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題均屬于電化學(xué)腐蝕領(lǐng)域。然而, 對于傳統(tǒng)研究土壤腐蝕性的埋片失重法, 雖然能在特定時期得到一定區(qū)域內(nèi)土壤腐蝕性的大量埋樣腐蝕數(shù)據(jù)以及較客觀真實的數(shù)據(jù), 但由于埋樣試驗測試周期較長，費時費力, 不能夠反映土壤腐蝕過程中的腐蝕細節(jié)，最主要的是不能夠得到土壤電化學(xué)腐蝕過程中的動力學(xué)方面的信息, 因此不能夠應(yīng)用傳統(tǒng)失重法對土壤的電化學(xué)腐蝕行為進行更深層次的研究�；谕寥栏g具有電化學(xué)特性，促使一些經(jīng)典的電化學(xué)測試技術(shù)在評價污染土腐蝕性研究中得到了推廣應(yīng)用。

........

第二章 試驗材料選取與制樣方法

2.1 前言

隨著中國西氣東輸一號線工程服役年限的增加，地下管線由于土壤腐蝕帶來的問題也日趨嚴(yán)重[1]。西氣東輸一號線工程的地下管線工程主要采用鋼種為 X70 鋼，而且有約4 千公里長的管線埋置于中國西北的荒漠鹽漬土地區(qū)[2,3]，如圖 2-1 所示。鑒于現(xiàn)有的評價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內(nèi)在因素對土壤腐蝕性的影響，以及土壤腐蝕體系對地下金屬結(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)境中的腐蝕機理仍然不是很清楚等問題，本文以西氣東輸一號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配氯化鈉污染砂和X70 鋼作為試驗材料。

 2.2 試驗材料

考慮西氣東輸一號線工程大部分埋置于荒漠化鹽漬土壤中以及實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象。鑒于標(biāo)準(zhǔn)砂中不含有會對整個電化學(xué)測試過程產(chǎn)生影響的其它化學(xué)成分，試驗所用砂土材料為 99.2%的標(biāo)準(zhǔn)石英砂（中國 ISO 標(biāo)準(zhǔn)，簡稱“ISO 砂”），其 XRD 衍射分析成分見圖 2-2。根據(jù)XRD 分析結(jié)果可知，試驗 ISO 砂的主要成分為 SiO2，同時，采用去離子水將試驗用砂清洗，自然風(fēng)干 24 小時，待用。

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

3.1 前言 ....................45
3.2 試驗方案設(shè)計 ..............................45
3.3 試驗結(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 砂粒粒徑對電阻率影響的機理分析 .......................57 
3.6 本章小結(jié) ................60
本章參考文獻........................62
第四章 EIS 應(yīng)用于氯化鈉污染砂腐蝕性評價的試驗與理論研究 ..................64
4.1 試驗方案設(shè)計 ...........................64
4.2 試驗結(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.....................99
第五章 單一粒徑氯化鈉污染砂對 X70 鋼電化學(xué)腐蝕行為的影響 ................100
5.1 試驗方案設(shè)計 .......100 
5.2 試驗結(jié)果與討論 ..........102 
5.3 粒徑對 X70 鋼在氯化鈉污染砂體系中腐蝕的作用機理 ............ 111

 第六章 級配氯化鈉污染砂對 X70 鋼電化學(xué)腐蝕行為的影響

6.1 試驗方案設(shè)計

本試驗所用材料采用第二章所介紹的 X70 鋼、ISO 砂（間斷級配）和采用人工配制的連續(xù)顆粒級配砂，見圖 2-3 所示級配曲線�？刂苾煞N顆粒級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鋼片埋入所示的位置分別埋入兩種不同顆粒級配的氯化鈉污染砂體系中，對鋼片進行電化學(xué)腐蝕測試。主要測試方法包括線性極化阻法、極化曲線法、電化學(xué)阻抗譜法以及對金屬腐蝕后表面微觀形貌進行分析。極化曲線的測試方法與第五章測試方法一樣，測試齡期分別為 7 天、28 天、60 天和 90 天。測試結(jié)果應(yīng)用 CView2 擬合軟件進行處理，腐蝕電流密度 Icorr應(yīng)用 Tafel 外推法得到。

 6.2 試驗結(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隨腐蝕時間的增長而降低；在腐蝕中期階段（28 天～60 天之間），線性極化電阻 R隨腐蝕時間的增長而升高，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隨腐蝕時間的增長又降低，說明隨著腐蝕時間的增加，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，使基體遭受進一步腐蝕。因為X70 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間的增長而呈現(xiàn)出先增大后減小，最后再增大的變化規(guī)律。

.......

 第七章 結(jié)論與展望

 本文在對國內(nèi)外相關(guān)研究成果的學(xué)習(xí)總結(jié)基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)模擬試驗，首先研究了含水量、測試交流電頻率、砂粒尺寸對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價方法——電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試技術(shù)，對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)阻抗譜進行了測試分析；最后對置于不同砂粒組成的氯化鈉污染砂中的 X70 鋼的電化學(xué)腐蝕過程進行了模擬試驗和測試，系統(tǒng)地分析了砂粒尺寸和級配對 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 X70 鋼的腐蝕微觀形貌和腐蝕產(chǎn)物進行分析，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；電阻率與腐蝕時間相關(guān)，隨著腐蝕時間的增長而增加，但是變化不明顯。（2）相同測試條件下，氯化鈉污染砂的電阻率隨測試交流電頻率的增大而減小，當(dāng)測試頻率＜104Hz 時，變化顯著，當(dāng)測試頻率≥104Hz 時，變化不明顯�？紤]到高頻可能會對測試體系的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，故建議測試頻率在104～105Hz 范圍較好。

.......

參考文獻（略）

本文編號：164838