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为什么引岀建筑物的接地导体不应采用热镀锌钢？-j9com

近期项目的图纸审查大量提出对于建筑物基础内引出室外的接地线和接地极应采用不锈钢材料的意见，不少人都在询问原因，也有不少同行存在质疑，下面就几个热点提问简单解析一下原因：
  • 一、防电化学腐蚀的规定早已存在
早在gb16895.3-2004中，就存在“542.2.5应注意在接地配置中采用不同材料时的电解腐蚀问题。”的规定。
《建筑物防雷设计规范》gb 50057-2010中进一步要求：“5.4.5在敷设于土壤中的接地体连接到混凝土基础内起基础接地体作用的钢筋或钢材的情况下，土壤中的接地体宜采用铜质或镀铜或不锈钢导体。”
《民用建筑电气设计标准》gb 51348-2019“12.5.6当自埋入混凝土基础内的接地极引岀接地导体时，埋在土壤内的外接导体不应采用热浸镀锌钢材；”
最后，《建筑电气与智能化通用规范》gb 55024-2022汇总以上条文，规定为：“7.2.8.4接地装置采用不同材料时，应考虑电化学腐蚀的影响；”在条文说明中，表达了“为了防止电化学腐蚀，当利用建筑物基础作为接地装置时，埋在土壤内的外接导体应采用铜质材料或不锈钢材料，不应采用热浸锌钢材。”
从上述标准可知，接地装置的电化学腐蚀问题早已是国际和国内公认的一般要求，只是近期由于写入了强规，才被社会和图审所重视而已。这种电化学腐蚀的原理如下图所示：
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建筑物外安装了室外独立接地极和接地线后，按相关标准，这部分接地装置必须连接到建筑物等电位联结端子，在建筑本身也利用基础内钢筋做接地极时，就会产生天然电位差从而使阳极产生电化学腐蚀。
  • 二、热镀锌钢材与埋入混凝土中的钢材不属于一种材料
执行本条文时，很多人心里是存在疑问的，为什么同样是钢，在基础混凝土里的和在建筑物外部土壤中埋的，怎么就属于“不同材料”了？其实这是大家的一般认知产生了误解。在接地装置中，一般按埋在混凝土内的钢材、热镀锌钢、电沉积铜包钢、不锈钢、铜、铅等几个分类考虑，因为这些材料都具有典型的自身电位，需要考虑材料的整体电位表现。一般以铜/硫酸铜为基准时的各种材料的相对电位如下表：（配四p1409）
a2.png
因此在执行gb 55024时，“接地装置采用不同材料时”所指情况就包含有基础钢筋与室外接地，因为这两者一个电位是-0.1~-0.3，一个是-0.7~-1.0，电位差能达到0.4~0.9之间，电化学腐蚀将是明显的。粗略估算下，1a的这种腐蚀电流就可以在1年的时间内腐蚀9公斤的钢，这无疑是巨大的。
  • 三、不在土壤中的联结也一样会导致电化学腐蚀
根据图1所示，电化学腐蚀形成的机制是两个不同的材料埋入土壤内，由电解质土壤能够形成腐蚀电流的回路就可以形成，跟两个导体之间的连线是埋在地下还是在空气中连接是无关的，因此很多人臆想把外接的连接线用穿管或者架起来在空中的方式没有任何意义。
但有一种情况是例外，那就是建筑物的基础由绝缘的防水层包覆，无法接触土壤，也无法流散导通电流时，可以不认为会产生电化学腐蚀。
  • 四、室外接地极的实际选择问题
一般在国内的普通地区，建筑物规模较大时，大多接地电阻实测都可以达到较满意水平，因此仍然推荐大家优先使用建筑物基础钢筋、埋入基础混凝土内的水平接地极等方式做接地装置，同时应在设计阶段就可以根据地勘报告中提供的土质检测情况，根据资料提前估算可能达到的接地电阻，优先通过调整接地网格大小、范围等预先实现接地电阻的合格。
按gb/t 16895.3的附录c描述：“任何钢质接地极不应直接从混凝土基础进入土壤，除非接地极由不锈钢制作或采用适当的防潮措施。表面热浸镀锌或涂漆或其它措施可发现其防腐蚀的效果不够好。在此建筑物周围或附近宜采用非热浸镀锌钢材作附加的接地装置，为使接地装置本部分提供足够的使用寿命。”
因此，在室外土壤中埋设的接地极或外引接地线可采用不锈钢（铬≥16％，镍≥5％，钼≥2％，碳≤0.08％，316l），基本上不锈钢的电位还要略高于铜或埋入混凝土的接地极。如果可行，包铜或镀铜产品也是较好的选择，根据文献所述：“应注意到埋入混凝土内的普通钢材(裸露或热浸镀锌)与埋入土壤内铜材的电化学电位相等”，因此铜材质是非常合适的，但也需注意，建筑内埋设的铜水管等裸铜产品为了防止电化学腐蚀，常见需要加一个塑料的绝缘段。下图为埋设2.5年后的热镀锌扁钢和不锈钢的对比状态：
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根据材料各自的电平，有以下可连接的结论可以在工程中参照：
a4.png
另外如上表所述，腐蚀速度是与其面积相关的，sk为阴极的面积，sa为阳极的面积，根据计算，sk/sa＜100：1的，腐蚀可能不那么明显，对于大于100:1时，往往腐蚀问题会比较明显。因此越是小规模引出室外的接地极，腐蚀将越明显。
  • 五、在混凝土里的普通钢筋和镀锌钢的腐蚀不存在问题
如果在基础中放置镀锌扁钢作为接地极也是常见的，虽然此时镀锌钢与普通钢筋间通过潮湿的混凝土会产生腐蚀电流，但这个情况一般在几个月内即可溶解镀锌层，或者由于混凝土的凝固和含水量不高导致腐蚀稳定，因此在使用中不会产生问题。
综上所述，大家在设计中务必注意利用建筑物基础钢筋做接地装置的情况下，引出建筑物的室外接地装置的选材问题。
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