南京水利科學(xué)研究院從上世紀(jì)六十年代起開展了陰極保護(hù)的研究工作。首先在江蘇三河閘、安徽巢湖裕溪口船閘鋼閘門、浙江烏溪江中型水電站引水鋼管內(nèi)壁等水工鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行“涂料加外加電流陰極保護(hù)”的試驗(yàn)，取得了成功，開啟了陰極保護(hù)在水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用，該項(xiàng)目獲得了 1978 年全國科學(xué)大會獎。

    1974 年由南京水利科學(xué)研究院、中科院海洋研究所、交通部三航局科研所、上海新康玩具廠組成攻關(guān)小組，1975 年完成對陳山原油碼頭 379 根鋼管樁的外加電流陰極保護(hù)。1975 年起對鋼板樁碼頭進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)試驗(yàn)研究，1977 年對連云港新建的兩個(gè)萬噸級泊位的鋼板樁碼頭實(shí)施外加電流陰極保護(hù)，經(jīng)過維修改造至今仍在繼續(xù)使用，取得了良好的保護(hù)效果。

    在上世紀(jì)八十年代初，隨著有色金屬冶煉工業(yè)的進(jìn)步和鋁合金犧牲陽極材料的研發(fā)成功，犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)得到了推廣應(yīng)用。1985 年在湛江港進(jìn)行了犧牲陽極發(fā)射電流、陰極保護(hù)成膜等實(shí)驗(yàn)研究，成功的對湛江港 800m 長鋼板樁碼頭實(shí)施了犧牲陽極保護(hù)。1986 年對丹東港大東港區(qū) 3 號泊位鋼管樁進(jìn)行犧牲陽極保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，1988 年 7 月實(shí)施完成大型鋼管樁碼頭的犧牲陽極陰極保護(hù)。

    這些水工建筑物采用陰極保護(hù)不僅見證著我國陰極保護(hù)技術(shù)在水工建筑工程應(yīng)用中的發(fā)展，更是見證了一個(gè)人的科研生涯，她或主持或參與地設(shè)計(jì)了上述水工建筑物的陰極保護(hù)方案，使得陰極保護(hù)技術(shù)成為當(dāng)時(shí)水工建筑物的守護(hù)神。

    朱秀娟，于南京水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所從事水工、港工建筑物的腐蝕與防護(hù)試驗(yàn)研究工作和防護(hù)新技術(shù)、新材料的開發(fā)應(yīng)用工作，是一位水工建筑物陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)師。

    結(jié)緣陰極保護(hù)

    朱老師畢業(yè)于河海大學(xué)理電系，學(xué)的是無線電專業(yè)，畢業(yè)后分配到南京水利科學(xué)研究院，進(jìn)院后其主要工作是研制測量儀器。當(dāng)時(shí)南京水利科學(xué)院正在從事鋼筋銹蝕的研究，鋼筋混凝土里的鋼筋可以通過測量其表面電位來判斷是銹還是不銹 , 由于條件的限制，當(dāng)時(shí)用于測量電位的儀器是萬用表。萬用表的內(nèi)阻比較低，混凝土的電阻大，測量的電位有很大的誤差。朱老師是無線電專業(yè)畢業(yè)，來到到南京水利科學(xué)院工作，就開始搞測量儀器的研發(fā)——高內(nèi)阻真空管毫伏表——用以測量混凝土表面的電位。經(jīng)過一段時(shí)間的鉆研，朱老師研制出了南京水利科學(xué)院第一套用于測量混凝土表面電位的儀器，有了測量儀器，科研工作如虎添翼，很多老師用這個(gè)儀器研制出了很多相關(guān)的研究成果。受其他老師科研熱情的感染，朱老師對水工建筑的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣，于是她開始到南京化工學(xué)院進(jìn)行學(xué)習(xí)腐蝕電化學(xué)知識，從此致力于水工建筑的陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)。

    陰極保護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)施 保護(hù)裕溪口船閘鋼閘門

    回憶起第一次參加陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目，朱老師忍不住笑著說，“我的第一項(xiàng)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)很‘土’，使用鋼筋做陽極，鋼筋與鋼樁間用木塊做絕緣品。”這個(gè)項(xiàng)目便是三河閘外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)。

    當(dāng)時(shí)交通部要建碼頭，國內(nèi)沒有做過鋼樁碼頭的陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)在全國通用的對鋼閘門的保護(hù)措施是采用油漆，不僅花費(fèi)大、保護(hù)壽命短，而且閘門除銹、涂漆時(shí)，必須停航排水，影響通航，損失巨大。陰極保護(hù)在國際上早已廣泛使用已經(jīng)有了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但我國還沒有，陰極保護(hù)需要哪些實(shí)驗(yàn)參數(shù)呢？于是，朱老師就從室內(nèi)到現(xiàn)場進(jìn)行了各類參數(shù)的研究。

    朱老師說：“當(dāng)時(shí)鋼閘門大多采用普通的碳鋼，在一般江河水中，其均勻腐蝕速度比在海水中低，一般為0.1 ～ 0.02mm/a，但局部腐蝕的坑蝕深度一般為 0.15 ～ 0.30mm/a，有的則高達(dá) 0.5mm/a。采用涂料和外加電流陰極保護(hù)聯(lián)合防腐蝕，在擋潮閘，節(jié)制閘上已有成功先例，但在船闡鋼閘門持別是橫拉門上如何實(shí)施則沒有先例。”于是，她先在裕溪冂船閘閘門上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

    裕溪冂船閘，閘長 195 米，寬 15米，上、下游兩扇鋼閘門的表面積約為2582米，水下面積約為2100平方米。朱老師說，保護(hù)電位和保護(hù)電流密度是陰極保護(hù)的重要參數(shù)。保護(hù)電流密度的大小與鋼閘門的材料、表面狀況以及所處環(huán)境介質(zhì)、水流速度等有關(guān)，可通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測或參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定。為此他們在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了涂漆鋼片在裕溪河水中的靜態(tài)極化曲線的實(shí)驗(yàn)，得出其保護(hù)電流密度約為2mA/m 2 ,考慮到以后涂漆損壞，在室外設(shè)計(jì)時(shí)，故設(shè)計(jì)時(shí)取 5mA/m 2 ，涂漆鋼片在裕溪河水中的自然腐蝕電位為 -600mV 左右（相對于飽和甘汞電極），其析氫電位為 -1200mv，故最大保護(hù)電位不應(yīng)負(fù)于 -1200mV，這是因?yàn)楸槐Ｗo(hù)表面處于析氫狀態(tài)下，不僅會因其表面 pH 值增大產(chǎn)生堿腐蝕而導(dǎo)致保護(hù)效果降低，而且大量的氫氣析出會使漆膜鼓泡破壞。所以，在涂料與外加電流聯(lián)合保護(hù)時(shí)，切忌保護(hù)電位超過析氫電位。

    朱老師介紹，適用于淡水介質(zhì)的輔助陽極材料有鋼、高硅鑄鐵以及鍍鉑鈦等。綜合因素考慮，采用直徑為22 毫米，長 10 米的圓鋼，在閘門的面板框架上布置兩排陽極，每排 8 根，從而使總的呆護(hù)電位分布均勻。進(jìn)行這樣的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)后，從 1982 年 11月開始，利用原有安裝的陽極，而將導(dǎo)線改成觸點(diǎn)式引出，通電后，閘門的電位基本上都達(dá)到保護(hù)電位。1983年 12 月船閘停航大修時(shí)，對閘門的銹蝕狀況又作了實(shí)地檢查。其結(jié)果表明：

    有陰極保護(hù)的鋼閘門常年處于水下的部位，基本不銹，而漆雖已脫落，紅丹底漆脫落較少，脫落處亦已附有一層黑色陰極產(chǎn)物，很易用手抹去而露出金屬光澤；但未采取陰極保護(hù)常用處于水下的泄水孔鋼閘門，腐蝕卻十分嚴(yán)重，門的框架角鋼，有的邊緣已被腐蝕得薄如刀口，可見陰極保護(hù)在船閘鋼閘門上應(yīng)用收到明顯效果。

    回憶起自己首次的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)，朱老師說，盡管很土，但是很管用很有保護(hù)效果，從此也開啟了她對水工建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的科研生涯。

    海水中陰極保護(hù)設(shè)計(jì) 保護(hù)湛江港鋼板樁

    三河閘外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)是在淡水介質(zhì)里進(jìn)行的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)，淡水的腐蝕性弱，但是電位不均衡。海水則是另一種情況。朱老師回憶說，湛江港一區(qū) 800 米鋼板樁犧牲陽極保護(hù)設(shè)計(jì)是她設(shè)計(jì)的第一個(gè)在海水中陰極保護(hù)項(xiàng)目。

    上世紀(jì)七十年代，為防止鋼樁在海水或河口水中的腐蝕，在我國不少港口采用了外加電流陰極保護(hù)措施，如：連云港雜貨碼頭、陳山原油碼頭、上海金山石化總廠油碼頭和化工原料碼頭、三亞港、北侖港、上海寶鋼礦石碼頭、黃島油碼頭等鋼板樁或鋼管樁的防腐蝕，開始外加電流保護(hù)均獲得了良好的保護(hù)效果，經(jīng)幾年運(yùn)行后，外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)各部分如：直流電源、控制參比電極、電纜等電子元器件和材料的穩(wěn)定性，可靠性，耐久性等質(zhì)量問題，陸續(xù)不斷時(shí)有損壞而不得不經(jīng)常更換和維修，不僅給管理帶來許多麻煩，而且每年仍要開支一筆可觀的維護(hù)管理費(fèi)，不久終因維護(hù)管理不善，降低了保護(hù)效果，有些碼頭甚至停止使用。根據(jù)上述實(shí)際狀況，考慮到上世紀(jì)八十年代初我國犧牲陽極材料已研制成功，產(chǎn)品已商品化，先后制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，有條件采用犧牲陽極法保護(hù)，因此，1985 年朱老師他們結(jié)合湛江港一區(qū)老碼頭改造工程的 800 米鋼板樁海水腐蝕，開展了犧牲陽極陰極保護(hù)在鋼板樁碼頭上的應(yīng)用。

    朱老師介紹，湛江港一區(qū)是個(gè)老碼頭，為鋼筋砼高樁框架式結(jié)構(gòu)，建于 1965 年。碼頭上部結(jié)構(gòu)因受海水侵蝕，鋼筋嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致砼脹裂，結(jié)構(gòu)日益破壞，以致采用一般的修補(bǔ)措施難以維護(hù)，為確保今后碼頭的長期安全運(yùn)行，如何防止海水對鋼板樁的腐蝕便成了關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，她們經(jīng)實(shí)地考察決定，由于裸露在海水中的鋼板樁處于平均低潮位以下，完全處于陰極保護(hù)的有效范圍內(nèi)，因而對板樁的迎海面實(shí)施犧牲陽極陰極保護(hù)，但板樁的背面因缺氧，腐蝕相對較輕，則考慮增加一定的腐蝕裕量，錨拉桿除留有腐蝕裕量外，采用三油二布的涂層保護(hù)措施。

    根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)及上述試驗(yàn)資料，朱老師進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)：保護(hù)電位在 -0.77 ～一 1.05V，保護(hù)電流密度海水中：100mA/M 2 ；海泥中：20mA/M 2 。其中犧牲陽極材料選擇了適合于海水環(huán)境的鋁一鋅一銦一錫合金即鋁合金犧牲陽極，設(shè)計(jì)使用年限為 20 年。根據(jù)陽極尺寸，計(jì)算每只陽極接永電阻，從而計(jì)算出每只陽極的發(fā)射電流為 246mA。根據(jù)碼頭所需總保護(hù)電流量和分布的均勻性，設(shè)計(jì)陽極數(shù)量為 800 只，全部均勻分布在每根凸樁上，其位置是上、下兩個(gè)標(biāo)高間隔交義布置，上排陽極頂標(biāo)高為 -2.0M，下排陽極頂標(biāo)高為一7.0M。南過渡段板樁背面因部分裸露在海水中，故也作了犧牲陽極保護(hù)，安裝了 20 只陽極，合計(jì)共用 820 只陽極。在犧牲陽極的安裝方面，犧牲陽極與被保護(hù)體鋼板樁的短路連接，采用水下焊接短路，通過陽極鐵芯一扁鋼直接焊接在鋼板樁的凸樁上。

    進(jìn)行了如此的設(shè)計(jì)之后，朱老師說：“在 1985 年我們進(jìn)行了大面積裸露的鋼板樁上采用犧牲陽極陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)，這在國內(nèi)尚屬首次，實(shí)踐證明設(shè)計(jì)是完全成功的，為今后鋼板樁犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)、施工提供了一個(gè)良好的工程范例。在鋼板樁碼頭設(shè)計(jì)中，我們也得出一些經(jīng)驗(yàn)，如果不是力學(xué)強(qiáng)度要求的緣故，一般情況也不必進(jìn)口低合金鋼鋼樁，采用經(jīng)濟(jì)合理的普碳鋼加陰極保護(hù)方案即可。”

    海港工程鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕是不可避免的，而影響腐蝕的因素除鋼材本身的性質(zhì)以外，所處環(huán)境也是重要因素，各種防腐蝕措施和防腐蝕材料都有一定的適用環(huán)境，因此，當(dāng)海港工程采用鋼結(jié)構(gòu)并在工程設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行防腐蝕設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須進(jìn)行防腐蝕方案論證，即根據(jù)被保護(hù)結(jié)構(gòu)型式所處環(huán)境和運(yùn)行狀況，確定合適的防腐蝕措施，并選擇相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，再進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算及施工設(shè)計(jì)，只有這樣，才能保證防腐蝕工程的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益。這是朱老師對湛江港犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)后的心得體會。她說：“設(shè)計(jì)前必須掌握被保護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式、幾何尺寸、潮位變化，風(fēng)浪大小和所處環(huán)境介賃等資料。”

    陰極保護(hù)在巴基斯坦卡西姆港EPTL 化學(xué)碼頭鋼樁上的應(yīng)用

    隨著對水工港工進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的成熟，朱老師對水工港工的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)工作也走出了國門，她對巴基斯坦卡西姆港 EPTL 化學(xué)碼頭進(jìn)行了犧牲陽極的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)。

    朱老師介紹，巴基斯坦卡西姆港EPTL 化學(xué)碼頭由荷蘭 PAKTANK 公司和巴基斯妲 GRO 公司合資建造，位于巴基斯坦卡西姆港西側(cè)。主要由引橋、泵房平臺、操作平臺、人行橋、系船樁、靠船樁組成。引橋全長達(dá) 993.5 米，除近岸端采用混凝上灌注樁外，深水區(qū)的樁基均采用鋼管樁。共有鋼管樁112 根，樁長從 28-43 米不等。碼頭按 7.5 萬噸泊位設(shè)計(jì)。

    盡管這個(gè)項(xiàng)目在國外，但是對于朱老師來說，已經(jīng)對水工建筑物的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)輕車熟路。朱老師到達(dá)巴基斯坦后先對碼頭環(huán)境進(jìn)行了考察，這里的海域根據(jù) 1996 年 5 月所測水質(zhì)資料，pH 值小于正常海水，溶解氧含量、生化需氧量、化學(xué)需氧量都較正常海水偏大，并且在海邊可感覺到海水散發(fā)出硫化氫的臭味，朱老師判斷該海域海水有一定程度的污染，腐蝕條件較為苛刻。朱老師根據(jù)實(shí)際環(huán)境采用了犧牲陽極的陰極保護(hù)的方法，保護(hù)年限不小于30年。在這個(gè)項(xiàng)目中，朱老師說，EPTL 化學(xué)碼頭所處海域的海水有一定程度的污染，加上風(fēng)浪較大，溫度較高，腐蝕環(huán)境相對惡劣，抓住這一點(diǎn)，我們對犧牲陽極的鋁合金材料性能進(jìn)行了檢測，使得各項(xiàng)指標(biāo)全都符合合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為該項(xiàng)目工程陰極保護(hù)的質(zhì)量得到了充分的保證，并為以后深水港口使用的長壽命犧牲陽極材料出口提供了工程證明，這是這個(gè)項(xiàng)目最大的價(jià)值，也是最值得驕傲的地方。

    后記：

    朱老師做過的陰極保護(hù)工程很多，有連云港鋼板樁碼頭外加電流保護(hù)、陳山原油碼頭鋼管樁外加電流陰極保護(hù)、烏溪江水電站引水壓力鋼管內(nèi)壁外加電流陰極保護(hù)、三閘河、射陽河閘、裕溪口船閘鋼閘門外加電流陰極保護(hù)、連云港堿廠給水工程輸水鋼管犧牲陽極和外加電流保護(hù)、湛江港一區(qū) 800 米鋼板樁犧牲陽極保護(hù)、廈門輸水鋼管犧牲陽極保護(hù)設(shè)計(jì)，三峽臨時(shí)船閘充水廊道鋼閘門犧牲陽極保護(hù)等等系列工程項(xiàng)目，屬于水工建筑物，鋼結(jié)構(gòu)種類繁多，陰極保護(hù)是其最有效的一種方法之一。隨著陰極保護(hù)研究的深入，特別是新材料、新技術(shù)不斷地開發(fā)成功，陰極保護(hù)有更新的提升，并在更多領(lǐng)域的推廣應(yīng)用！

    ●  人物簡介

    朱秀娟，女，1938 年 5 月出生，江蘇無錫人，漢族。1962 年畢業(yè)于河海大學(xué)，以后一直在南京水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所工作，從事水工、港工建筑物的腐蝕與防護(hù)試驗(yàn)研究工作和防護(hù)新技術(shù)、新材料的開發(fā)應(yīng)用。曾任研究室主任，教授級高級工程師，碩士研究生導(dǎo)師，江蘇省注冊咨詢專家，享受國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會理事（兩屆）。

    先后主持完成國家科技攻關(guān)項(xiàng)目二項(xiàng)，部重點(diǎn)項(xiàng)目四項(xiàng)；完成重大工程科研項(xiàng)目三十多項(xiàng)。在電化學(xué)保護(hù)的試驗(yàn)研究領(lǐng)域有較高的學(xué)術(shù)造詣，在新技術(shù)、新材料的開發(fā)應(yīng)用方面有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為水利部交通部先后舉辦過三期學(xué)習(xí)班，尤其在將陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用于水工、港工建筑物的防腐工程中取得了顯著的社會效益，在腐蝕與防護(hù)界有一定的知名度。6 項(xiàng)科研成果通過部級鑒定，其中二項(xiàng)成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。研制的防腐蝕新材料通過江蘇省新產(chǎn)品鑒定，并被列為交通部推廣項(xiàng)目。

    編撰科研報(bào)告 30 余篇，發(fā)表學(xué)術(shù)論文 20 多篇，主編交通部第一本鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范，并于 1990 年頒布實(shí)施，參編專著二部，獲 78 年國家科學(xué)大會獎一項(xiàng)，部科技進(jìn)步三等獎一項(xiàng)，市科技進(jìn)步一等獎（張家港市），獲南京市政府“八五”期間優(yōu)秀科技人員獎?wù)潞酮劷稹?/span>