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X70钢在不同pH污染粉土中的电化学腐蚀建筑工程研究

时间:2018-11-27 18:17来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程为建设工程的一部分,与建设工程的范围相比,建筑工程的范围相对为窄,其专指各类房屋建筑及其附属设施和与其配套的线路、管道、设备的安装
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程为建设工程的一部分,与建设工程的范围相比,建筑工程的范围相对为窄,其专指各类房屋建筑及其附属设施和与其配套的线路、管道、设备的安装工程,因此也被成为房屋建筑工程。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 前言
我国国土广袤,土壤种类繁多,由于自然因素或者人为因素对土壤不同程度的影响,使得其往往呈现出不同的酸碱度,据统计以长江为分界线,以北为对碱性较敏感的碱性土壤,其中天津、山东德州、辽宁盘锦等城市最为显著,以南土壤偏酸性为对酸性较敏感的土壤。酸性土壤或者碱性土壤的形成或多或少均会对动植物和人类社会产生一定的影响,例如由于酸雨作用而使土壤酸化,酸性土壤环境中的 H+可能会对植物的正常生长产生一定的影响,同时可能会使得原本适合植物生长的土壤环境板结成块变成坚硬的不毛之地;在酸性土壤环境中,也会加快土壤对埋入其中的金属的腐蚀,例如对一些地下的钢筋混凝土材料建筑物中受力钢筋的腐蚀,从而导致其力学性能大幅度的削减,导致建筑物出现安全隐患,再例如对埋地管线钢的腐蚀,严重时可能会导致其发生局部渗漏,产生环境污染的同时也会对人类社会经济财产造成重大损失。对于干旱少雨的地区,土壤极易盐碱化形成碱性土壤,碱性土壤环境同酸性土壤环境类似,在不同程度上会对部分农作物的生长有影响,对埋地建筑材料有一定的腐蚀作用,会使土壤变成质地疏松透水性强且易发生淋溶作用的不宜耕种及植物生长的土壤。随着我国工业化程度越来越高,埋地管线钢被越来越多的应用于长距离大跨度石油天然气的运输,在我国以西气东输为代表,长距离大跨度的埋地管线途经我国多个省市自治区,而埋置管线钢的土壤由于自然条件和社会因素不同程度的影响,往往呈现出不同的酸碱性,大量事实证明这些污染后的土壤相对于原始土壤对埋地管线钢的腐蚀有一定的促进或抑制作用,当污染后的土壤对钢的腐蚀为促进时,严重时可能会造成埋地管线钢因腐蚀而泄露,不但会污染自然环境,而且会造成人类社会严重的财产损失,例如“青岛输油管道爆炸事件”造成近百人的死伤和超过 7 亿人民币的经济损失,究其原因是因为输油管道所在的地区地下土壤呈现盐碱性以及地下水中氯化物含量较高等原因综合影响导致管道因腐蚀而变薄后炸裂。针对污染后的土壤对埋地管线钢的腐蚀行为,目前有大量的学者对其进行研究,然而通过电化学方法研究污染后呈不同酸碱性的土壤对埋地管线钢的腐蚀行为的研究还不够完善,因此利用电化学方法研究酸性条件下和碱性条件下污染土对管线钢的腐蚀显得尤为重要。
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1.2 埋地管线钢的腐蚀原因分析
 
随着埋地管线钢在我国乃至世界范围内越来越多的应用,每年因污染土壤对埋地管线钢的腐蚀而造成管线泄露问题所带来环境污染和经济损失已不容忽视,这应该引起我们足够的重视,针对污染土壤对管线钢的腐蚀行为的研究势在必行,目前我国对污染土腐蚀管线钢的研究主要分为一下五个方面:埋地管线钢在不同酸碱度的土壤中腐蚀类型以及腐蚀方式均有较大的差异,据统计酸性土壤和碱性土壤均广泛存在于我国各个地区,以长江为分界线,以北主要是碱性土壤以南主要分布为酸性土壤,同时由于酸雨、人工化肥大量的使用、工业废水的排放以及生活垃圾的掩埋等造成了土壤不同程度的污染,污染后的土壤酸碱性会发生较大程度的改变,其腐蚀性也可能会随之增加。刘淑云和王帅星[1]等人利用红壤模拟溶液分析了 X80 钢在酸性腐蚀环境下(pH=3.0~5.5)的腐蚀行为,得出红壤模拟溶液中随着溶液 pH 的降低,腐蚀由受氧去极化控制发展为电化学活化控制,自腐蚀电流密度增加同时模拟溶液对X80 钢基体的腐蚀也越来越明显,大量的腐蚀点出现在 X80 钢表面。谢飞和杨晓峰[2]等人研究了 X80 钢在 pH=6.5、8.5 和 10.5 下的库尔勒土壤模拟溶液下的腐蚀差异,得出库尔勒土壤模拟溶液对 X80 钢的腐蚀性随着模拟溶液 pH 的增加而降低,腐蚀产物膜对 X80 钢基体的保护随 pH 的增加而增加,当模拟溶液 pH 达到 10.5 时,X80 钢表面形成了一层薄而致密的钝化膜保护基体进而减缓了模拟溶液对 X80 钢的进一步的腐蚀。
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第二章 试验方案
 
2.1 试验装置
2.1.1 CS350 电化学工作站
CS350 电化学工作站能够提供交流阻抗、极化曲线、伏安分析、电化学噪声、全浮地测量、光电测试模块以及自定义测试方法等,本试验应用了交流阻抗测试和极化曲线测试技术,其中交流阻抗测试采用相关积分算法和双通道同步采样技术,具有较强的抗干扰能力,尤其适合于涂层、混凝土等高阻体系(>109Ω)的交流阻抗测量,也可用于 Mott-Schottky 曲线和微分电容曲线绘制;测试过程中软件能实时显示开路电位,无需输入即可输出准确的极化过电位。极化曲线测试具有线性极化和 Tafel 极化曲线测量功能,用户可设定循环极化曲线的阳极回扫电流(钝化膜击穿电流),来确定材料的点蚀电位和保护电位,评价晶间腐蚀敏感性。软件采用非线性拟合算法解析极化曲线,可用于材料耐蚀性和缓蚀剂性能的快速评价。CS350 电化学工作站有以下特点:首先能对测试数据进行分析,例如极化曲线的三参数或四参数动力学解析,计算塔菲尔尔阳极斜率 ba和阴极斜率 bc、腐蚀电流密度 icorr、极化电阻 Rp和腐蚀速率 Vcorr等,还可由电化学噪声谱计算功率谱密度、噪声电阻 Rn和谱噪声电阻 Rsn(f)。其次,可以实时储存测量数据,这就避免了因外界因素导致测量中断造成的数据丢失。第三,具有实现定时测量功能,可提前设置好间隔时间等参数实现无人测量,为测试提供便利。
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2.2 试验材料
 
2.2.1 X70 钢
本试验采用了含碳量较低而强度较高的 X70 钢,被广泛应用于我国西气东输埋地管线中,其耐腐蚀性相对较好,X70 钢的主要化学成分及含量主要包括 C(0.07%)、Si(0.2%)、Mn(1.91%)、P(0.12%)、Mo(0.23%)、Fe(97.3%)和其他(0.17%)。将 X70 钢板切割后用酒精清洗风干,切割后的试验钢片的长宽厚分别为12mm、12mm 和 2mm,并经过目数分别为 360#、400#、800#、1000#、1200#、1500#和 2000#的砂纸逐级打磨至表面无明显划痕为止,磨光后用去离子水清洗、风干,取一定长度的铜导线并将其两端去皮露出导线丝,将铜导线一端的导线丝借助锡箔纸紧贴并固定于 X70 钢的非工作面后用环氧树脂进行密封,密封后留下 1.0cm×1.0cm 的腐蚀面,最后用乙醇或者丙酮清洗腐蚀面上的杂物后自然风干待用,制备好的 X70 钢试样如图 2-6 所示。
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第三章 不同 pH 值污染粉土电阻率的试验研究.....18
3.1 pH 值对污染粉土电阻率的影响...........18
3.2 腐蚀龄期对污染粉土电阻率的影响.....20
3.3 不同 pH 值污染粉土的腐蚀性评价.....22
3.4 本章小结........23
第四章 X70 钢极化曲线测试试验....24
4.1 X70 钢在不同 pH 值污染粉土中的极化曲线......25
4.2 X70 钢在不同埋置时间下的极化曲线.........30
4.3 X70 钢极化曲线的拟合结果.........32
4.4 极化曲线和电阻率测试结果对比讨论与分析....37
4.5 本章小结........38
第五章 X70 钢电化学阻抗谱(EIS)测试试验......40
5.1 X70 钢在不同 pH 值污染粉土环境中的电化学阻抗谱......40
5.2 X70 钢在不同埋置时间的污染粉土中的电化学阻抗谱.....43
5.3 X70 钢在不同 pH 值污染粉土中的等效电路模型......45
5.4 本章小结........49
 
第六章 X70 钢宏微观腐蚀形貌及其机理分析
 
6.1 X70 钢宏观腐蚀形貌分析
X70 钢在不同 pH 的污染粉土中埋置 21d 且完成阻抗和极化的测试后将其取出,将导线及密封的环氧树脂取下,用干燥的棉棒将腐蚀面上的土粒剥落,再用数码相机对 1cm2的腐蚀面进行拍照,如图 6-1 所示即为 X70 钢在不同 pH 的污染粉土中腐蚀 21d 后的宏观腐蚀形貌图,其中图 6-1(a)~(g)分别为 pH 为1.50、3.78、5.03、7.07、9.09、11.98 和 13.07 的污染粉土环境中 X70 钢的宏观腐蚀形貌图。观察图 6-1(a)可以发现在 pH 为 1.50 的污染粉土中 X70 钢腐蚀面大部分被白色的物质所覆盖,左上角可以发现红棕色的锈迹附着在 X70 钢表面;由图 6-1(b)可知,在 pH 为 3.78 的污染粉土环境中 X70 钢腐蚀面四周被红棕色的锈迹所覆盖,而中间几乎没有锈迹;观察图 6-1(c)和(d)可以发现在 pH 为 5.03 和7.07 的腐蚀环境中 X70 钢表面均黏附了大量的粉土颗粒,局部有红棕色的铁锈生成;图 6-1(e)是 X70 钢在 pH 为 9.09 的碱性腐蚀环境中的腐蚀形貌,可以发现在 X70 钢的腐蚀面中下部被大量的红棕色锈迹所覆盖,在上部黏附了大量的粉土颗粒;观察图 6-1(f)和(g)可以发现 X70 钢在碱性很强的污染粉土中表面几乎无锈迹,腐蚀现象似乎并不明显。
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结论
 
通过室内模拟试验,运用电化学阻抗谱法(EIS)、极化曲线(PC)、电阻率测试以及扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等测试手段,对 X70 钢在不同 pH 值污染粉土中的电化学腐蚀行为进行了系统分析研究,得到了如下主要结论:
(1)通过对不同 pH 的污染粉土的电阻率测试结果分析可知:污染粉土的电阻率随测试频率的增加而减小;不同 pH 的污染粉土电阻率有较大的差异,酸性条件下电阻率随污染粉土 pH 的增大而增大,而碱性条件下污染粉土的电阻率随 pH 的增大而减小;污染粉土的电阻率随腐蚀龄期的增加而增大;根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)中关于土壤腐蚀性的初步评价标准可知:强碱性(pH=11.98 和 13.07)污染粉土的腐蚀性最强,酸性(pH=1.50、3.78 和 5.03)和弱碱性(pH=9.09)污染粉土的腐蚀性随时间的延长而大幅降低,中性粉土(pH=7.07)的腐蚀性较微弱。
(2)通过对极化曲线(PC)分析可知:X70 钢在不同 pH 的污染粉土环境中的腐蚀规律随埋置时间的改变而发生了较大的变化,埋置 1d 时,污染粉土对X70 钢的腐蚀性随 pH 的增加而降低,其中在 pH 为 1.50 的污染粉土介质中瞬时腐蚀速率最快且远大于其他环境下的瞬时腐蚀速率;埋置 7d 和 14d 时规律类似但和 1d 时差异较大,表现为从总体趋势上看污染粉土对 X70 钢的腐蚀随 pH 的增加而增加,酸性污染粉土对 X70 钢的腐蚀速率相对于埋置 1d 时大幅度下降;埋置 21d 时,在 pH 为 7.07 的无污染粉土中自腐蚀电位大幅升高,无污染粉土对X70 钢基体的腐蚀随时间的增加变得越来越弱,在 pH 为 13.07 的污染粉土中,X70 钢表面出现了明显的钝化现象,自腐蚀电位升高,X70 钢在强酸性和强碱性的污染粉土中埋置一段时间均会出现不同程度的钝化,其中在pH为1.50和13.07的污染粉土环境中最为明显,钝化膜在一定程度是保护了 X70 钢基体。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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