直流电气化铁路杂散电流腐蚀与防护见
证 nbs
直流电气化铁路杂散电流腐蚀与防护
2010年08月04日
技术名称：杂散电流排流保护 保护方法：牺牲阳极阴极保护
主要材料：镁合金牺牲阳极 埋地长效硫酸铜参比电极 直流电气化铁路杂散电流腐蚀与防护
摘要：通过对城市轨道交通系统中杂散电流电化学腐蚀的危害、原理、影响因素、检测方法的综合分析与介绍，为在城市轨道交通系统设计中采取有针对性的措施提供参考和依据。
关键词：轨道交通 杂散电流 腐蚀与防护 电化学
随着国民经济的持续发展，我国各个城市为了缓和日趋严重的城市交通压力，纷纷加快了城市轨道交通的建设。同时为了保持城市美观，供水、燃气管道以及供电和通信电缆大多采用地下埋设或隐蔽敷设，城轨杂散电流对这些管道和电缆的腐蚀危害以及对应的防治方法则成为一个倍受关注的问题。加强对杂散电流腐蚀危害及防治方法的研究，对保证城轨基础结构及周边的管线及建筑设施的安全运行，延长它们的使用寿命具有重要的现实意义。
1直流电气化铁路杂散电流电化学腐蚀的危害
城市轨道交通中的杂散电流会引起城轨、城轨附近的钢筋混凝土结构物以及埋地管线发生腐蚀，造成严重后果。主要表现在以下一些方面。
1．1钢轨及其附件
城轨中多采用道钉把钢轨固定于枕木上，在与道钉相接触的部位常发生钢轨的楔状腐蚀。若采用垫板和压片固定钢轨，则这种腐蚀有所减少，但会导致在垫板以外的部位发生钢轨的底部腐蚀。这种腐蚀从上面难以发现，因而危害性更大。此外在与路基石子相接触的钢轨底部有时也发生类似的杂散电流腐蚀。钢轨的杂散电流腐蚀在隧道内及道岔等部位尤为显著，在有些地方2—3年就要更换钢轨。道钉也有杂散电流腐蚀，而且多发生在钉入部位，从地上难以发现。
1．2钢筋混凝土结构物
杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响，但如果有钢筋存在，则钢筋起汇集电流的作用并把电流引导到排流点处。在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极产生氢气且氢气不能从混凝土逸出，就会形成等静压力使钢筋与混凝土脱开。如有钠或钾的化合物存在，则电流的通过会在钢筋与混凝土的界面处产生可溶的碱式硅酸盐或铝酸盐，使结合强度显著降低。在电流离开钢筋返回混凝土的部位，钢筋呈阳极并发生腐蚀。腐蚀产物在阳极处的堆积产生机械张力而使混凝土结构物基础及检件和环境下修坑便会在较短时间内发生腐蚀。如果结构物中的钢筋与钢轨有电接触，则更容易受到杂散电流腐蚀。
1．3埋地管线
对于埋地管线的影响是城轨杂散电流腐蚀的另一个重要方面，在设计和建造城轨时不考虑此问题会产生极严重的后果。
埋地管有铸铁管和钢管之分。铸铁管表面一般涂沥青等，在管接头处多采取相互绝缘的连接方式，因此杂散电流不会传到远方，加之管壁厚，故比较耐杂散电流腐蚀。钢管纵向电导性良好，容易积聚来自远方的电流，加之管壁较薄，故易受杂散电流腐蚀，有必要采取适当的防治措施。城轨系统内的埋地管线主要有自来水管、石油管线、通风管线、蒸汽管线等。在系统外则可能有煤气管线、石油管线、自来水管等公用事业管线以及各种电缆管等。
2杂散电流电化学腐蚀基本原理
在杂散电流流出走行轨到重新返回走行轨的过程中，城轨杂散电流对走行轨及其附件、混凝土腐蚀属于局部腐蚀。直流杂散电流将从走行轨上直接或间接泄漏到土壤或其他导电介质中，它所经过的途径为：
走行轨(阳极)一道床、土壤一埋地金属体(阴极)一埋地金属体(阳极)一土壤、道床一走行轨(阴极)。
城轨杂散电流所经过的路径可以概括为两个串联的腐蚀电池： 电池1：走行轨(阳极)一道床、土壤(介质)一埋地金属体(阴极)； 电池2：埋地金属体(阳极)一道床、土壤(介质)一走行轨(阴极)。 当杂散电流由两个阳极区(走行轨阳极区和金属管道阳极区)流出时，该部位的金属便与其周围的电解质发生阳极过程的电解反应，此处的金属体遭到电化学腐蚀。
这种电解反应可以分为两大类：当金属体周围的介质是酸性电解质时，发生的氧化还原反应是析氢腐蚀：当金属体周围的介质是碱性电解质时，发生的氧化还原反应是吸氧腐蚀。
杂散电流电化学腐蚀一般具有以特点：
(1)只有在阳极反应中才发生金属腐蚀，在阴反应中没有金属腐蚀发生； (2)腐蚀一般集中于局部位置，腐蚀程度激烈 (3)当有防腐蚀层时，往往集中于防腐蚀层的陷部分。 3影响城轨杂散电流电化学腐蚀的因素
根据Faraday电解第一定律，电极上发生的学变化量与通过的电量成正比。可见，由电极反生所消耗的物质的量取决于通过的电量和反应子数。金属被腐蚀的速度只取决于通过被腐蚀电极的电流值。依据法拉第电解定律计算，每1安培杂散电流流经铜铁类金属设施时，一年可使之腐蚀掉9．1kg。北京城