第一章 緒 論

土壤是一種由氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三相物質(zhì)組成的復(fù)雜的、不均勻的多相腐蝕體系，在土壤顆粒與顆粒之間的固體骨架孔隙中會(huì)充滿氣體、水分和不同類型的可溶性鹽，由于土壤中有水分和能夠?qū)щ姷目扇苄喳}類的存在，就使得土壤體系成為一種含有電解質(zhì)溶液存在的具有一定腐蝕性的腐蝕體系，可以推斷出金屬在土壤中發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象屬于電化學(xué)腐蝕范疇。土壤孔隙中的電解質(zhì)溶液和土壤顆粒本身結(jié)構(gòu)特征以及顆粒之間的排列狀況均會(huì)影響土壤/金屬界面的電化學(xué)特性，綜上所述，絕大部分的土壤腐蝕問(wèn)題均屬于電化學(xué)腐蝕領(lǐng)域。然而, 對(duì)于傳統(tǒng)研究土壤腐蝕性的埋片失重法, 雖然能在特定時(shí)期得到一定區(qū)域內(nèi)土壤腐蝕性的大量埋樣腐蝕數(shù)據(jù)以及較客觀真實(shí)的數(shù)據(jù), 但由于埋樣試驗(yàn)測(cè)試周期較長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 不能夠反映土壤腐蝕過(guò)程中的腐蝕細(xì)節(jié)，最主要的是不能夠得到土壤電化學(xué)腐蝕過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)方面的信息, 因此不能夠應(yīng)用傳統(tǒng)失重法對(duì)土壤的電化學(xué)腐蝕行為進(jìn)行更深層次的研究�；谕寥栏g具有電化學(xué)特性，促使一些經(jīng)典的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)在評(píng)價(jià)污染土腐蝕性研究中得到了推廣應(yīng)用。

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第二章 試驗(yàn)材料選取與制樣方法

2.1 前言

隨著中國(guó)西氣東輸一號(hào)線工程服役年限的增加，地下管線由于土壤腐蝕帶來(lái)的問(wèn)題也日趨嚴(yán)重[1]。西氣東輸一號(hào)線工程的地下管線工程主要采用鋼種為 X70 鋼，而且有約4 千公里長(zhǎng)的管線埋置于中國(guó)西北的荒漠鹽漬土地區(qū)[2,3]，如圖 2-1 所示。鑒于現(xiàn)有的評(píng)價(jià)污染土腐蝕腐蝕性方法的局限性[4]，由于不能夠反映土壤顆粒尺寸這個(gè)內(nèi)在因素對(duì)土壤腐蝕性的影響，以及土壤腐蝕體系對(duì)地下金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕影響因素比較多[5-9]，土壤顆粒尺寸對(duì)地下金屬結(jié)構(gòu)電化學(xué)腐蝕行為的影響方面相關(guān)報(bào)道比較少，金屬材料在不同粒徑的鹽漬污染砂土環(huán)境中的腐蝕機(jī)理仍然不是很清楚等問(wèn)題，本文以西氣東輸一號(hào)線管線在西北荒漠地區(qū)的腐蝕現(xiàn)狀為背景，選取 3 種單一粒徑及兩種級(jí)配氯化鈉污染砂和X70 鋼作為試驗(yàn)材料。

 2.2 試驗(yàn)材料

考慮西氣東輸一號(hào)線工程大部分埋置于荒漠化鹽漬土壤中以及實(shí)際工程中埋地管道回填土材料均為砂土這兩方面因素，選取氯化鈉污染砂土作為研究對(duì)象。鑒于標(biāo)準(zhǔn)砂中不含有會(huì)對(duì)整個(gè)電化學(xué)測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生影響的其它化學(xué)成分，試驗(yàn)所用砂土材料為 99.2%的標(biāo)準(zhǔn)石英砂（中國(guó) ISO 標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱“ISO 砂”），其 XRD 衍射分析成分見(jiàn)圖 2-2。根據(jù)XRD 分析結(jié)果可知，試驗(yàn) ISO 砂的主要成分為 SiO2，同時(shí)，采用去離子水將試驗(yàn)用砂清洗，自然風(fēng)干 24 小時(shí)，待用。

 第三章 氯化鈉污染砂電阻率的試驗(yàn)研究...................45

3.1 前言 ....................45
3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) ..............................45
3.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論 ......................47 
3.4 受體系含水量與粒徑影響的污染砂電阻率模型 ...................56
3.5 砂粒粒徑對(duì)電阻率影響的機(jī)理分析 .......................57 
3.6 本章小結(jié) ................60
本章參考文獻(xiàn)........................62
第四章 EIS 應(yīng)用于氯化鈉污染砂腐蝕性評(píng)價(jià)的試驗(yàn)與理論研究 ..................64
4.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) ...........................64
4.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 .............68 
4.3 土壤電化學(xué)腐蝕體系等效電路模型的探討 ...............92
4.4 本章小結(jié) ..............................98
本章參考文獻(xiàn).....................99
第五章 單一粒徑氯化鈉污染砂對(duì) X70 鋼電化學(xué)腐蝕行為的影響 ................100
5.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) .......100 
5.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 ..........102 
5.3 粒徑對(duì) X70 鋼在氯化鈉污染砂體系中腐蝕的作用機(jī)理 ............ 111

 第六章 級(jí)配氯化鈉污染砂對(duì) X70 鋼電化學(xué)腐蝕行為的影響

6.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)所用材料采用第二章所介紹的 X70 鋼、ISO 砂（間斷級(jí)配）和采用人工配制的連續(xù)顆粒級(jí)配砂，見(jiàn)圖 2-3 所示級(jí)配曲線�？刂苾煞N顆粒級(jí)配的氯化鈉污染砂體系的孔隙率為 0.38，，污染砂體系的含水量為 18%，氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5%。將處理好的 X70 鋼片試按第五章試驗(yàn)鋼片埋入所示的位置分別埋入兩種不同顆粒級(jí)配的氯化鈉污染砂體系中，對(duì)鋼片進(jìn)行電化學(xué)腐蝕測(cè)試。主要測(cè)試方法包括線性極化阻法、極化曲線法、電化學(xué)阻抗譜法以及對(duì)金屬腐蝕后表面微觀形貌進(jìn)行分析。極化曲線的測(cè)試方法與第五章測(cè)試方法一樣，測(cè)試齡期分別為 7 天、28 天、60 天和 90 天。測(cè)試結(jié)果應(yīng)用 CView2 擬合軟件進(jìn)行處理，腐蝕電流密度 Icorr應(yīng)用 Tafel 外推法得到。

 6.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

由圖 6-1 可知，在腐蝕初期（28 天之前），X70 鋼的線性極化電阻 Rp隨腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)而降低；在腐蝕中期階段（28 天～60 天之間），線性極化電阻 R隨腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)而升高，這主要是由于生成的腐蝕產(chǎn)物的阻礙作用所致；在腐蝕后期階（60 天之后），線性極化電阻 Rp隨腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)又降低，說(shuō)明隨著腐蝕時(shí)間的增加，前一腐蝕階段生成的腐蝕產(chǎn)物層又被孔隙溶液中的侵蝕性離子破壞，使基體遭受進(jìn)一步腐蝕。因?yàn)閄70 鋼線性極化電阻值與金屬的腐蝕速度成反比例關(guān)系，所以 X70 鋼的腐蝕速度隨腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)出先增大后減小，最后再增大的變化規(guī)律。

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 第七章 結(jié)論與展望

 本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的學(xué)習(xí)總結(jié)基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，首先研究了含水量、測(cè)試交流電頻率、砂粒尺寸對(duì)氯化鈉污染砂電阻率的影響；其次借助新提出的污染土腐蝕性評(píng)價(jià)方法——電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試技術(shù)，對(duì)氯化鈉污染砂在不同含水量、不同氯化鈉含量和不同砂粒尺寸條件下的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行了測(cè)試分析；最后對(duì)置于不同砂粒組成的氯化鈉污染砂中的 X70 鋼的電化學(xué)腐蝕過(guò)程進(jìn)行了模擬試驗(yàn)和測(cè)試，系統(tǒng)地分析了砂粒尺寸和級(jí)配對(duì) X70 鋼電化學(xué)腐蝕行為的影響，借助掃描電鏡、能譜分析和 X 衍射技術(shù)對(duì) X70 鋼的腐蝕微觀形貌和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，從電化學(xué)角度提出了 X70 鋼在不同粒徑氯化鈉污染砂體系中的腐蝕機(jī)理。主要結(jié)論匯總?cè)缦拢海?）氯化污染砂的電阻率與體系含水量呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，指數(shù)變化范圍在 0.3～0.55之間；電阻率與腐蝕時(shí)間相關(guān)，隨著腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，但是變化不明顯。（2）相同測(cè)試條件下，氯化鈉污染砂的電阻率隨測(cè)試交流電頻率的增大而減小，當(dāng)測(cè)試頻率＜104Hz 時(shí)，變化顯著，當(dāng)測(cè)試頻率≥104Hz 時(shí)，變化不明顯。考慮到高頻可能會(huì)對(duì)測(cè)試體系的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，故建議測(cè)試頻率在104～105Hz 范圍較好。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：164838