南京水利科學研究院從上世紀六十年代起開展了陰極保護的研究工作。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壁等水工鋼結構上進行“涂料加外加電流陰極保護”的試驗，取得了成功，開啟了陰極保護在水利工程領域的應用，該項目獲得了 1978 年全國科學大會獎。

    1974 年由南京水利科學研究院、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。1975 年起對鋼板樁碼頭進行外加電流陰極保護試驗研究，1977 年對連云港新建的兩個萬噸級泊位的鋼板樁碼頭實施外加電流陰極保護，經過維修改造至今仍在繼續使用，取得了良好的保護效果。

    在上世紀八十年代初，隨著有色金屬冶煉工業的進步和鋁合金犧牲陽極材料的研發成功，犧牲陽極陰極保護技術得到了推廣應用。1985 年在湛江港進行了犧牲陽極發射電流、陰極保護成膜等實驗研究，成功的對湛江港 800m 長鋼板樁碼頭實施了犧牲陽極保護。1986 年對丹東港大東港區 3 號泊位鋼管樁進行犧牲陽極保護進行設計，1988 年 7 月實施完成大型鋼管樁碼頭的犧牲陽極陰極保護。

    這些水工建筑物采用陰極保護不僅見證著我國陰極保護技術在水工建筑工程應用中的發展，更是見證了一個人的科研生涯，她或主持或參與地設計了上述水工建筑物的陰極保護方案，使得陰極保護技術成為當時水工建筑物的守護神。

    朱秀娟，于南京水利科學研究院材料結構研究所從事水工、港工建筑物的腐蝕與防護試驗研究工作和防護新技術、新材料的開發應用工作，是一位水工建筑物陰極保護的設計師。

    結緣陰極保護

    朱老師畢業于河海大學理電系，學的是無線電專業，畢業后分配到南京水利科學研究院，進院后其主要工作是研制測量儀器。當時南京水利科學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，當時用于測量電位的儀器是萬用表。萬用表的內阻比較低，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畢業，來到到南京水利科學院工作，就開始搞測量儀器的研發——高內阻真空管毫伏表——用以測量混凝土表面的電位。經過一段時間的鉆研，朱老師研制出了南京水利科學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，很多老師用這個儀器研制出了很多相關的研究成果。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設計產生了濃厚的興趣，于是她開始到南京化工學院進行學習腐蝕電化學知識，從此致力于水工建筑的陰極保護的設計。

    陰極保護設計與實施 保護裕溪口船閘鋼閘門

    回憶起第一次參加陰極保護設計的工程項目，朱老師忍不住笑著說，“我的第一項陰極保護設計很‘土’，使用鋼筋做陽極，鋼筋與鋼樁間用木塊做絕緣品。”這個項目便是三河閘外加電流陰極保護設計。

    當時交通部要建碼頭，國內沒有做過鋼樁碼頭的陰極保護的設計。當時在全國通用的對鋼閘門的保護措施是采用油漆，不僅花費大、保護壽命短，而且閘門除銹、涂漆時，必須停航排水，影響通航，損失巨大。陰極保護在國際上早已廣泛使用已經有了一定的標準，但我國還沒有，陰極保護需要哪些實驗參數呢？于是，朱老師就從室內到現場進行了各類參數的研究。

    朱老師說：“當時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 0.5mm/a。采用涂料和外加電流陰極保護聯合防腐蝕，在擋潮閘，節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施則沒有先例。”于是，她先在裕溪冂船閘閘門上進行了實驗。

    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，保護電位和保護電流密度是陰極保護的重要參數。保護電流密度的大小與鋼閘門的材料、表面狀況以及所處環境介質、水流速度等有關，可通過室內試驗和現場實測或參照經驗數據來確定。為此他們在實驗室內進行了涂漆鋼片在裕溪河水中的靜態極化曲線的實驗，得出其保護電流密度約為2mA/m 2 ,考慮到以后涂漆損壞，在室外設計時，故設計時取 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，故最大保護電位不應負于 -1200mV，這是因為被保護表面處于析氫狀態下，不僅會因其表面 pH 值增大產生堿腐蝕而導致保護效果降低，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合保護時，切忌保護電位超過析氫電位。

    朱老師介紹，適用于淡水介質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，從而使總的呆護電位分布均勻。進行這樣的陰極保護設計后，從 1982 年 11月開始，利用原有安裝的陽極，而將導線改成觸點式引出，通電后，閘門的電位基本上都達到保護電位。1983年 12 月船閘停航大修時，對閘門的銹蝕狀況又作了實地檢查。其結果表明：

    有陰極保護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物，很易用手抹去而露出金屬光澤；但未采取陰極保護常用處于水下的泄水孔鋼閘門，腐蝕卻十分嚴重，門的框架角鋼，有的邊緣已被腐蝕得薄如刀口，可見陰極保護在船閘鋼閘門上應用收到明顯效果。

    回憶起自己首次的陰極保護設計，朱老師說，盡管很土，但是很管用很有保護效果，從此也開啟了她對水工建筑物進行設計的科研生涯。

    海水中陰極保護設計 保護湛江港鋼板樁

    三河閘外加電流陰極保護設計是在淡水介質里進行的陰極保護設計，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 800 米鋼板樁犧牲陽極保護設計是她設計的第一個在海水中陰極保護項目。

    上世紀七十年代，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，開始外加電流保護均獲得了良好的保護效果，經幾年運行后，外加電流陰極保護系統各部分如：直流電源、控制參比電極、電纜等電子元器件和材料的穩定性，可靠性，耐久性等質量問題，陸續不斷時有損壞而不得不經常更換和維修，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管理費，不久終因維護管理不善，降低了保護效果，有些碼頭甚至停止使用。根據上述實際狀況，考慮到上世紀八十年代初我國犧牲陽極材料已研制成功，產品已商品化，先后制定了相應的國家標準，有條件采用犧牲陽極法保護，因此，1985 年朱老師他們結合湛江港一區老碼頭改造工程的 800 米鋼板樁海水腐蝕，開展了犧牲陽極陰極保護在鋼板樁碼頭上的應用。

    朱老師介紹，湛江港一區是個老碼頭，為鋼筋砼高樁框架式結構，建于 1965 年。碼頭上部結構因受海水侵蝕，鋼筋嚴重腐蝕，導致砼脹裂，結構日益破壞，以致采用一般的修補措施難以維護，為確保今后碼頭的長期安全運行，如何防止海水對鋼板樁的腐蝕便成了關鍵技術之一。為此，她們經實地考察決定，由于裸露在海水中的鋼板樁處于平均低潮位以下，完全處于陰極保護的有效范圍內，因而對板樁的迎海面實施犧牲陽極陰極保護，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措施。

    根據國內外有關規范和標準及上述試驗資料，朱老師進行了如下的設計：保護電位在 -0.77 ～一 1.05V，保護電流密度海水中：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境的鋁一鋅一銦一錫合金即鋁合金犧牲陽極，設計使用年限為 20 年。根據陽極尺寸，計算每只陽極接永電阻，從而計算出每只陽極的發射電流為 246mA。根據碼頭所需總保護電流量和分布的均勻性，設計陽極數量為 800 只，全部均勻分布在每根凸樁上，其位置是上、下兩個標高間隔交義布置，上排陽極頂標高為 -2.0M，下排陽極頂標高為一7.0M。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，安裝了 20 只陽極，合計共用 820 只陽極。在犧牲陽極的安裝方面，犧牲陽極與被保護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。

    進行了如此的設計之后，朱老師說：“在 1985 年我們進行了大面積裸露的鋼板樁上采用犧牲陽極陰極保護的設計，這在國內尚屬首次，實踐證明設計是完全成功的，為今后鋼板樁犧牲陽極陰極保護設計、施工提供了一個良好的工程范例。在鋼板樁碼頭設計中，我們也得出一些經驗，如果不是力學強度要求的緣故，一般情況也不必進口低合金鋼鋼樁，采用經濟合理的普碳鋼加陰極保護方案即可。”

    海港工程鋼結構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以外，所處環境也是重要因素，各種防腐蝕措施和防腐蝕材料都有一定的適用環境，因此，當海港工程采用鋼結構并在工程設計的同時進行防腐蝕設計時，首先必須進行防腐蝕方案論證，即根據被保護結構型式所處環境和運行狀況，確定合適的防腐蝕措施，并選擇相應的技術參數，再進行詳細的設計計算及施工設計，只有這樣，才能保證防腐蝕工程的最優經濟效益。這是朱老師對湛江港犧牲陽極陰極保護設計后的心得體會。她說：“設計前必須掌握被保護結構的結構型式、幾何尺寸、潮位變化，風浪大小和所處環境介賃等資料。”

    陰極保護在巴基斯坦卡西姆港EPTL 化學碼頭鋼樁上的應用

    隨著對水工港工進行陰極保護設計的成熟，朱老師對水工港工的陰極保護設計工作也走出了國門，她對巴基斯坦卡西姆港 EPTL 化學碼頭進行了犧牲陽極的陰極保護設計。

    朱老師介紹，巴基斯坦卡西姆港EPTL 化學碼頭由荷蘭 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。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 993.5 米，除近岸端采用混凝上灌注樁外，深水區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 萬噸泊位設計。

    盡管這個項目在國外，但是對于朱老師來說，已經對水工建筑物的陰極保護設計輕車熟路。朱老師到達巴基斯坦后先對碼頭環境進行了考察，這里的海域根據 1996 年 5 月所測水質資料，pH 值小于正常海水，溶解氧含量、生化需氧量、化學需氧量都較正常海水偏大，并且在海邊可感覺到海水散發出硫化氫的臭味，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。朱老師根據實際環境采用了犧牲陽極的陰極保護的方法，保護年限不小于30年。在這個項目中，朱老師說，EPTL 化學碼頭所處海域的海水有一定程度的污染，加上風浪較大，溫度較高，腐蝕環境相對惡劣，抓住這一點，我們對犧牲陽極的鋁合金材料性能進行了檢測，使得各項指標全都符合合有關標準和規范，為該項目工程陰極保護的質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，這是這個項目最大的價值，也是最值得驕傲的地方。

    后記：

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

    ●  人物簡介

    朱秀娟，女，1938 年 5 月出生，江蘇無錫人，漢族。1962 年畢業于河海大學，以后一直在南京水利科學研究院材料結構研究所工作，從事水工、港工建筑物的腐蝕與防護試驗研究工作和防護新技術、新材料的開發應用。曾任研究室主任，教授級高級工程師，碩士研究生導師，江蘇省注冊咨詢專家，享受國務院頒發的政府特殊津貼，中國腐蝕與防護學會理事（兩屆）。

    先后主持完成國家科技攻關項目二項，部重點項目四項；完成重大工程科研項目三十多項。在電化學保護的試驗研究領域有較高的學術造詣，在新技術、新材料的開發應用方面有豐富的實踐經驗，為水利部交通部先后舉辦過三期學習班，尤其在將陰極保護技術應用于水工、港工建筑物的防腐工程中取得了顯著的社會效益，在腐蝕與防護界有一定的知名度。6 項科研成果通過部級鑒定，其中二項成果達到國際先進水平。研制的防腐蝕新材料通過江蘇省新產品鑒定，并被列為交通部推廣項目。

    編撰科研報告 30 余篇，發表學術論文 20 多篇，主編交通部第一本鋼結構防腐蝕規范，并于 1990 年頒布實施，參編專著二部，獲 78 年國家科學大會獎一項，部科技進步三等獎一項，市科技進步一等獎（張家港市），獲南京市政府“八五”期間優秀科技人員獎章和獎金。