確定裸金屬腐蝕可能性

所謂腐蝕可能性是指在計(jì)劃使用壽命里預(yù)期發(fā)生的腐蝕速率或者預(yù)期腐蝕影響的程度[14]。精確預(yù)測(cè)腐蝕速率是不可能的，因?yàn)槿藗儫o(wú)法全面了解該系統(tǒng)的參數(shù)，并且局部腐蝕的隨機(jī)性是不確定的。圖4-3所示為符合參考文獻(xiàn)[15]中定義的細(xì)長(zhǎng)物體(即埋地管道)不同腐蝕狀態(tài)的圖解。這些箭頭表示在某一特定瞬間陽(yáng)極和陰極分反應(yīng)的電流密度。必須假定兩個(gè)分開(kāi)很窄的箭頭會(huì)定期互換，這樣它們?cè)趦蓚€(gè)裂縫位置存在相同的時(shí)間。結(jié)果沿此表面連續(xù)發(fā)生腐蝕侵蝕。

圖4-3(a)所示為自然腐蝕中混合電極的理想狀態(tài)。在土壤或含水介質(zhì)中不會(huì)發(fā)生這種情況。通常，侵蝕是局部發(fā)生的，是不均勻的[見(jiàn)圖4-3(b)]，沿此表面的小區(qū)域里電流平衡 是不均等的。沒(méi)有持續(xù)的腐蝕電池[14]，基本上材料均勻損失的自然腐蝕依然就是這種情況。另一方面，圖4-3(c)所示為分開(kāi)有幾公里的持續(xù)的腐蝕電池。通常在局部變化的土 壤里才發(fā)生這樣的情況。自然腐蝕電位取決于所在位置，沒(méi)有任何單一的靜電位(見(jiàn)圖 2-6)。

假如把圖4-3(c)所示的陽(yáng)極區(qū)看做是與外界隔離的，那么在那段部位不再滿足自然腐蝕的條件(即均衡的電流平衡)。在不同類型土壤中管道的不同區(qū)域形成的電池就是這種情況[12]。這種情況與圖4-3(d)所示外部陰極構(gòu)筑物的形成電池原則上沒(méi)有什么差別[2,3,14,16]，僅在后一種情況下，電池電壓與電池電流才非常大。外部陰極構(gòu)筑物包括接地裝置和混凝土里的鋼筋[17,18]。伴隨電池的形成，大多數(shù)發(fā)生點(diǎn)蝕和不均勻腐蝕。

 4.2.1 土壤腐蝕

  根據(jù)表 4-1所列出的土壤特性可以估計(jì)非合金的和低合金鋼構(gòu)筑物的特性腐蝕可能性。按照各個(gè)特性數(shù)據(jù)給出腐蝕評(píng)價(jià)等級(jí)Z，再用腐蝕評(píng)價(jià)等級(jí)的總和做出進(jìn)一步判斷。                                             Bo-Z1十Z:十Z:十Z4+Z5+Zs+Z十Z8+Zg                (4-7)

                                       B=B+Z1o+Z11                                                     (4-8)

                                        B?≡B-(Z十Z)+Z12                                                   (4-9)

  總和Bo反映了沒(méi)有圖4-3(b)那樣的持續(xù)電池的物體腐蝕可能性。該值也表達(dá)了土壤等級(jí)的特征與所選用的管道涂層相關(guān)[16]?？偤虰說(shuō)明有圖4-3(c)所示的持續(xù)電池的物體腐蝕可能性。這表示在細(xì)長(zhǎng)物體的情況下，并不充分了解土壤等級(jí)本身的情況。

  假如表面上覆蓋的土壤組成發(fā)生了改變，有持續(xù)濃差電池的物體可以是有各自長(zhǎng)度的管道和儲(chǔ)罐。陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)之間的距離為幾厘米至幾公里不等。

總和Be只能在埋地物體上獲得，并說(shuō)明圖4-3(d)所示那樣通過(guò)形成電池發(fā)生陽(yáng)極損壞的情況。得出優(yōu)先形成陽(yáng)極區(qū)還是優(yōu)先形成陰極區(qū)以及它們具有怎樣的活性的詳紙信息

從表4-1可見(jiàn)，僅從幾項(xiàng)特征就能辨別出非常高的腐蝕速率(1b和1c)，而日可以清楚地看到焦炭起到良好充氣的外部陰極的作用。此外，還能清楚地看到明顯減緩了陽(yáng)極損壞(如將管道鋪設(shè)在高電阻率的砂質(zhì)土壤中并均勻地填埋)。

  在絕氧性土壤里，硫酸鹽還原菌引起較高程度的腐蝕[20]。在此促成陽(yáng)極分反應(yīng)，形成的導(dǎo)電性硫化鐵也有利于陰極分反應(yīng)。表 4-2所列為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[11]與土壤等級(jí)的關(guān)

系示例?？偟恼f(shuō)來(lái)，當(dāng)t>4a時(shí)，腐蝕速率與時(shí)間的相關(guān)性可以用下式表達(dá):

[^*]-[^?“^]+( “…-)[(÷)-4]   um(4-10)

  表4-2列出了四年里金屬厚度減薄的平均值和線性腐蝕速率。此外，由于人們對(duì)埋地物體腐蝕可能性頗有興趣，所以還推斷出50年和100年后的腐蝕速率。從這些結(jié)果可以看出，在I類土壤中產(chǎn)生膜的形成。在Ⅱ類土壤中，腐蝕速率隨時(shí)間推移略有減小。在三類土壤中，隨時(shí)間推移減小依然十分小。

在表4-2中推測(cè)的50年和100年后金屬厚度減薄值關(guān)系到結(jié)構(gòu)部件的預(yù)測(cè)壽命(如道路的埋地基礎(chǔ)和鋼質(zhì)擋土墻)。假如材料厚度損失太大而危及它們的強(qiáng)度，這些結(jié)構(gòu)件就會(huì)失去它們的功效。醋

  現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中用的試件[11]只有幾平方厘米大。在這些試件上只能形成圖4-3(b)那的微電池。但是在表4-3中的最大穿孔速率比預(yù)期的平均厚度減薄速率大。用砂土和黏土做的電池實(shí)驗(yàn)也獲得類似的結(jié)果[12]。只有在表面積比值S。/S。大于10時(shí)，才發(fā)生電池作用I)。在砂質(zhì)士中，含鹽量影響的電導(dǎo)率起了比較重要的作用[1。在估計(jì)管道與儲(chǔ)镚的壽命時(shí)，可以采用表43中的最大穿孔速率。如果因?yàn)闇\蝕坑或點(diǎn)蝕而發(fā)生泄漏，這些部件就失去了功效。

表4-1的數(shù)據(jù)表明土壤電阻率的影響很大，特別在2、7、10這幾項(xiàng)指標(biāo)里。從采用焊接接頭或?qū)щ娦猿胁暹B接的管道沿線的土壤電阻率分布曲線很容易辨別出陽(yáng)極區(qū)，因此很容易查明腐蝕加劇部位所在位置。它們幾乎與有較高電阻的更大區(qū)域里的電阻最小值是一致的[22]

對(duì)非合金的鐵類金屬(如低碳鋼、鑄鐵)的評(píng)估意見(jiàn)一般也適用于熱浸鍍鋅鋼。腐蝕產(chǎn)物表面膜在限制鋅的腐蝕方面起著有利的作用。這極大減緩了陽(yáng)極區(qū)的形成與發(fā)展。從腐蝕評(píng)價(jià)等級(jí)的總和也能估算出是否形成表面膜[3,14]

假如超過(guò)了點(diǎn)蝕電位，不銹鋼在土壤里就會(huì)受到點(diǎn)蝕侵害(見(jiàn)圖2-16)。與非合金鋼接觸所提供的相當(dāng)?shù)年帢O保護(hù)為U<0.2V。銅材也非常耐腐蝕，只在酸性很強(qiáng)或者污染嚴(yán)重的土壤里才會(huì)發(fā)生腐蝕。這些材料的特性詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]與[14]。

4.2.2 在含水介質(zhì)中的腐蝕

  依據(jù)腐蝕評(píng)價(jià)等級(jí)評(píng)估含水介質(zhì)中的腐蝕敏感性[3,14].同。普遍發(fā)現(xiàn)只在飛濺區(qū)才有腐蝕增強(qiáng)的可能性。在潮汐帶能發(fā)生特別嚴(yán)重的局部腐蝕，它們與土壤里的情況有所不因?yàn)殇P蝕部分增強(qiáng)了陰極作用[23,24]。由于在這些地方無(wú)法實(shí)施陰極保護(hù)，在飛濺區(qū)惟一可行的防腐措施是增加防腐層的厚度(見(jiàn)第16章)。與在土壤中的特性相反，水平向電池實(shí)際上沒(méi)有什么意義。