南京水利科学研究院从上世纪六十年代起开展了阴极保护的研究工作。首先在江苏三河闸、安徽巢湖裕溪口船闸钢闸门、浙江乌溪江中型水电站引水钢管内壁等水工钢结构上进行“涂料加外加电流阴极保护”的试验，取得了成功，开启了阴极保护在水利工程领域的应用，该项目获得了 1978 年全国科学大会奖。

    1974 年由南京水利科学研究院、中科院海洋研究所、交通部三航局科研所、上海新康玩具厂组成攻关小组，1975 年完成对陈山原油码头 379 根钢管桩的外加电流阴极保护。1975 年起对钢板桩码头进行外加电流阴极保护试验研究，1977 年对连云港新建的两个万吨级泊位的钢板桩码头实施外加电流阴极保护，经过维修改造至今仍在继续使用，取得了良好的保护效果。

    在上世纪八十年代初，随着有色金属冶炼工业的进步和铝合金牺牲阳极材料的研发成功，牺牲阳极阴极保护技术得到了推广应用。1985 年在湛江港进行了牺牲阳极发射电流、阴极保护成膜等实验研究，成功的对湛江港 800m 长钢板桩码头实施了牺牲阳极保护。1986 年对丹东港大东港区 3 号泊位钢管桩进行牺牲阳极保护进行设计，1988 年 7 月实施完成大型钢管桩码头的牺牲阳极阴极保护。

    这些水工建筑物采用阴极保护不仅见证着我国阴极保护技术在水工建筑工程应用中的发展，更是见证了一个人的科研生涯，她或主持或参与地设计了上述水工建筑物的阴极保护方案，使得阴极保护技术成为当时水工建筑物的守护神。

    朱秀娟，于南京水利科学研究院材料结构研究所从事水工、港工建筑物的腐蚀与防护试验研究工作和防护新技术、新材料的开发应用工作，是一位水工建筑物阴极保护的设计师。

    结缘阴极保护

    朱老师毕业于河海大学理电系，学的是无线电专业，毕业后分配到南京水利科学研究院，进院后其主要工作是研制测量仪器。当时南京水利科学院正在从事钢筋锈蚀的研究，钢筋混凝土里的钢筋可以通过测量其表面电位来判断是锈还是不锈 , 由于条件的限制，当时用于测量电位的仪器是万用表。万用表的内阻比较低，混凝土的电阻大，测量的电位有很大的误差。朱老师是无线电专业毕业，来到到南京水利科学院工作，就开始搞测量仪器的研发——高内阻真空管毫伏表——用以测量混凝土表面的电位。经过一段时间的钻研，朱老师研制出了南京水利科学院第一套用于测量混凝土表面电位的仪器，有了测量仪器，科研工作如虎添翼，很多老师用这个仪器研制出了很多相关的研究成果。受其他老师科研热情的感染，朱老师对水工建筑的阴极保护设计产生了浓厚的兴趣，于是她开始到南京化工学院进行学习腐蚀电化学知识，从此致力于水工建筑的阴极保护的设计。

    阴极保护设计与实施 保护裕溪口船闸钢闸门

    回忆起第一次参加阴极保护设计的工程项目，朱老师忍不住笑着说，“我的第一项阴极保护设计很‘土’，使用钢筋做阳极，钢筋与钢桩间用木块做绝缘品。”这个项目便是三河闸外加电流阴极保护设计。

    当时交通部要建码头，国内没有做过钢桩码头的阴极保护的设计。当时在全国通用的对钢闸门的保护措施是采用油漆，不仅花费大、保护寿命短，而且闸门除锈、涂漆时，必须停航排水，影响通航，损失巨大。阴极保护在国际上早已广泛使用已经有了一定的标准，但我国还没有，阴极保护需要哪些实验参数呢？于是，朱老师就从室内到现场进行了各类参数的研究。

    朱老师说：“当时钢闸门大多采用普通的碳钢，在一般江河水中，其均匀腐蚀速度比在海水中低，一般为0.1 ～ 0.02mm/a，但局部腐蚀的坑蚀深度一般为 0.15 ～ 0.30mm/a，有的则高达 0.5mm/a。采用涂料和外加电流阴极保护联合防腐蚀，在挡潮闸，节制闸上已有成功先例，但在船阐钢闸门持别是横拉门上如何实施则没有先例。”于是，她先在裕溪冂船闸闸门上进行了实验。

    裕溪冂船闸，闸长 195 米，宽 15米，上、下游两扇钢闸门的表面积约为2582米，水下面积约为2100平方米。朱老师说，保护电位和保护电流密度是阴极保护的重要参数。保护电流密度的大小与钢闸门的材料、表面状况以及所处环境介质、水流速度等有关，可通过室内试验和现场实测或参照经验数据来确定。为此他们在实验室内进行了涂漆钢片在裕溪河水中的静态极化曲线的实验，得出其保护电流密度约为2mA/m 2 ,考虑到以后涂漆损坏，在室外设计时，故设计时取 5mA/m 2 ，涂漆钢片在裕溪河水中的自然腐蚀电位为 -600mV 左右（相对于饱和甘汞电极），其析氢电位为 -1200mv，故最大保护电位不应负于 -1200mV，这是因为被保护表面处于析氢状态下，不仅会因其表面 pH 值增大产生碱腐蚀而导致保护效果降低，而且大量的氢气析出会使漆膜鼓泡破坏。所以，在涂料与外加电流联合保护时，切忌保护电位超过析氢电位。

    朱老师介绍，适用于淡水介质的辅助阳极材料有钢、高硅铸铁以及镀铂钛等。综合因素考虑，采用直径为22 毫米，长 10 米的圆钢，在闸门的面板框架上布置两排阳极，每排 8 根，从而使总的呆护电位分布均匀。进行这样的阴极保护设计后，从 1982 年 11月开始，利用原有安装的阳极，而将导线改成触点式引出，通电后，闸门的电位基本上都达到保护电位。1983年 12 月船闸停航大修时，对闸门的锈蚀状况又作了实地检查。其结果表明：

    有阴极保护的钢闸门常年处于水下的部位，基本不锈，而漆虽已脱落，红丹底漆脱落较少，脱落处亦已附有一层黑色阴极产物，很易用手抹去而露出金属光泽；但未采取阴极保护常用处于水下的泄水孔钢闸门，腐蚀却十分严重，门的框架角钢，有的边缘已被腐蚀得薄如刀口，可见阴极保护在船闸钢闸门上应用收到明显效果。

    回忆起自己首次的阴极保护设计，朱老师说，尽管很土，但是很管用很有保护效果，从此也开启了她对水工建筑物进行设计的科研生涯。

    海水中阴极保护设计 保护湛江港钢板桩

    三河闸外加电流阴极保护设计是在淡水介质里进行的阴极保护设计，淡水的腐蚀性弱，但是电位不均衡。海水则是另一种情况。朱老师回忆说，湛江港一区 800 米钢板桩牺牲阳极保护设计是她设计的第一个在海水中阴极保护项目。

    上世纪七十年代，为防止钢桩在海水或河口水中的腐蚀，在我国不少港口采用了外加电流阴极保护措施，如：连云港杂货码头、陈山原油码头、上海金山石化总厂油码头和化工原料码头、三亚港、北仑港、上海宝钢矿石码头、黄岛油码头等钢板桩或钢管桩的防腐蚀，开始外加电流保护均获得了良好的保护效果，经几年运行后，外加电流阴极保护系统各部分如：直流电源、控制参比电极、电缆等电子元器件和材料的稳定性，可靠性，耐久性等质量问题，陆续不断时有损坏而不得不经常更换和维修，不仅给管理带来许多麻烦，而且每年仍要开支一笔可观的维护管理费，不久终因维护管理不善，降低了保护效果，有些码头甚至停止使用。根据上述实际状况，考虑到上世纪八十年代初我国牺牲阳极材料已研制成功，产品已商品化，先后制定了相应的国家标准，有条件采用牺牲阳极法保护，因此，1985 年朱老师他们结合湛江港一区老码头改造工程的 800 米钢板桩海水腐蚀，开展了牺牲阳极阴极保护在钢板桩码头上的应用。

    朱老师介绍，湛江港一区是个老码头，为钢筋砼高桩框架式结构，建于 1965 年。码头上部结构因受海水侵蚀，钢筋严重腐蚀，导致砼胀裂，结构日益破坏，以致采用一般的修补措施难以维护，为确保今后码头的长期安全运行，如何防止海水对钢板桩的腐蚀便成了关键技术之一。为此，她们经实地考察决定，由于裸露在海水中的钢板桩处于平均低潮位以下，完全处于阴极保护的有效范围内，因而对板桩的迎海面实施牺牲阳极阴极保护，但板桩的背面因缺氧，腐蚀相对较轻，则考虑增加一定的腐蚀裕量，锚拉杆除留有腐蚀裕量外，采用三油二布的涂层保护措施。

    根据国内外有关规范和标准及上述试验资料，朱老师进行了如下的设计：保护电位在 -0.77 ～一 1.05V，保护电流密度海水中：100mA/M 2 ；海泥中：20mA/M 2 。其中牺牲阳极材料选择了适合于海水环境的铝一锌一铟一锡合金即铝合金牺牲阳极，设计使用年限为 20 年。根据阳极尺寸，计算每只阳极接永电阻，从而计算出每只阳极的发射电流为 246mA。根据码头所需总保护电流量和分布的均匀性，设计阳极数量为 800 只，全部均匀分布在每根凸桩上，其位置是上、下两个标高间隔交义布置，上排阳极顶标高为 -2.0M，下排阳极顶标高为一7.0M。南过渡段板桩背面因部分裸露在海水中，故也作了牺牲阳极保护，安装了 20 只阳极，合计共用 820 只阳极。在牺牲阳极的安装方面，牺牲阳极与被保护体钢板桩的短路连接，采用水下焊接短路，通过阳极铁芯一扁钢直接焊接在钢板桩的凸桩上。

    进行了如此的设计之后，朱老师说：“在 1985 年我们进行了大面积裸露的钢板桩上采用牺牲阳极阴极保护的设计，这在国内尚属首次，实践证明设计是完全成功的，为今后钢板桩牺牲阳极阴极保护设计、施工提供了一个良好的工程范例。在钢板桩码头设计中，我们也得出一些经验，如果不是力学强度要求的缘故，一般情况也不必进口低合金钢钢桩，采用经济合理的普碳钢加阴极保护方案即可。”

    海港工程钢结构的腐蚀是不可避免的，而影响腐蚀的因素除钢材本身的性质以外，所处环境也是重要因素，各种防腐蚀措施和防腐蚀材料都有一定的适用环境，因此，当海港工程采用钢结构并在工程设计的同时进行防腐蚀设计时，首先必须进行防腐蚀方案论证，即根据被保护结构型式所处环境和运行状况，确定合适的防腐蚀措施，并选择相应的技术参数，再进行详细的设计计算及施工设计，只有这样，才能保证防腐蚀工程的最优经济效益。这是朱老师对湛江港牺牲阳极阴极保护设计后的心得体会。她说：“设计前必须掌握被保护结构的结构型式、几何尺寸、潮位变化，风浪大小和所处环境介赁等资料。”

    阴极保护在巴基斯坦卡西姆港EPTL 化学码头钢桩上的应用

    随着对水工港工进行阴极保护设计的成熟，朱老师对水工港工的阴极保护设计工作也走出了国门，她对巴基斯坦卡西姆港 EPTL 化学码头进行了牺牲阳极的阴极保护设计。

    朱老师介绍，巴基斯坦卡西姆港EPTL 化学码头由荷兰 PAKTANK 公司和巴基斯妲 GRO 公司合资建造，位于巴基斯坦卡西姆港西侧。主要由引桥、泵房平台、操作平台、人行桥、系船桩、靠船桩组成。引桥全长达 993.5 米，除近岸端采用混凝上灌注桩外，深水区的桩基均采用钢管桩。共有钢管桩112 根，桩长从 28-43 米不等。码头按 7.5 万吨泊位设计。

    尽管这个项目在国外，但是对于朱老师来说，已经对水工建筑物的阴极保护设计轻车熟路。朱老师到达巴基斯坦后先对码头环境进行了考察，这里的海域根据 1996 年 5 月所测水质资料，pH 值小于正常海水，溶解氧含量、生化需氧量、化学需氧量都较正常海水偏大，并且在海边可感觉到海水散发出硫化氢的臭味，朱老师判断该海域海水有一定程度的污染，腐蚀条件较为苛刻。朱老师根据实际环境采用了牺牲阳极的阴极保护的方法，保护年限不小于30年。在这个项目中，朱老师说，EPTL 化学码头所处海域的海水有一定程度的污染，加上风浪较大，温度较高，腐蚀环境相对恶劣，抓住这一点，我们对牺牲阳极的铝合金材料性能进行了检测，使得各项指标全都符合合有关标准和规范，为该项目工程阴极保护的质量得到了充分的保证，并为以后深水港口使用的长寿命牺牲阳极材料出口提供了工程证明，这是这个项目最大的价值，也是最值得骄傲的地方。

    后记：

    朱老师做过的阴极保护工程很多，有连云港钢板桩码头外加电流保护、陈山原油码头钢管桩外加电流阴极保护、乌溪江水电站引水压力钢管内壁外加电流阴极保护、三闸河、射阳河闸、裕溪口船闸钢闸门外加电流阴极保护、连云港碱厂给水工程输水钢管牺牲阳极和外加电流保护、湛江港一区 800 米钢板桩牺牲阳极保护、厦门输水钢管牺牲阳极保护设计，三峡临时船闸充水廊道钢闸门牺牲阳极保护等等系列工程项目，属于水工建筑物，钢结构种类繁多，阴极保护是其最有效的一种方法之一。随着阴极保护研究的深入，特别是新材料、新技术不断地开发成功，阴极保护有更新的提升，并在更多领域的推广应用！

    ●  人物简介

    朱秀娟，女，1938 年 5 月出生，江苏无锡人，汉族。1962 年毕业于河海大学，以后一直在南京水利科学研究院材料结构研究所工作，从事水工、港工建筑物的腐蚀与防护试验研究工作和防护新技术、新材料的开发应用。曾任研究室主任，教授级高级工程师，硕士研究生导师，江苏省注册咨询专家，享受国务院颁发的政府特殊津贴，中国腐蚀与防护学会理事（两届）。

    先后主持完成国家科技攻关项目二项，部重点项目四项；完成重大工程科研项目三十多项。在电化学保护的试验研究领域有较高的学术造诣，在新技术、新材料的开发应用方面有丰富的实践经验，为水利部交通部先后举办过三期学习班，尤其在将阴极保护技术应用于水工、港工建筑物的防腐工程中取得了显著的社会效益，在腐蚀与防护界有一定的知名度。6 项科研成果通过部级鉴定，其中二项成果达到国际先进水平。研制的防腐蚀新材料通过江苏省新产品鉴定，并被列为交通部推广项目。

    编撰科研报告 30 余篇，发表学术论文 20 多篇，主编交通部第一本钢结构防腐蚀规范，并于 1990 年颁布实施，参编专著二部，获 78 年国家科学大会奖一项，部科技进步三等奖一项，市科技进步一等奖（张家港市），获南京市政府“八五”期间优秀科技人员奖章和奖金。