1、防電化學(xué)腐蝕的規(guī)定早已存在
早在GB16895.3-2004中，就存在“542.2.5應(yīng)注意在接地配置中采用不同材料時(shí)的電解腐蝕問題?！钡囊?guī)定。
《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010中進(jìn)一步要求：“5.4.5在敷設(shè)于土壤中的接地體連接到混凝土基礎(chǔ)內(nèi)起基礎(chǔ)接地體作用的鋼筋或鋼材的情況下，土壤中的接地體宜采用銅質(zhì)或鍍銅或不銹鋼導(dǎo)體。”
《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB51348-2019“12.5.6當(dāng)自埋入混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的接地極引岀接地導(dǎo)體時(shí)，埋在土壤內(nèi)的外接導(dǎo)體不應(yīng)采用熱浸鍍鋅鋼材；”
最后，《建筑電氣與智能化通用規(guī)范》GB55024-2022匯總以上條文，規(guī)定為：“7.2.8.4接地裝置采用不同材料時(shí)，應(yīng)考慮電化學(xué)腐蝕的影響；”在條文說明中，表達(dá)了“為了防止電化學(xué)腐蝕，當(dāng)利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置時(shí)，埋在土壤內(nèi)的外接導(dǎo)體應(yīng)采用銅質(zhì)材料或不銹鋼材料，不應(yīng)采用熱浸鋅鋼材?！?/span>
從上述標(biāo)準(zhǔn)可知，接地裝置的電化學(xué)腐蝕問題早已是國際和國內(nèi)公認(rèn)的一般要求，只是近期由于寫入了強(qiáng)規(guī)，才被社會(huì)和圖審所重視而已。這種電化學(xué)腐蝕的原理如下圖所示：
建筑物外安裝了室外獨(dú)立接地極和接地線后，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這部分接地裝置必須連接到建筑物等電位聯(lián)結(jié)端子，在建筑本身也利用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋做接地極時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生天然電位差從而使陽極產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
2、熱鍍鋅鋼材與埋入混凝土中的鋼材不屬于一種材料
執(zhí)行本條文時(shí)，很多人心里是存在疑問的，為什么同樣是鋼，在基礎(chǔ)混凝土里的和在建筑物外部土壤中埋的，怎么就屬于“不同材料”了？其實(shí)這是大家的一般認(rèn)知產(chǎn)生了誤解。在接地裝置中，一般按埋在混凝土內(nèi)的鋼材、熱鍍鋅鋼、電沉積銅包鋼、不銹鋼、銅、鉛等幾個(gè)分類考慮，因?yàn)檫@些材料都具有典型的自身電位，需要考慮材料的整體電位表現(xiàn)。一般以銅/硫酸銅為基準(zhǔn)時(shí)的各種材料的相對電位如下表：(配四P1409)
因此在執(zhí)行GB55024時(shí)，“接地裝置采用不同材料時(shí)”所指情況就包含有基礎(chǔ)鋼筋與室外接地，因?yàn)檫@兩者一個(gè)電位是-0.1~-0.3，一個(gè)是-0.7~-1.0，電位差能達(dá)到0.4~0.9之間，電化學(xué)腐蝕將是明顯的。粗略估算下，1A的這種腐蝕電流就可以在1年的時(shí)間內(nèi)腐蝕9公斤的鋼，這無疑是巨大的。
3、不在土壤中的聯(lián)結(jié)也一樣會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕
根據(jù)圖1所示，電化學(xué)腐蝕形成的機(jī)制是兩個(gè)不同的材料埋入土壤內(nèi)，由電解質(zhì)土壤能夠形成腐蝕電流的回路就可以形成，跟兩個(gè)導(dǎo)體之間的連線是埋在地下還是在空氣中連接是無關(guān)的，因此很多人臆想把外接的連接線用穿管或者架起來在空中的方式?jīng)]有任何意義。
但有一種情況是例外，那就是建筑物的基礎(chǔ)由絕緣的防水層包覆，無法接觸土壤，也無法流散導(dǎo)通電流時(shí)，可以不認(rèn)為會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
4、室外接地極的實(shí)際選擇問題
一般在國內(nèi)的普通地區(qū)，建筑物規(guī)模較大時(shí)，大多接地電阻實(shí)測都可以達(dá)到較滿意水平，因此仍然推薦大家優(yōu)先使用建筑物基礎(chǔ)鋼筋、埋入基礎(chǔ)混凝土內(nèi)的水平接地極等方式做接地裝置，同時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就可以根據(jù)地勘報(bào)告中提供的土質(zhì)檢測情況，根據(jù)資料提前估算可能達(dá)到的接地電阻，優(yōu)先通過調(diào)整接地網(wǎng)格大小、范圍等預(yù)先實(shí)現(xiàn)接地電阻的合格。
按GB/T16895.3的附錄C描述：“任何鋼質(zhì)接地極不應(yīng)直接從混凝土基礎(chǔ)進(jìn)入土壤，除非接地極由不銹鋼制作或采用適當(dāng)?shù)姆莱贝胧?。表面熱浸鍍鋅或涂漆或其它措施可發(fā)現(xiàn)其防腐蝕的效果不夠好。在此建筑物周圍或附近宜采用非熱浸鍍鋅鋼材作附加的接地裝置，為使接地裝置本部分提供足夠的使用壽命?！?/span>
因此，在室外土壤中埋設(shè)的接地極或外引接地線可采用不銹鋼(鉻≥16％，鎳≥5％，鉬≥2％，碳≤0.08％，316L)，基本上不銹鋼的電位還要略高于銅或埋入混凝土的接地極。如果可行，包銅或鍍銅產(chǎn)品也是較好的選擇，根據(jù)文獻(xiàn)所述：“應(yīng)注意到埋入混凝土內(nèi)的普通鋼材(裸露或熱浸鍍鋅)與埋入土壤內(nèi)銅材的電化學(xué)電位相等”，因此銅材質(zhì)是非常合適的，但也需注意，建筑內(nèi)埋設(shè)的銅水管等裸銅產(chǎn)品為了防止電化學(xué)腐蝕，常見需要加一個(gè)塑料的絕緣段。下圖為埋設(shè)2.5年后的熱鍍鋅扁鋼和不銹鋼的對比狀態(tài)：
根據(jù)材料各自的電平，有以下可連接的結(jié)論可以在工程中參照：
另外如上表所述，腐蝕速度是與其面積相關(guān)的，Sk為陰極的面積，Sa為陽極的面積，根據(jù)計(jì)算，Sk/Sa＜100：1的，腐蝕可能不那么明顯，對于大于100:1時(shí)，往往腐蝕問題會(huì)比較明顯。因此越是小規(guī)模引出室外的接地極，腐蝕將越明顯。
5、在混凝土里的普通鋼筋和鍍鋅鋼的腐蝕不存在問題
如果在基礎(chǔ)中放置鍍鋅扁鋼作為接地極也是常見的，雖然此時(shí)鍍鋅鋼與普通鋼筋間通過潮濕的混凝土?xí)a(chǎn)生腐蝕電流，但這個(gè)情況一般在幾個(gè)月內(nèi)即可溶解鍍鋅層，或者由于混凝土的凝固和含水量不高導(dǎo)致腐蝕穩(wěn)定，因此在使用中不會(huì)產(chǎn)生問題。
綜上所述，大家在設(shè)計(jì)中務(wù)必注意利用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做接地裝置的情況下，引出建筑物的室外接地裝置的選材問題。
作者：韓帥
