang)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑(ji)（已發現(xian)接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)材有銹(xiu)(xiu)蝕）的(de)(de)(de)剖開情況（照(zhao)片見(jian)后面(mian)的(de)(de)(de)彩頁）。可以(yi)看出，在包覆接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑(ji)的(de)(de)(de)施(shi)工過(guo)程中若加水比例過(guo)少(shao)或(huo)在包覆過(guo)程中對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑(ji)振(zhen)搗不均，陡有可能留(liu)下(xia)裂(lie)縫或(huo)蜂(feng)窩(wo)的(de)(de)(de)隱(yin)患，從而造成接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)材的(de)(de)(de)腐(fu)蝕。由(you)于(yu)鐵銹(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)電(dian)阻率高(gao)于(yu)純鐵的(de)(de)(de)電(dian)阻率，所以(yi)一(yi)旦接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)(ti)發生(sheng)銹(xiu)(xiu)蝕，必然會引起接(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)電(dian)阻的(de)(de)(de)升高(gao)。
（3） 使用(yong)(yong)接地(di)(di)降阻劑(ji)發生腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)另一(yi)(yi)原因，是一(yi)(yi)些單(dan)位(wei)為(wei)節省費用(yong)(yong)而(er)減少接地(di)(di)降阻劑(ji)的(de)(de)用(yong)(yong)量，造成(cheng)包(bao)覆(fu)接地(di)(di)降阻劑(ji)的(de)(de)厚度不夠(gou)，使得(de)較薄處或根本(ben)沒有包(bao)裹處的(de)(de)接地(di)(di)體處在土壤(rang)介質(zhi)中，由于介質(zhi)不同(tong)而(er)引(yin)起電(dian)化(hua)(hua)學的(de)(de)不均勻(yun)性(xing)，造成(cheng)電(dian)化(hua)(hua)學腐(fu)蝕(shi)電(dian)池。這種腐(fu)蝕(shi)情況(kuang)也會發生在有的(de)(de)施工單(dan)位(wei)利用(yong)(yong)電(dian)纜溝內預埋扁鋼作接地(di)(di)連線（易形成(cheng)電(dian)化(hua)(hua)學腐(fu)蝕(shi)電(dian)池）。
（4） 使用接(jie)地(di)(di)(di)降阻(zu)劑(ji)發(fa)生(sheng)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)第三個(ge)原(yuan)因，是接(jie)地(di)(di)(di)引(yin)下線的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)。在(zai)地(di)(di)(di)網(wang)(wang)包(bao)覆接(jie)地(di)(di)(di)降阻(zu)劑(ji)的(de)同時，往往接(jie)地(di)(di)(di)引(yin)下線并未(wei)采取任何防腐(fu)(fu)措(cuo)施，致使在(zai)接(jie)地(di)(di)(di)引(yin)下線入地(di)(di)(di)與主地(di)(di)(di)網(wang)(wang)連接(jie)的(de)這(zhe)一段(duan)導體發(fa)生(sheng)腐(fu)(fu)蝕(shi)（見(jian)后面彩頁照(zhao)片5）。包(bao)覆接(jie)地(di)(di)(di)降阻(zu)劑(ji)的(de)主地(di)(di)(di)網(wang)(wang)圓鋼(gang)表面形(xing)成暗(an)灰色鈍化膜(mo)如照(zhao)片6所示，該鈍化膜(mo)掃描電鏡檢測如照(zhao)片7所示（見(jian)后面彩頁）。
按照通(tong)常(chang)的防(fang)腐原則，為了防(fang)止上述兩種情況的發生(sheng)，必須將未包接(jie)(jie)地(di)降(jiang)阻劑(ji)的地(di)網或接(jie)(jie)地(di)引下線（包括(kuo)電纜溝預留扁鋼）外表面(mian)做絕緣(yuan)處理。我們的經驗表明，采(cai)用水泥砂漿(jiang)(jiang)包覆(fu)裸露的這段(duan)鋼導體(ti)是有(you)效(xiao)的（水泥砂漿(jiang)(jiang)和接(jie)(jie)地(di)降(jiang)阻劑(ji)之間(jian)不得(de)留有(you)縫隙，具體(ti)操作方(fang)法詳(xiang)見接(jie)(jie)地(di)降(jiang)阻劑(ji)施(shi)工說明書(shu)）。
（5）腐蝕過程機理
埋于(yu)土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)鋼接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)上(shang)發生的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)屬于(yu)電(dian)化學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，電(dian)化學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是由于(yu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)池進行電(dian)化學反應的(de)(de)結果。在包覆接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)的(de)(de)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)體(ti)(ti)上(shang)，裂(lie)縫(feng)和(he)(he)蜂窩的(de)(de)存(cun)在使得空(kong)氣中(zhong)的(de)(de)氧氣和(he)(he)土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)水分(fen)(fen)很容易通過這些縫(feng)隙到(dao)(dao)達鋼體(ti)(ti)表面，而(er)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)緊密(mi)的(de)(de)部分(fen)(fen)則(ze)水分(fen)(fen)和(he)(he)氧氣難達到(dao)(dao)鋼體(ti)(ti)表面。在這種情(qing)況下，鋼體(ti)(ti)的(de)(de)富(fu)氧部分(fen)(fen)是腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)池的(de)(de)陽(yang)極，而(er)缺氧部分(fen)(fen)則(ze)是腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)池的(de)(de)陰(yin)極。陽(yang)極發生腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，產生Fe2O3或FeOOH腐蝕產物。這些(xie)腐蝕產物比金屬鐵的體(ti)積大，會進(jin)一步(bu)造成(cheng)已(yi)固(gu)化降(jiang)阻劑的崩裂，而(er)使陽極區的面積進(jin)一步(bu)擴大，從(cong)而(er)使鋼體(ti)的腐蝕更(geng)大的擴展。
; 二、接(jie)地(di)降阻(zu)劑與陰極保護的(de)配合使用(yong)
1、 由于接(jie)地(di)降(jiang)(jiang)阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)是導電(dian)型(xing)無(wu)機硅酸鹽粉末物(wu)質，具有(you)一定的(de)(de)粒(li)度，所以(yi)，即使在(zai)包(bao)覆工藝最佳的(de)(de)條件下(xia)，也不能(neng)使接(jie)地(di)網(wang)鋼體(ti)與(yu)土壤等外(wai)界環境(jing)完全(quan)隔離，因此鋼體(ti)仍有(you)一定的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速度，盡(jin)管其數(shu)值可(ke)能(neng)很微小。若遇到土壤環境(jing)較惡劣(lie)（鹽堿地(di)或海邊附(fu)近氯離子含量較高的(de)(de)地(di)方）或存在(zai)雜散電(dian)流及接(jie)地(di)鋼體(ti)存在(zai)較大內應力，以(yi)及接(jie)地(di)降(jiang)(jiang)阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)包(bao)裹不良存在(zai)裂縫(feng)和蜂窩的(de)(de)情況(kuang)下(xia)，都(dou)有(you)可(ke)能(neng)引起接(jie)地(di)網(wang)鋼體(ti)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。此種情況(kuang)與(yu)鋼筋混凝土中鋼筋的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)情況(kuang)是相似(si)的(de)(de)，在(zai)這種情況(kuang)下(xia)，將接(jie)地(di)降(jiang)(jiang)阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)與(yu)陰極(ji)保護配合使用是防止接(jie)地(di)網(wang)鋼體(ti)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)有(you)效方法(fa)。在(zai)混凝土鋼筋的(de)(de)防蝕(shi)實踐中已(yi)證明，陰極(ji)保護具有(you)防止電(dian)化學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，雜散電(dian)流腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)功效。
在國內外的(de)一(yi)(yi)些著作中(zhong)已(yi)多次提(ti)到陰極(ji)保護在電(dian)(dian)力系(xi)統接地(di)裝置防腐(fu)(fu)保護中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)，例(li)如(ru)《電(dian)(dian)力系(xi)統接地(di)技(ji)術(shu)》一(yi)(yi)書（解廣潤(run)編(bian)(bian)著），《電(dian)(dian)力工(gong)(gong)程電(dian)(dian)氣設計(ji)(ji)手冊，電(dian)(dian)氣一(yi)(yi)次部分》（水(shui)利(li)電(dian)(dian)力部西北電(dian)(dian)力設計(ji)(ji)院編(bian)(bian)），"按腐(fu)(fu)蝕(shi)條(tiao)件(jian)選擇鋼接地(di)裝置截(jie)面"《電(dian)(dian)站(zhan)》（俄(e)）1978.No.7，"電(dian)(dian)力系(xi)統的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)控(kong)制"《Electric Machines and Power System》（英）1999，以(yi)及"變(bian)電(dian)(dian)所地(di)網技(ji)術(shu)的(de)發展綜述(shu)"《中(zhong)國電(dian)(dian)力》1997. No.7。我國核工(gong)(gong)業標準《EJ451-88三十萬千瓦(wa)壓(ya)水(shui)堆核電(dian)(dian)廠(chang)地(di)下金屬構筑物區(qu)域(yu)陰極(ji)保護設計(ji)(ji)規范》已(yi)將接地(di)網的(de)陰極(ji)保護納(na)入(ru)該設計(ji)(ji)規范。
2、陰(yin)極保護(hu)的基本原理(li)
在一般情況(kuang)下(xia)，接(jie)地網鋼體的(de)(de)腐蝕系金屬在土壤中進行的(de)(de)電化學腐蝕，腐蝕電池內的(de)(de)陽極電流來自(zi)于鐵的(de)(de)溶解（腐蝕），即Fe=Fe2++2 e，其電流(liu)密度(du)可根據鐵(tie)的腐蝕量計算出來。
式中(zhong)： ——陽極（即(ji)金屬的自腐蝕）電流密度(du)，A/m2
——按(an)失重計算的腐(fu)蝕速(su)度(du)，g/m2·hr
——法拉第常數，96500庫(ku)侖(lun)
——金(jin)屬的原子(zi)量，Fe=56
——金(jin)屬溶解為(wei)離子(zi)的價數，Fe=2
按表1的數值可分別計算出陽極(ji)（腐(fu)蝕）電流密度(du)如表4所示。 表4 裸鋼試(shi)片和包覆接地降阻劑鋼試(shi)片腐蝕(shi)電流密度(du)計(ji)算結果
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裸 鋼 試 片
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包 覆 降 阻 劑(ji) ; 鋼 試 片
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腐蝕(shi)速率g/m2·hr
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腐蝕電流密度mA/m2
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腐蝕(shi)速率g/m2·hr
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腐蝕電流(liu)密度(du)mA/m2
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0.876
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832.6
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0.0017
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1.63
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應指出的(de)是，依(yi)埋地腐(fu)蝕(shi)環境(jing)的(de)不同，鋼(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)量(liang)可能有較大的(de)差別，則陽極（腐(fu)蝕(shi)）電(dian)流密度(du)(du)也(ye)會有較大的(de)不同。例如在(zai)另外某(mou)變(bian)電(dian)所進行(xing)的(de)裸(luo)鋼(gang)試(shi)片埋地試(shi)驗（埋地234天），所得鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)速度(du)(du)為0.01916 g/m2·hr，計(ji)算得腐蝕電流密度為(wei)18.34 m A/m2。為達(da)(da)到(dao)防護的(de)目的(de)，向(xiang)腐蝕(shi)電(dian)池(chi)(chi)輸(shu)入(ru)一(yi)陰極電(dian)流(liu)，使其(qi)電(dian)流(liu)密度(du)(du)等于陽(yang)(yang)極電(dian)流(liu)密度(du)(du)，從而使腐蝕(shi)電(dian)池(chi)(chi)的(de)陰極和陽(yang)(yang)極達(da)(da)到(dao)平衡狀態而停止工作，此時金屬的(de)腐蝕(shi)速度(du)(du)應為最低。
輸入陰(yin)極電流的方式(shi)有兩種，即外加(jia)電流法(fa)(fa)和犧牲陽極法(fa)(fa)。由于犧牲陽極法(fa)(fa)具有設備(bei)簡(jian)單，費用(yong)低和不(bu)需專(zhuan)門維護，所以在石油天然氣地下管道，鋼(gang)筋混凝土(tu)設施等(deng)工程中已獲(huo)得廣泛的應用(yong)。
3、接地降阻劑和(he)陰極保護配合使用的初步(bu)試(shi)驗結果
（1）為驗(yan)證陰極(ji)保(bao)護(hu)效果，在十堰供電局龍胡(hu)13＃輸電鐵塔附近進行了埋(mai)地鋼(gang)試(shi)片的犧(xi)牲陽極(ji)陰極(ji)保(bao)護(hu)模(mo)擬試(shi)驗(yan)。試(shi)驗(yan)裝置如圖3所示，其中扁(bian)鋼(gang)尺寸為25×4，圓鋼(gang)為 φ8，單片鋼(gang)試(shi)片面積約0.002m2。共(gong)進行裸鋼試(shi)片和包(bao)覆102型導電(dian)混凝土接地(di)降阻劑鋼試(shi)片兩組試(shi)驗。犧(xi)(xi)牲(sheng)陽極(ji)選用武漢環宇防(fang)腐公司的(de)ZAC-5型鋅(xin)鋁(lv)鎘(ge)合金犧(xi)(xi)牲(sheng)陽極(ji)，其規格(ge)成分和性能如(ru)表5所示(shi)。試(shi)驗裝(zhuang)置(zhi)埋(mai)地(di)深度0.5～0.6米，為(wei)保(bao)證犧(xi)(xi)牲(sheng)陽極(ji)有(you)良好的(de)輸(shu)(shu)出電(dian)流，將犧(xi)(xi)牲(sheng)陽極(ji)插(cha)入填料(liao)包(bao)內，然后(hou)一起埋(mai)入地(di)下(xia)。填料(liao)包(bao)配方為(wei)石膏(gao)75%，膨(peng)潤(run)土20%，硫酸5%。試(shi)驗時(shi)間共(gong)158天。實測犧(xi)(xi)牲(sheng)陽極(ji)輸(shu)(shu)出電(dian)流5.95mA，陽極(ji)對地(di)開路電(dian)位(wei)-1.49V。試(shi)驗結果如(ru)表6所示(shi)。
表5 鋅鋁鎘合(he)金犧牲陽極化學成(cheng)分、性能和規格(ge)
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化學(xue)元(yuan)素
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Al
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Cd
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最大雜質含量(liang)，%
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Zn
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Fe
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Cu
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Pd
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Si
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含 量%
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0.3～0.6
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0.05～0.1
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0.005
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0.005
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0.005
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0.125
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余 量
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項 目
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開路電位V(SCE)
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工(gong)作(zuo)電位V(SCE)
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理論電容量A.h/kg
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實際電容量(liang)A.h/kg
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電流效(xiao)率%
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性(xing)能參(can)數
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-1.05～-1.09
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-1.00～-1.05
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820
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≥760
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≥95
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尺(chi)寸（mm）：（40+48）×44×600 重量(liang)（kg）：8.5
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表6 未加(jia)和加(jia)陰極保護的鋼試(shi)樣腐(fu)蝕速(su)率mm/年
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編 號(hao)
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未加陰極保護(hu)裸鋼(gang)片(pian)
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加陰極保護裸鋼(gang)片
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加陰極保護的包降(jiang)阻(zu)劑鋼試(shi)片
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1
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0.195
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0.060
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8.95×10-5
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2
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0.189
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0.041
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6.22×10-4
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3
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0.182
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0.040
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3.11×10-4
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平 均
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0.187
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0.047
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3.41×10-4
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外觀現象
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試片表面有(you)桔黃色(se)銹層，銹層下有(you)腐蝕坑
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試片表面光亮，但邊角有(you)少(shao)許腐蝕(shi)點(dian)
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試片表面光亮
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為(wei)說明電(dian)流(liu)密度對腐蝕速率的(de)影響，曾在(zai)省電(dian)力(li)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)研究院(yuan)內的(de)一塊濕地(di)（洗車場）按同樣的(de)陰極(ji)保護試(shi)驗(yan)(yan)(yan)裝置進行埋(mai)地(di)腐蝕試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，但是是用蓄(xu)電(dian)池外加(jia)電(dian)流(liu)取(qu)代(dai)鋅合金犧牲(sheng)陽極(ji)以便控制電(dian)流(liu)密度。試(shi)驗(yan)(yan)(yan)時間(jian)724小時，試(shi)驗(yan)(yan)(yan)結果(guo)如表(biao)7所示(shi)。埋(mai)地(di)包覆降阻劑(ji)鋼試(shi)片對地(di)電(dian)極(ji)電(dian)位(wei)變化如表(biao)8所示(shi)。埋(mai)地(di)裸(luo)鋼片的(de)陰極(ji)保護試(shi)驗(yan)(yan)(yan)結果(guo)如表(biao)9所示(shi)。
（2）試驗結果(guo)討論
（1）由(you)表(biao)8和9可看(kan)出，加陰(yin)極保(bao)護(hu)(hu)(hu)的(de)(de)埋地裸鋼(gang)片，隨(sui)陰(yin)極電(dian)流(liu)密度的(de)(de)增加，腐蝕(shi)速率降低(di)，而且對地電(dian)極電(dian)位(wei)(wei)更向負(fu)值變化。由(you)于保(bao)護(hu)(hu)(hu)電(dian)流(liu)密度和保(bao)護(hu)(hu)(hu)電(dian)位(wei)(wei)未達到(dao)(dao)要求的(de)(de)數(shu)值（蓄電(dian)池(chi)容量(liang)不足），所(suo)(suo)以鋼(gang)試片的(de)(de)保(bao)護(hu)(hu)(hu)尚未達到(dao)(dao)滿(man)意的(de)(de)程度。鋼(gang)構(gou)筑物(wu)所(suo)(suo)需保(bao)護(hu)(hu)(hu)的(de)(de)電(dian)流(liu)密度和保(bao)護(hu)(hu)(hu)電(dian)位(wei)(wei)如表(biao)10和表(biao)11所(suo)(suo)示。
（2）由(you)表7可看出，包導(dao)電混凝土(tu)接(jie)地降阻劑的(de)鋼試片(pian)在施加陰極保(bao)(bao)(bao)護后(hou)，不(bu)僅(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)(lv)大幅(fu)度降低，而且所需的(de)保(bao)(bao)(bao)護電流密(mi)度也很(hen)小，其(qi)原因是導(dao)電混凝土(tu)使(shi)鋼試片(pian)產生自鈍(dun)化作用，降低腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)(lv)，從(cong)而可使(shi)所需的(de)電流密(mi)度降低；同(tong)時(shi)，由(you)于導(dao)電混凝土(tu)覆蓋層(ceng)使(shi)保(bao)(bao)(bao)護電流和電位(wei)分(fen)布更均勻(yun)，因而使(shi)鋼表面的(de)保(bao)(bao)(bao)護更完整(zheng)，即使(shi)得邊角等局部易(yi)發生腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)部位(wei)也受(shou)到了良好的(de)保(bao)(bao)(bao)護。
（3）包(bao)覆降阻劑(ji)(ji)和未(wei)(wei)包(bao)覆接(jie)地(di)降阻劑(ji)(ji)的鋼(gang)試(shi)片(pian)施(shi)加陰極保(bao)護時(shi)，經剖開后發現，前者試(shi)片(pian)表面(mian)仍光(guang)亮(liang)如(ru)(ru)初，而后者表面(mian)上覆蓋一層鋼(gang)灰色氧(yang)化(hua)保(bao)護膜(mo)，其原因在于陰極電(dian)(dian)流將(jiang)會使氧(yang)化(hua)保(bao)護膜(mo)還原，包(bao)覆接(jie)地(di)降阻劑(ji)(ji)施(shi)加陰極保(bao)護的鋼(gang)試(shi)片(pian)外(wai)觀如(ru)(ru)照(zhao)(zhao)片(pian)8所示（照(zhao)(zhao)片(pian)見后面(mian)的彩(cai)頁(ye)），未(wei)(wei)包(bao)覆接(jie)地(di)降阻劑(ji)(ji)施(shi)加陰極保(bao)護的鋼(gang)試(shi)片(pian)外(wai)觀如(ru)(ru)照(zhao)(zhao)片(pian)9所示（照(zhao)(zhao)片(pian)見后面(mian)的彩(cai)頁(ye)）。據國(guo)外(wai)文(wen)獻(xian)（《腐蝕》（美）1970.Vol.26.NO.10 ）介紹(shao)，在陰極電(dian)(dian)流作用下，不僅(jin)磁性氧(yang)化(hua)鐵（Fe3O4）可還原(yuan)(yuan)為鐵(tie)，而且(qie)作(zuo)為銹層主要(yao)成分的FeOOH也被還原(yuan)(yuan)為Fe3O4。
（4）無論是采用(yong)導(dao)電(dian)混凝土接地降阻(zu)劑或導(dao)電(dian)防腐涂(tu)料，當土壤介質電(dian)阻(zu)率較低或浸蝕性離(li)子（例(li)如Cl-及SO4-等(deng)）濃(nong)度(du)較(jiao)高，即土壤(rang)的(de)(de)(de)浸(jin)蝕性較(jiao)強時，如施工質量不(bu)高或(huo)接地降阻(zu)劑及(ji)涂(tu)料(liao)(liao)(liao)填料(liao)(liao)(liao)粒度(du)較(jiao)大，導(dao)致在包覆(fu)(fu)和涂(tu)覆(fu)(fu)的(de)(de)(de)導(dao)電(dian)涂(tu)料(liao)(liao)(liao)有縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)或(huo)孔(kong)隙(xi)(xi)(xi)時，將(jiang)會(hui)影(ying)響(xiang)鋼(gang)體(ti)的(de)(de)(de)使用(yong)壽命，在這(zhe)種(zhong)情況下陰(yin)極保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)將(jiang)會(hui)防(fang)(fang)止縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)或(huo)孔(kong)隙(xi)(xi)(xi)腐蝕。在縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)或(huo)孔(kong)隙(xi)(xi)(xi)內介(jie)質歐(ou)姆(mu)電(dian)阻(zu)較(jiao)低的(de)(de)(de)情況下，保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)電(dian)流可能(neng)深入至縫(feng)(feng)底，將(jiang)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)內的(de)(de)(de)金(jin)屬極化(hua)到(dao)(dao)免蝕區而(er)得到(dao)(dao)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)；在縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)內介(jie)質歐(ou)姆(mu)電(dian)阻(zu)較(jiao)高的(de)(de)(de)情況下，保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)電(dian)流雖(sui)難以深入縫(feng)(feng)底，但陰(yin)極保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)卻可通過(guo)氧耗(hao)盡機理以及(ji)pH上升和鈍化(hua)機理來抑(yi)制縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)內金(jin)屬的(de)(de)(de)腐蝕。因此，將(jiang)導(dao)電(dian)混凝(ning)土或(huo)導(dao)電(dian)防(fang)(fang)腐涂(tu)料(liao)(liao)(liao)與(yu)陰(yin)極保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)結合(he)起來，是比較(jiao)理想的(de)(de)(de)防(fang)(fang)腐措施。
表7 不同電流密度陰極(ji)保護(hu)腐蝕(shi)試驗結果（mm/年）
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未加陰極保(bao)護裸鋼片
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包(bao)覆接地降阻劑(ji)鋼試片
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陰極保護電流密(mi)度(du)
Ik=0mA/m2
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陰極保(bao)護電流密度
Ik=0mA/m2
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陰極保(bao)護電(dian)流密度
Ik=1.5mA/m2
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陰極(ji)保護電流(liu)密度
Ik=2.5mA/m2
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0.984
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0.0019
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0.0012
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0.00065
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試片表(biao)面有(you)桔黃色銹(xiu)層，銹(xiu)層下有(you)腐(fu)蝕坑
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試片(pian)表面有鋼灰色鈍化膜(mo)
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試片表面光亮
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試片表(biao)面光(guang)亮
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