【摘要】：在海洋環(huán)境中存在眾多的界面,如海水-海氣交換界面、海水-海泥交換界面、海洋溫躍層等,在界面兩側(cè)體系中環(huán)境因子相差較大,形成環(huán)境躍變區(qū)。在環(huán)境躍變區(qū),化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)機(jī)理與本體體系相差較大,引起眾多科研工作者的關(guān)注與研究興趣。海洋環(huán)境使用的金屬材料,處于或貫穿海洋環(huán)境的躍變區(qū)。研究者針對(duì)海洋環(huán)境躍變區(qū)金屬的腐蝕研究僅局限于海水-海氣躍變區(qū),很少涉及海水-海泥躍變區(qū)金屬的腐蝕,更未涉及海洋溫躍層金屬的腐蝕。本文以海水-海氣交換界面、海水-海泥交換界面、海洋溫躍層等海洋環(huán)境躍變區(qū)為環(huán)境背景,以碳鋼Q235、管線鋼x70、螺紋鋼HRB400為研究材料,利用改進(jìn)的陣列電極技術(shù),系統(tǒng)地研究了海洋環(huán)境躍變區(qū)碳鋼的腐蝕行為與機(jī)理。研究結(jié)果表明,在海水-海氣界面區(qū)碳鋼存在較為嚴(yán)重的腐蝕,垂直海水-海氣界面的碳鋼存在兩個(gè)腐蝕電流峰,一個(gè)在水線區(qū)域,另一個(gè)在近海水-海氣界面的海水區(qū)域。在浸泡初期,碳鋼以形成微觀腐蝕電池為主；在浸泡實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15天后,碳鋼以大氣區(qū)與海水浸沒區(qū)之間形成宏觀腐蝕電池為主。在不同區(qū)域,碳鋼的腐蝕機(jī)理不同,造成腐蝕機(jī)理差別的主要原因是溶解氧的濃度差和碳鋼表面腐蝕產(chǎn)物的致密性不同。海水-海泥界面區(qū)碳鋼形成明顯的宏觀腐蝕電池,陽極區(qū)集中在海水-海泥界面下一定距離的海泥區(qū)域,海水區(qū)為陰極區(qū)。陽極與陰極的電流差值較長時(shí)間穩(wěn)定在1000 nA左右。貫穿海水-海泥界面區(qū)的碳鋼有兩個(gè)腐蝕電流峰,分別為近海水-海泥界面區(qū)的海泥區(qū)和遠(yuǎn)海水-海泥界面區(qū)的海水區(qū)。海水-海泥界面區(qū)碳鋼表面腐蝕產(chǎn)物的致密程度與溶解氧呈正相關(guān)性。海水-海泥界面區(qū)碳鋼的腐蝕不單受電位差形成的宏觀腐蝕電池作用影響,還受溶解氧濃度、海泥阻抗甚至微生物等其它因素的影響。貫穿模擬海水溫躍層的X70鋼形成明顯的宏觀腐蝕電池,在浸泡初期,下部區(qū)為陰極,上部為陽極,隨著浸泡時(shí)間的延長陰陽極發(fā)生反轉(zhuǎn)。溫躍層不同位置的腐蝕速率不同,溫躍層上部的X70鋼腐蝕速率高于下部的腐蝕速率,溫躍層下部的X70鋼腐蝕速率為60 mg·cm-2·y-1,而溫躍層上部的X70鋼腐蝕速率為100mg·cm-2·y-1。溫躍層下部的X70鋼的腐蝕主要受宏觀腐蝕電池的影響,溫躍層上部的X70鋼的腐蝕主要受溶解氧的影響。貫穿海水飛濺區(qū)、潮差區(qū)和全浸區(qū)的裸鋼筋,在電連接列中,位于海水全浸區(qū)與潮差區(qū)的界面區(qū)鋼筋腐蝕速率最大。海水全浸區(qū)為陽極,潮差區(qū)為陰極,形成宏觀腐蝕電池。在非電連接列中,潮差區(qū)鋼筋的腐蝕速率最大。貫穿海水飛濺區(qū)、潮差區(qū)和全浸區(qū)的裸鋼筋,電連接列比非電連接列腐蝕輕,而且腐蝕更均勻。貫穿海水飛濺區(qū)、潮差區(qū)和全浸區(qū)的混凝土中鋼筋,發(fā)生腐蝕的區(qū)域首先發(fā)生在海水全浸區(qū),然后移到潮差區(qū),最后到達(dá)飛濺區(qū)。在模擬海洋環(huán)境躍變區(qū)中混凝土鋼筋的腐蝕由氧擴(kuò)散和鹽滲透聯(lián)合控制。處于不同模擬海洋環(huán)境躍變區(qū)的混凝士中鹽離子滲透速率和氧擴(kuò)散速率不同,處于飛濺區(qū)的混凝土具有最高的鹽離子滲透速率和氧擴(kuò)散速率：在潮差區(qū)和飛濺區(qū),混凝十保護(hù)層中氯離子的傳輸機(jī)制是濃差擴(kuò)散和干濕循環(huán)中干燥濃縮共同作用：海水全浸區(qū)混凝士保護(hù)層氯離子的傳輸機(jī)制是濃差擴(kuò)散,以上躍變區(qū)混凝士中氯離子的傳輸機(jī)制與混凝土中鋼筋的腐蝕行為與規(guī)律相一致。
[Abstract]:There are many interfaces in the marine environment, such as the sea water-sea-air exchange interface, the seawater-sea mud exchange interface, the ocean temperature jump layer and so on. In the area of environmental jump, the speed of chemical reaction, the reaction mechanism and the body system have a large phase difference, which cause the attention and research interest of many researchers. Metallic materials used in the marine environment, in or throughout the marine environment. The research of the corrosion of the metal in the marine environment of the marine environment is confined to the sea-sea-gas jump area, and the corrosion of the metal in the sea-sea mud jump area is very little concerned, and the corrosion of the metal in the sea-sea-sea-jump area is not involved. Based on the sea-sea-sea-gas exchange interface, the sea-sea mud exchange interface and the marine temperature-jump layer as the environmental background, the carbon steel Q235, the pipeline steel x70 and the screw steel HRB400 are used as the research material, and the improved array electrode technology is utilized. The corrosion behavior and mechanism of carbon steel in the marine environment are studied systematically. The results show that the carbon steel in the seawater-sea-air interface region has serious corrosion, and the carbon steel in the vertical seawater-sea-air interface has two corrosion current peaks, one in the water line area and the other in the seawater area near the sea-sea interface. In the initial stage of the immersion, the carbon steel is dominated by the formation of micro-corrosion cells; after 15 days in the immersion test, the carbon steel is dominated by a macro-corrosion cell formed between the atmospheric region and the seawater immersion region. In different regions, the corrosion mechanism of carbon steel is different, and the main reason for the difference of corrosion mechanism is that the concentration difference of the dissolved oxygen and the compactness of the corrosion products on the surface of the carbon steel are different. The carbon steel in the seawater-sea mud interface area forms a significant macro-corrosion cell, and the anode area is concentrated in the sea mud area at a certain distance under the seawater-sea mud interface, and the seawater area is the cathode area. The current difference between the anode and the cathode is stable at about 1000 nA for a long time. The carbon steel passing through the interface area of the sea-sea mud has two corrosion current peaks, which are the sea mud area of the near-sea-sea mud interface area and the seawater area of the far-sea-sea mud interface area, respectively. The density of the corrosion products on the surface of the carbon steel in the seawater-sea mud interface area is positively related to the dissolved oxygen. The corrosion of the carbon steel in the interface area of the sea-sea mud is not only influenced by the effect of the macro-corrosion cell formed by the potential difference, but also the influence of the dissolved oxygen concentration, the sea mud impedance and other factors. The X70 steel, which runs through the simulated seawater temperature jump layer, forms a clear macro-corrosion cell. In the initial stage of the immersion, the lower zone is the cathode, the upper part is the anode, and the anode and the cathode are reversed with the prolonging of the soaking time. The corrosion rate of X70 steel at the upper part of the temperature-jump layer is higher than that of the lower part. The corrosion rate of X70 steel at the lower part of the temperature-jump layer is 60 mg 路 cm-2 路 y-1, while the corrosion rate of X70 steel at the upper part of the thermocline is 100mg 路 cm-2 路 y-1. The corrosion of X70 steel at the lower part of the thermocline is mainly affected by the macro-corrosion cell, and the corrosion of X70 steel in the upper part of the temperature-jump layer is mainly affected by the dissolved oxygen. The corrosion rate of the steel bars in the interface area of the seawater full-soaking area and the tide-difference area is the largest in the electric connection column through the seawater splash area, the tide difference area and the bare steel bar in the full-dip area. the seawater full-soaking area is an anode, and the tidal zone is a cathode, and a macro-corrosion battery is formed. In the non-electrically connected column, the corrosion rate of the steel bars in the tidal zone is the largest. The bare steel bars passing through the seawater splash area, the tidal zone and the full immersion area, the electrical connection column is less corrosion than the non-electric connecting column, and the corrosion is more uniform. In the concrete of the seawater splash zone, the tidal zone and the full-dip zone, the area of the corrosion occurs first in the seawater full-dip zone and then to the tidal zone and finally to the splash zone. The corrosion of concrete reinforcement in the simulated marine environment is controlled by oxygen diffusion and salt penetration. the rate of the salt ion penetration and the oxygen diffusion rate of the concrete in the jump zone of the different simulated marine environment are different, and the concrete in the splash zone has the highest salt ion penetration rate and the oxygen diffusion rate: in the tidal zone and the splash zone, the transmission mechanism of the chloride ions in the mixed-gel ten protection layer is the co-action of the concentrated difference diffusion and the dry concentration in the dry-wet cycle, The transmission mechanism of the chloride ion in the mixed concrete in the above transition zone is consistent with the corrosion behavior and the law of the steel bar in the concrete.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG178

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本文編號(hào)：2386863