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CC系列接地降阻劑對接地網鋼材的防蝕性能
發布時間：2020-07-02 瀏覽次數：2081次
CC系列接地降阻劑對接地網鋼材的防蝕性能及其與陰極保護配合應用試驗報告
CC系列(lie)接地(di)(di)降阻(zu)劑在變電所(suo)及輸電線(xian)路的(de)(de)接地(di)(di)網(wang)上已應(ying)有(you)多年，并取得(de)了(le)良好的(de)(de)接地(di)(di)降阻(zu)效(xiao)果。接地(di)(di)降阻(zu)劑開(kai)發(fa)(fa)初期使用(yong)的(de)(de)線(xian)路，例(li)如(ru)湖(hu)北省咸(xian)寧和(he)(he)十堰供電局(ju)所(suo)屬的(de)(de)若干基輸電鐵塔接地(di)(di)網(wang)在四年運行(xing)后經開(kai)挖發(fa)(fa)現(xian)(xian)，接地(di)(di)網(wang)鋼材(cai)出現(xian)(xian)銹蝕和(he)(he)接地(di)(di)電阻(zu)升(sheng)高的(de)(de)現(xian)(xian)象(xiang)。為(wei)分析此(ci)現(xian)(xian)象(xiang)的(de)(de)原因，并進(jin)一步采用(yong)相應(ying)的(de)(de)改(gai)進(jin)措施，我們(men)進(jin)行(xing)了(le)專門的(de)(de)試驗研究，現(xian)(xian)綜述如(ru)下：
一、腐蝕原因的(de)分析及有關的(de)試(shi)驗結果
1、裸鋼(gang)試片和包覆接地降阻劑鋼(gang)試片的埋地腐(fu)蝕(shi)試驗
在惡劣的(de)土(tu)壤條(tiao)件下（土(tu)壤電阻(zu)率(lv)＜0.1Ω·m，土(tu)壤處于(yu)潮濕狀(zhuang)態），將(jiang)裸鋼(gang)(gang)試片（4×16×49 mm）和(he)包覆接地降(jiang)阻(zu)劑鋼(gang)(gang)試片埋于(yu)地下（埋入深(shen)度約0.6 m，埋入時(shi)間724小時(shi)），所(suo)得(de)結(jie)果(guo)如表1所(suo)示。兩種鋼(gang)(gang)試片的(de)銹蝕情(qing)況可由照片1和(he)2看出(chu)（照片見(jian)后面的(de)彩頁）。
表1 裸鋼(gang)試(shi)片和包覆接地降阻劑鋼(gang)試(shi)片的埋地腐蝕試(shi)驗(yan)
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編 號
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裸 鋼(gang) 試(shi) 片
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包 覆 降 阻 劑 鋼(gang) 試 片(pian)
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||
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g/m2·hr
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mm/a
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g/m2·hr
|
mm/a
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1
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0.997
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1.120
|
0.0017
|
0.0019
|
|
2
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0.775
|
0.848
|
0.0017
|
0.0019
|
|
平均(jun)
|
0.876
|
0.984
|
0.0017
|
0.0019
|
由上述結果(guo)可清楚(chu)地看出，該(gai)接地降阻劑對包(bao)覆在其內(nei)的鋼材具有良好的防蝕(shi)性(xing)能。
2、鋼(gang)試(shi)(shi)片和(he)包覆接(jie)地降阻劑鋼(gang)試(shi)(shi)片埋(mai)入土(tu)壤中的電(dian)化學特性
接(jie)地(di)(di)網(wang)鋼(gang)(gang)材在(zai)土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)屬電(dian)化學腐蝕(shi)(shi)，因而測(ce)量鋼(gang)(gang)試(shi)片在(zai)土(tu)壤中(zhong)電(dian)極電(dian)位隨時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)變化值(zhi)可判斷鋼(gang)(gang)材在(zai)土(tu)壤中(zhong)是(shi)處在(zai)活化（銹(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)）或鈍(dun)(dun)化（防蝕(shi)(shi)）狀態(tai)(tai)。測(ce)量是(shi)用銅／硫酸(suan)銅參比電(dian)極和萬用表進行的(de)(de)(de)(de)。當土(tu)壤中(zhong)鋼(gang)(gang)試(shi)片的(de)(de)(de)(de)自然(ran)腐蝕(shi)(shi)電(dian)位向(xiang)(xiang)正值(zhi)方(fang)向(xiang)(xiang)（即(ji)向(xiang)(xiang)負(fu)值(zhi)減小的(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)）變化時，說明鋼(gang)(gang)試(shi)片正在(zai)發(fa)生鈍(dun)(dun)化過程；相(xiang)反(fan)，當鋼(gang)(gang)試(shi)片的(de)(de)(de)(de)自然(ran)腐蝕(shi)(shi)電(dian)位向(xiang)(xiang)負(fu)值(zhi)方(fang)向(xiang)(xiang)（即(ji)向(xiang)(xiang)更負(fu)的(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)）變化時，即(ji)說明土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)試(shi)片是(shi)處在(zai)活化狀態(tai)(tai)，即(ji)正在(zai)發(fa)生銹(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)過程。裸鋼(gang)(gang)試(shi)片和包(bao)覆接(jie)地(di)(di)降(jiang)阻劑(ji)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)試(shi)片在(zai)土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)(de)(de)電(dian)位隨自然(ran)腐蝕(shi)(shi)時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)變化情況(kuang)如(ru)表2所示。由表2可看出，接(jie)地(di)(di)降(jiang)阻劑(ji)對埋入其中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)試(shi)片有自然(ran)鈍(dun)(dun)化作用。
表2 裸鋼試片和包覆接地降阻(zu)劑鋼試片在土壤中的電極(ji)電位變化
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測量時間
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包覆降阻劑鋼試(shi)片電(dian)位(wei)（mV）
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裸鋼試(shi)片(pian)電位（mV）
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99.04.26
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-206.4
|
-609.5
|
|
99.04.30
|
-203.5
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-632.1
|
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99.05.04
|
-199.6
|
-636.8
|
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99.05.07
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-192.8
|
-640.0
|
|
99.05.10
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-155.1
|
-643.4
|
|
99.05.15
|
-144.6
|
-645.4
|
|
99.05.18
|
-137.2
|
-651.0
|
|
99.05.20
|
-129.7
|
-658.8
|
|
99.05.23
|
-100.1
|
-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系列接(jie)地降(jiang)阻(zu)劑屬導(dao)電(dian)(dian)(dian)型無機硅(gui)酸鹽類材料（又稱導(dao)電(dian)(dian)(dian)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)），其某(mou)些(xie)物(wu)理(li)化(hua)(hua)(hua)學和(he)電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)，例如水浸出液(ye)的(de)(de)(de)pH值(zhi)、加(jia)水硬化(hua)(hua)(hua)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)、鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)自然鈍化(hua)(hua)(hua)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)等都與(yu)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)(jin)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)中鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)相近似，因此可(ke)用研究混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)內(nei)鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)方法來研究包(bao)覆(fu)CC系列接(jie)地降(jiang)阻(zu)劑的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)材腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)情況(kuang)。圖1是包(bao)覆(fu)CC導(dao)電(dian)(dian)(dian)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)接(jie)地降(jiang)阻(zu)劑的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)試片上有(you)不(bu)同寬(kuan)度(du)的(de)(de)(de)裂縫(feng)(feng)(feng)時的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)電(dian)(dian)(dian)位隨(sui)時間的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)。由該圖可(ke)看出，當導(dao)電(dian)(dian)(dian)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)上沒有(you)裂紋時，鋼(gang)(gang)在(zai)其中有(you)自然鈍化(hua)(hua)(hua)作用，不(bu)僅電(dian)(dian)(dian)位值(zhi)較(jiao)正，而(er)且隨(sui)時間的(de)(de)(de)延長而(er)向(xiang)正值(zhi)變(bian)化(hua)(hua)(hua)（曲線1）。隨(sui)著裂縫(feng)(feng)(feng)寬(kuan)度(du)的(de)(de)(de)增(zeng)大，電(dian)(dian)(dian)位值(zhi)更(geng)負（曲線7）。而(er)裸鋼(gang)(gang)（即未包(bao)覆(fu)導(dao)電(dian)(dian)(dian)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)）的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)位達(da)到-600mV（曲線1）。按照鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)位和(he)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)判斷標準（表3），可(ke)知裸鋼(gang)(gang)埋(mai)在(zai)土(tu)壤(rang)內(nei)必然會受到腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。在(zai)沒有(you)裂縫(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)(dian)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)內(nei)通常由于(yu)自然鈍化(hua)(hua)(hua)作用而(er)不(bu)易受腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)；若導(dao)電(dian)(dian)(dian)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)留(liu)有(you)縫(feng)(feng)(feng)隙，就會造成其內(nei)部鋼(gang)(gang)材的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，裂縫(feng)(feng)(feng)愈(yu)寬(kuan)，腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)愈(yu)嚴重。裂縫(feng)(feng)(feng)寬(kuan)度(du)與(yu)鋼(gang)(gang)材上腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)(de)平均深度(du)如圖2所示。可(ke)以看出，混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)裂縫(feng)(feng)(feng)愈(yu)寬(kuan)，鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)(jin)上腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)孔的(de)(de)(de)平均深度(du)愈(yu)深，亦即腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)愈(yu)嚴重。
表(biao)3 混凝土鋼筋電位和腐蝕性
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項 目
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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)凝土鋼筋電位，mV
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高(gao)于-200
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-200～-300
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低(di)于(yu)-300
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美國(guo)ASTM876-77
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判 別
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90%不腐(fu)蝕(shi)
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不確定
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90%腐蝕(shi)
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混凝(ning)土(tu)鋼筋電位(wei)，mV
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0～-300
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-300～-400
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-400～-700
|
蘇州水泥制品(pin)研究院
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判(pan) 別
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不腐蝕
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不確定(ding)
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腐(fu)蝕
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4、腐蝕原因(yin)分(fen)析
（1） CC系(xi)列(lie)接(jie)(jie)地降阻(zu)劑(ji)又稱導電混(hun)凝土，具(ju)有(you)混(hun)凝土的(de)某(mou)些理化特(te)性(xing)，其水浸出(chu)液(ye)pH＞12，同時該接(jie)(jie)地降阻(zu)劑(ji)還(huan)含有(you)一(yi)定量的(de)緩蝕(shi)劑(ji)。包覆在接(jie)(jie)地降阻(zu)劑(ji)內的(de)接(jie)(jie)地網鋼材，在高堿性(xing)環(huan)(huan)境下將(jiang)發生(sheng)自然鈍化作用。因此，就一(yi)般(ban)地質環(huan)(huan)境來(lai)說，其腐蝕(shi)速(su)度是很低的(de)（如表(biao)1所示），不(bu)足以對接(jie)(jie)地網構成威(wei)脅。
（2） 根據圖1和(he)圖2試驗結(jie)(jie)果(guo)可得(de)出(chu)結(jie)(jie)論，由(you)于(yu)包(bao)覆接地(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)時施工不(bu)良(liang)造(zao)成(cheng)接地(di)(di)體(ti)(ti)周邊(bian)的(de)(de)(de)接地(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)出(chu)現裂縫(feng)或(huo)蜂窩，會對(dui)接地(di)(di)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)產生(sheng)(sheng)重要影響。照片(pian)3和(he)4是(shi)施工良(liang)好的(de)(de)(de)接地(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)（接地(di)(di)體(ti)(ti)鋼材(cai)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速(su)度(du)為0.0019 mm/a）和(he)施工不(bu)良(liang)的(de)(de)(de)接地(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)（已發現接地(di)(di)體(ti)(ti)鋼材(cai)有銹(xiu)蝕(shi)(shi)）的(de)(de)(de)剖開情況（照片(pian)見后(hou)面的(de)(de)(de)彩頁）。可以看(kan)出(chu)，在(zai)包(bao)覆接地(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)施工過程中若加水比例過少或(huo)在(zai)包(bao)覆過程中對(dui)接地(di)(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)振搗不(bu)均，陡(dou)有可能(neng)留下(xia)裂縫(feng)或(huo)蜂窩的(de)(de)(de)隱患，從而造(zao)成(cheng)接地(di)(di)體(ti)(ti)鋼材(cai)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)。由(you)于(yu)鐵銹(xiu)的(de)(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)率高(gao)(gao)于(yu)純鐵的(de)(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)率，所以一旦(dan)接地(di)(di)體(ti)(ti)發生(sheng)(sheng)銹(xiu)蝕(shi)(shi)，必然會引(yin)起接地(di)(di)電(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)升高(gao)(gao)。
; （3） 使(shi)用(yong)接地(di)降阻(zu)劑(ji)(ji)發(fa)(fa)生(sheng)腐(fu)蝕的(de)另一(yi)原因，是一(yi)些單位(wei)為(wei)節省費用(yong)而減(jian)少(shao)接地(di)降阻(zu)劑(ji)(ji)的(de)用(yong)量(liang)，造成(cheng)(cheng)包(bao)覆接地(di)降阻(zu)劑(ji)(ji)的(de)厚度不(bu)夠，使(shi)得較薄處或根本沒(mei)有包(bao)裹處的(de)接地(di)體處在(zai)土壤介(jie)質中(zhong)，由于(yu)介(jie)質不(bu)同而引起電(dian)化(hua)學的(de)不(bu)均勻性(xing)，造成(cheng)(cheng)電(dian)化(hua)學腐(fu)蝕電(dian)池。這種腐(fu)蝕情況(kuang)也(ye)會發(fa)(fa)生(sheng)在(zai)有的(de)施工單位(wei)利用(yong)電(dian)纜(lan)溝(gou)內預埋扁鋼作接地(di)連線(xian)（易形成(cheng)(cheng)電(dian)化(hua)學腐(fu)蝕電(dian)池）。
（4） 使(shi)用接(jie)地降阻(zu)劑發(fa)生腐蝕(shi)的第三個原因，是接(jie)地引(yin)下(xia)線(xian)的腐蝕(shi)。在地網包覆(fu)接(jie)地降阻(zu)劑的同時，往往接(jie)地引(yin)下(xia)線(xian)并未采取任何防腐措施，致使(shi)在接(jie)地引(yin)下(xia)線(xian)入地與主地網連接(jie)的這一段導體發(fa)生腐蝕(shi)（見后面彩頁(ye)照片(pian)5）。包覆(fu)接(jie)地降阻(zu)劑的主地網圓(yuan)鋼表面形成(cheng)暗灰色鈍化膜如照片(pian)6所示(shi)，該(gai)鈍化膜掃描電(dian)鏡(jing)檢測如照片(pian)7所示(shi)（見后面彩頁(ye)）。
按照通常的(de)(de)防腐原則(ze)，為了(le)防止(zhi)上述兩種(zhong)情況的(de)(de)發生，必(bi)須將未(wei)包接地(di)降(jiang)阻劑的(de)(de)地(di)網或接地(di)引下線（包括電纜(lan)溝(gou)預留(liu)扁(bian)鋼）外表(biao)面做(zuo)絕緣(yuan)處理(li)。我們的(de)(de)經驗(yan)表(biao)明，采用水(shui)泥砂漿(jiang)包覆裸露的(de)(de)這段鋼導體(ti)是(shi)有效的(de)(de)（水(shui)泥砂漿(jiang)和接地(di)降(jiang)阻劑之間不得留(liu)有縫隙，具(ju)體(ti)操作方法詳見接地(di)降(jiang)阻劑施工說明書）。
（5）腐蝕過程機(ji)理(li)
埋于(yu)土(tu)壤中的(de)(de)鋼接(jie)(jie)地體(ti)上發生的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)屬于(yu)電(dian)化(hua)學腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，電(dian)化(hua)學腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)由于(yu)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)池(chi)進行電(dian)化(hua)學反應的(de)(de)結果。在包(bao)覆接(jie)(jie)地降(jiang)阻劑(ji)的(de)(de)接(jie)(jie)地體(ti)上，裂(lie)縫和(he)蜂(feng)窩的(de)(de)存在使得空(kong)氣中的(de)(de)氧(yang)氣和(he)土(tu)壤中的(de)(de)水(shui)分(fen)很容易通過這些縫隙到(dao)達鋼體(ti)表面(mian)，而接(jie)(jie)地降(jiang)阻劑(ji)緊(jin)密的(de)(de)部分(fen)則水(shui)分(fen)和(he)氧(yang)氣難達到(dao)鋼體(ti)表面(mian)。在這種情況(kuang)下，鋼體(ti)的(de)(de)富氧(yang)部分(fen)是(shi)(shi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)池(chi)的(de)(de)陽極(ji)，而缺氧(yang)部分(fen)則是(shi)(shi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)池(chi)的(de)(de)陰極(ji)。陽極(ji)發生腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，產生Fe2O3或FeOOH腐(fu)蝕(shi)產物(wu)。這些腐(fu)蝕(shi)產物(wu)比金屬鐵的(de)體(ti)積大，會(hui)進(jin)一步造(zao)成已(yi)固化(hua)降阻劑的(de)崩裂，而(er)使陽(yang)極區的(de)面積進(jin)一步擴(kuo)大，從而(er)使鋼體(ti)的(de)腐(fu)蝕(shi)更大的(de)擴(kuo)展。
二、接(jie)地降阻劑與陰極保護的配合使用
1、 由于接(jie)地(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)是導電型無(wu)機硅酸鹽粉末(mo)物質，具有(you)一定的(de)(de)(de)粒度，所(suo)以，即使在包(bao)(bao)覆(fu)工藝最佳的(de)(de)(de)條件下，也(ye)不能使接(jie)地(di)網(wang)鋼(gang)體與土壤等外界環境完全(quan)隔離，因此鋼(gang)體仍有(you)一定的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速度，盡管其數值可能很微(wei)小。若(ruo)遇(yu)到土壤環境較惡劣（鹽堿(jian)地(di)或海邊附(fu)近(jin)氯離子含量較高的(de)(de)(de)地(di)方(fang)）或存在雜散(san)電流及接(jie)地(di)鋼(gang)體存在較大(da)內(nei)應(ying)力(li)，以及接(jie)地(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)包(bao)(bao)裹不良存在裂縫和蜂窩的(de)(de)(de)情況下，都有(you)可能引(yin)起接(jie)地(di)網(wang)鋼(gang)體的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。此種情況與鋼(gang)筋混(hun)凝土中(zhong)鋼(gang)筋的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)情況是相似的(de)(de)(de)，在這種情況下，將接(jie)地(di)降阻(zu)(zu)劑(ji)(ji)與陰極保護(hu)配(pei)合使用(yong)是防止接(jie)地(di)網(wang)鋼(gang)體腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)有(you)效方(fang)法。在混(hun)凝土鋼(gang)筋的(de)(de)(de)防蝕(shi)(shi)(shi)實踐(jian)中(zhong)已證(zheng)明，陰極保護(hu)具有(you)防止電化學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，雜散(san)電流腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)功效。
在國(guo)內外的(de)一些著作中已多次提到陰(yin)極保(bao)(bao)護(hu)在電(dian)力(li)(li)系(xi)統接(jie)地(di)裝置(zhi)防腐(fu)保(bao)(bao)護(hu)中的(de)應用，例(li)如《電(dian)力(li)(li)系(xi)統接(jie)地(di)技術》一書（解廣潤編(bian)著），《電(dian)力(li)(li)工程電(dian)氣設計(ji)(ji)手冊(ce)，電(dian)氣一次部分(fen)》（水(shui)利電(dian)力(li)(li)部西(xi)北電(dian)力(li)(li)設計(ji)(ji)院編(bian)），"按腐(fu)蝕(shi)條件選擇鋼接(jie)地(di)裝置(zhi)截面"《電(dian)站(zhan)》（俄）1978.No.7，"電(dian)力(li)(li)系(xi)統的(de)腐(fu)蝕(shi)控(kong)制"《Electric Machines and Power System》（英(ying)）1999，以及"變電(dian)所地(di)網技術的(de)發展綜述(shu)"《中國(guo)電(dian)力(li)(li)》1997. No.7。我國(guo)核工業標準《EJ451-88三十(shi)萬(wan)千(qian)瓦壓水(shui)堆核電(dian)廠地(di)下金屬構筑物區域陰(yin)極保(bao)(bao)護(hu)設計(ji)(ji)規范》已將接(jie)地(di)網的(de)陰(yin)極保(bao)(bao)護(hu)納入(ru)該設計(ji)(ji)規范。
2、陰極(ji)保護的基本原(yuan)理
在一(yi)般情況(kuang)下，接(jie)地網鋼體(ti)的腐(fu)(fu)蝕系金屬在土壤中進行的電化學腐(fu)(fu)蝕，腐(fu)(fu)蝕電池內(nei)的陽極電流來自(zi)于(yu)鐵的溶(rong)解(jie)（腐(fu)(fu)蝕），即Fe=Fe2++2 e，其電流密度可根據鐵的腐蝕量計算出來。
; 式中： ——陽極(ji)（即金(jin)屬的自腐蝕）電流密度，A/m2
——按(an)失重計算的腐(fu)蝕速度，g/m2·hr
——法(fa)拉第常數，96500庫侖
; ——金屬(shu)的原子量，Fe=56
; ——金(jin)屬溶(rong)解為離子的(de)價數，Fe=2
按表1的數值可分別計算出陽(yang)極（腐蝕(shi)）電流密(mi)度(du)如表4所示。
表4 裸(luo)鋼試片(pian)和包覆(fu)接(jie)地降阻劑鋼試片(pian)腐蝕(shi)電流密度(du)計算結果(guo)
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裸 鋼(gang) 試(shi) 片
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包 覆 降(jiang) 阻 劑 鋼 試(shi) 片(pian)
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腐(fu)蝕速(su)率(lv)g/m2·hr
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腐蝕電(dian)流密度mA/m2
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腐(fu)蝕(shi)速率g/m2·hr
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腐蝕電(dian)流密度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(zhi)出(chu)的(de)(de)是，依埋地腐(fu)蝕(shi)環境的(de)(de)不同(tong)，鋼的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)量(liang)可能有較(jiao)大(da)的(de)(de)差別，則陽極（腐(fu)蝕(shi)）電流密度也會有較(jiao)大(da)的(de)(de)不同(tong)。例如在另外某變電所(suo)進(jin)行的(de)(de)裸鋼試(shi)片埋地試(shi)驗（埋地234天），所(suo)得鋼腐(fu)蝕(shi)速度為0.01916 g/m2·hr，計算得腐蝕電流密度為18.34 m A/m2。為達到防(fang)護的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，向腐蝕電池輸入一陰極(ji)電流，使其電流密度(du)(du)等于陽(yang)極(ji)電流密度(du)(du)，從而使腐蝕電池的(de)(de)陰極(ji)和陽(yang)極(ji)達到平衡狀(zhuang)態而停(ting)止工(gong)作(zuo)，此(ci)時(shi)金屬的(de)(de)腐蝕速度(du)(du)應為最低(di)。
輸入陰極(ji)電流的(de)方式有(you)(you)兩種(zhong)，即外(wai)加電流法和犧牲陽(yang)極(ji)法。由(you)于犧牲陽(yang)極(ji)法具有(you)(you)設備簡單，費用低和不需專門(men)維護，所以在(zai)石油天然氣(qi)地下管道，鋼筋混凝土設施等(deng)工程中已獲(huo)得廣(guang)泛的(de)應(ying)用。
3、接地降(jiang)阻(zu)劑和陰(yin)極保護配合使(shi)用的初步試驗結果
（1）為驗(yan)證(zheng)陰(yin)極保護效果，在十堰(yan)供(gong)電局龍(long)胡13＃輸電鐵(tie)塔附(fu)近進行了埋地鋼(gang)(gang)試(shi)片(pian)(pian)(pian)的犧牲陽極陰(yin)極保護模擬試(shi)驗(yan)。試(shi)驗(yan)裝置如(ru)圖(tu)3所示，其中(zhong)扁鋼(gang)(gang)尺寸為25×4，圓鋼(gang)(gang)為 φ8，單片(pian)(pian)(pian)鋼(gang)(gang)試(shi)片(pian)(pian)(pian)面積約(yue)0.002m2。共進行裸鋼(gang)試(shi)片和包覆102型(xing)導電(dian)混凝(ning)土(tu)接地(di)(di)降阻(zu)劑鋼(gang)試(shi)片兩組試(shi)驗。犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極選用武漢環宇防腐公司的ZAC-5型(xing)鋅鋁鎘合金犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極，其規格(ge)成分(fen)和性能(neng)如表5所(suo)示。試(shi)驗裝置埋地(di)(di)深度0.5～0.6米，為保證犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極有良好的輸出電(dian)流，將犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極插入填料包內，然后一起埋入地(di)(di)下。填料包配方為石膏75%，膨潤土(tu)20%，硫酸5%。試(shi)驗時(shi)間共158天(tian)。實測犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極輸出電(dian)流5.95mA，陽(yang)極對地(di)(di)開路電(dian)位-1.49V。試(shi)驗結果(guo)如表6所(suo)示。
表5 鋅鋁鎘合(he)金犧牲陽極化學成分、性能(neng)和規(gui)格
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化(hua)學元素
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Al
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Cd
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最大雜(za)質含量，%
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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(han) 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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工作電位(wei)V(SCE)
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理論電容(rong)量A.h/kg
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實際電容(rong)量(liang)A.h/kg
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電流效率%
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性(xing)能參數
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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(zhong)量(liang)（kg）：8.5
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表6 未(wei)加和加陰極保(bao)護的鋼試(shi)樣腐(fu)蝕速率mm/年
編 號
未加陰極保護裸鋼片
加陰極保護裸鋼片
加陰極保護的包降阻劑鋼試片(pian)
1
0.195
0.060
8.95×10-5
2
0.189
0.041
6.22×10-4
3
0.182
0.040
3.11×10-4
平 均
0.187
0.047
3.41×10-4
外觀現象
試片表面有桔黃色銹層，銹層下有腐蝕(shi)坑
試片表面光亮，但邊角有(you)少(shao)許腐蝕點
試(shi)片表面光亮
為說明(ming)電流(liu)密度對腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)的(de)(de)影響，曾在省電力試(shi)驗(yan)研究院內的(de)(de)一塊濕地（洗車場）按同樣的(de)(de)陰(yin)(yin)極(ji)(ji)保護試(shi)驗(yan)裝置進行埋地腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)，但是(shi)是(shi)用蓄電池(chi)外(wai)加電流(liu)取代鋅合金犧牲陽極(ji)(ji)以便控制電流(liu)密度。試(shi)驗(yan)時(shi)間724小時(shi)，試(shi)驗(yan)結果(guo)如(ru)(ru)表7所(suo)示(shi)。埋地包覆降(jiang)阻劑鋼試(shi)片對地電極(ji)(ji)電位(wei)變化如(ru)(ru)表8所(suo)示(shi)。埋地裸鋼片的(de)(de)陰(yin)(yin)極(ji)(ji)保護試(shi)驗(yan)結果(guo)如(ru)(ru)表9所(suo)示(shi)。
（2）試(shi)驗結果討(tao)論
（1）由(you)表(biao)(biao)8和(he)(he)(he)9可看出，加陰極保(bao)(bao)(bao)護(hu)的(de)(de)埋地裸(luo)鋼(gang)(gang)片，隨陰極電流(liu)密(mi)度(du)(du)的(de)(de)增加，腐蝕速率降低，而且(qie)對地電極電位更向負值變化。由(you)于保(bao)(bao)(bao)護(hu)電流(liu)密(mi)度(du)(du)和(he)(he)(he)保(bao)(bao)(bao)護(hu)電位未達到(dao)要求(qiu)的(de)(de)數值（蓄電池容(rong)量不(bu)足），所(suo)以(yi)鋼(gang)(gang)試片的(de)(de)保(bao)(bao)(bao)護(hu)尚未達到(dao)滿意(yi)的(de)(de)程度(du)(du)。鋼(gang)(gang)構筑(zhu)物所(suo)需保(bao)(bao)(bao)護(hu)的(de)(de)電流(liu)密(mi)度(du)(du)和(he)(he)(he)保(bao)(bao)(bao)護(hu)電位如(ru)表(biao)(biao)10和(he)(he)(he)表(biao)(biao)11所(suo)示(shi)。
（2）由(you)表7可看(kan)出，包導電(dian)混凝土(tu)接(jie)地降(jiang)(jiang)(jiang)阻劑的(de)鋼(gang)(gang)試(shi)片在(zai)施加陰極保護(hu)后(hou)，不僅腐蝕速率大幅度降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)，而且(qie)所需(xu)的(de)保護(hu)電(dian)流(liu)密度也很小，其原(yuan)因是導電(dian)混凝土(tu)使鋼(gang)(gang)試(shi)片產生(sheng)自鈍化(hua)作用，降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)腐蝕速率，從而可使所需(xu)的(de)電(dian)流(liu)密度降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)；同時(shi)，由(you)于導電(dian)混凝土(tu)覆蓋層使保護(hu)電(dian)流(liu)和電(dian)位分(fen)布更(geng)均勻，因而使鋼(gang)(gang)表面(mian)的(de)保護(hu)更(geng)完(wan)整(zheng)，即使得邊角等局部(bu)易發生(sheng)腐蝕的(de)部(bu)位也受到了良好的(de)保護(hu)。
（3）包覆(fu)(fu)(fu)降(jiang)阻劑(ji)和未(wei)包覆(fu)(fu)(fu)接地(di)降(jiang)阻劑(ji)的(de)鋼(gang)試片(pian)施加陰極(ji)保護(hu)時，經(jing)剖開后(hou)發現，前者試片(pian)表(biao)面(mian)仍光亮如初，而后(hou)者表(biao)面(mian)上覆(fu)(fu)(fu)蓋一層鋼(gang)灰色氧(yang)化保護(hu)膜，其原(yuan)因(yin)在于陰極(ji)電流(liu)(liu)將會使氧(yang)化保護(hu)膜還原(yuan)，包覆(fu)(fu)(fu)接地(di)降(jiang)阻劑(ji)施加陰極(ji)保護(hu)的(de)鋼(gang)試片(pian)外觀如照(zhao)片(pian)8所示（照(zhao)片(pian)見后(hou)面(mian)的(de)彩(cai)頁(ye)），未(wei)包覆(fu)(fu)(fu)接地(di)降(jiang)阻劑(ji)施加陰極(ji)保護(hu)的(de)鋼(gang)試片(pian)外觀如照(zhao)片(pian)9所示（照(zhao)片(pian)見后(hou)面(mian)的(de)彩(cai)頁(ye)）。據國外文獻（《腐(fu)蝕》（美）1970.Vol.26.NO.10 ）介紹，在陰極(ji)電流(liu)(liu)作用下，不僅磁(ci)性氧(yang)化鐵（Fe3O4）可還原為(wei)鐵(tie)，而且作為(wei)銹層主(zhu)要成分(fen)的FeOOH也被還原為(wei)Fe3O4。
（4）無論(lun)是(shi)采用(yong)導(dao)電混凝(ning)土接(jie)地降阻劑或導(dao)電防(fang)腐涂料，當土壤介質電阻率較低或浸蝕性(xing)離子（例如(ru)Cl-及SO4-等(deng)）濃(nong)度較高(gao)，即土壤(rang)的(de)(de)(de)浸蝕性較強時，如施工(gong)質(zhi)量不高(gao)或接地降阻(zu)劑及涂料填料粒度較大，導(dao)致在(zai)包覆(fu)和涂覆(fu)的(de)(de)(de)導(dao)電(dian)涂料有縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)或孔(kong)隙(xi)(xi)(xi)時，將(jiang)會影響鋼(gang)體(ti)的(de)(de)(de)使用壽命(ming)，在(zai)這種情況下(xia)(xia)陰(yin)極(ji)(ji)保(bao)護(hu)(hu)將(jiang)會防止縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)或孔(kong)隙(xi)(xi)(xi)腐蝕。在(zai)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)或孔(kong)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)介(jie)(jie)質(zhi)歐(ou)姆電(dian)阻(zu)較低的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia)，保(bao)護(hu)(hu)電(dian)流可能深(shen)入(ru)至縫(feng)(feng)底，將(jiang)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)金屬極(ji)(ji)化到免(mian)蝕區而得到保(bao)護(hu)(hu)；在(zai)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)介(jie)(jie)質(zhi)歐(ou)姆電(dian)阻(zu)較高(gao)的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia)，保(bao)護(hu)(hu)電(dian)流雖難以(yi)深(shen)入(ru)縫(feng)(feng)底，但陰(yin)極(ji)(ji)保(bao)護(hu)(hu)卻可通過氧(yang)耗盡機理(li)以(yi)及pH上升和鈍化機理(li)來抑制縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)金屬的(de)(de)(de)腐蝕。因此，將(jiang)導(dao)電(dian)混(hun)凝土或導(dao)電(dian)防腐涂料與陰(yin)極(ji)(ji)保(bao)護(hu)(hu)結(jie)合起來，是比較理(li)想的(de)(de)(de)防腐措施。
表7 不同電(dian)流密度陰極保護腐蝕試(shi)驗結果（mm/年）
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未加(jia)陰極保護裸鋼片
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包覆接地降阻(zu)劑鋼試片(pian)
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陰(yin)極保護電流密度
Ik=0mA/m2
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陰極保護電流密度
Ik=0mA/m2
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陰極保(bao)護電流密度
Ik=1.5mA/m2
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陰極保護電(dian)流密度(du)
Ik=2.5mA/m2
|
|
0.984
|
0.0019
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0.0012
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0.00065
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試片表面(mian)有(you)(you)桔黃色銹(xiu)層，銹(xiu)層下有(you)(you)腐蝕坑(keng)
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試片表面有鋼灰色鈍化(hua)膜(mo)
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試片表&
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