Q355B钢筋在川藏铁路地区土壤模拟液中的腐蚀行为_李伟光.pdf

D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 0 7Q 3 5 5 B钢筋在川藏铁路地区土壤模拟液中的腐蚀行为李伟光1,2,潘吉林1,2,肖 盼1,2(1.电信科学技术第五研究所有限公司,成都 6 1 0 0 6 2;2.四川成都土壤环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站,成都 6 1 0 0 6 2)摘 要:通过极化曲线和电化学阻抗谱测试,研究了在川藏铁路地区土壤模拟液中添加不同浓度的氯化钠、硫酸钠、硝酸钾和碳酸钠溶液和不同试验温度对Q 3 5 5 B碳钢腐蚀行为的影响。结果表明:当氯化钠、硫酸钠、硝酸钾和碳酸钠的添加量低于0.3%(质量分数)时,阴阳离子浓度的增大对Q 3 5 5 B钢腐蚀的影响较轻微;当氯化钠、硫酸钠和硝酸钾添加量达到1 m o l/L时,Q 3 5 5 B钢在添加不同溶液的模拟液中的腐蚀轻重程度依次为氯化钠、硫酸钠、硝酸钾,Q 3 5 5 B钢表面未见明显锈蚀和点蚀痕迹,钢表面可以维持钝化状态;在模拟液中,随着温度的升高,Q 3 5 5 B钢的腐蚀速率逐渐增大,7 0 下Q 3 5 5 B钢的腐蚀速率约是1 5 下的2.2倍。关键词:川藏地区;土壤模拟液;腐蚀;极化曲线;电化学阻抗谱中图分类号:T G 1 7 4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 2)1 2-0 0 4 2-0 6C o r r o s i o n B e h a v i o r o f Q 3 5 5 B S t e e l B a r i n S i m u l a t e d S o i l S o l u t i o n o f S i c h u a n-T i b e t R a i l w a y A r e aL I W e i g u a n g1,2,P AN J i l i n1,2,X I AO P a n1,2(1.T h e F i f t h R e s e a r c h I n s t i t u t e o f T e l e c o mm u n i c a t i o n s T e c h n o l o g y C o.,L t d.,C h e n g d u 6 1 0 0 6 2,C h i n a;2.S i c h u a n C h e n g d u S o i l E n v i r o n m e n t a l M a t e r i a l C o r r o s i o n N a t i o n a l O b s e r v a t i o n a n d R e s e a r c h S t a t i o n,C h e n g d u 6 1 0 0 6 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o f s o d i u m c h l o r i d e,s o d i u m s u l f a t e,p o t a s s i u m n i t r a t e a n d s o d i u m c a r b o n a t e s o l u t i o n i n S i c h u a n-T i b e t r a i l w a y s o i l s i m u l a t i o n s o l u t i o n a n d d i f f e r e n t t e s t t e m p e r a t u r e s o n t h e c o r r o s i o n b e h a v i o r o f Q 3 5 5 B c a r b o n s t e e l w e r e s t u d i e d b y p o l a r i z a t i o n c u r v e s a n d e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t w h e n t h e a d d i t i o n o f s o d i u m c h l o r i d e,s o d i u m s u l f a t e,p o t a s s i u m n i t r a t e a n d s o d i u m c a r b o n a t e w a s l e s s t h a n 0.3%,t h e i n c r e a s e o f a n i o n a n d c a t i o n c o n c e n t r a t i o n h a d a s l i g h t e f f e c t o n t h e c o r r o s i o n o f Q 3 5 5 B s t e e l.W h e n t h e a d d i t i o n o f s o d i u m c h l o r i d e,s o d i u m s u l f a t e a n d p o t a s s i u m n i t r a t e r e a c h e d 1 m o l/L,t h e c o r r o s i o n s e v e r i t y o f Q 3 5 5 B s t e e l i n t h e s i m u l a t e d s o l u t i o n w i t h d i f f e r e n t s o l u t i o n s w a s s o d i u m c h l o r i d e,s o d i u m s u l f a t e a n d p o t a s s i u m n i t r a t e i n t u r n,a n d t h e r e w a s n o o b v i o u s c o r r o s i o n a n d p i t t i n g t r a c e o n t h e s u r f a c e o f Q 3 5 5 B s t e e l,a n d t h e s t e e l s u r f a c e c o u l d m a i n t a i n p a s s i v a t i o n s t a t e.I n t h e s i m u l a t e d s o l u t i o n,t h e c o r r o s i o n r a t e o f Q 3 5 5 B s t e e l i n c r e a s e d g r a d u a l l y w i t h t h e i n c r e a s e o f t e m p e r a t u r e,a n d t h e c o r r o s i o n r a t e o f Q 3 5 5 B s t e e l a t 7 0 w a s a b o u t 2.2 t i m e s t h a t a t 1 5.K e y w o r d s:S i c h u a n-T i b e t r e g i o n;s o i l s i m u l a t i o n f l u i d;c o r r o s i o n;p o l a r i z a t i o n c u r v e;e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y 川藏铁路是我国战略性百年工程,对促进我国西南地区经济发展将发挥重大作用,铁路建成投运后的安全稳定运行是工程的核心要求之一。由于存收稿日期:2 0 2 2-0 2-2 8基金项目:国家科技基础资源调查专项(2 1 2 1 F Y 1 0 0 6 0 0)通信作者:潘吉林(1 9 8 1-),正高级工程师,博士,主要从事高分子及金属材料的环境适应性评价工作,0 2 8-8 6 7 6 3 0 1 4,p a n j l 5 r i t t.c o m在工程跨度长、地质条件复杂、地形高差大等问题且川藏铁路全线桥隧比达8 1%1-3。因此,川藏铁路大量使用的钢筋混凝土在沿线土壤环境中的耐久性是工程建成后能否长期安全稳定运行的关键因素。地下水中会溶解土壤中的盐分(氯化物、硫酸盐、硝酸盐等)进入混凝土内部孔隙,与钢筋接触,并对其腐蚀产生影响,进而影响钢筋混凝土的耐久性。川藏地区地质条件复杂,局部区域会有地下热泉,如桑珠岭隧道洞身附近钻孔内温度超过7 0 4-5,热泉24第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2区域地下隧道和桥墩混凝土中钢筋的耐腐蚀性能也有待研究。本工作采用实验室配制的溶液模拟川藏铁路沿线地区典型土壤环境,通过电化学试验,分析了土壤环境参数对Q 3 5 5 B钢筋腐蚀行为的影响,以期为钢筋混凝土运行维护策略的制定和川藏铁路更加安全和经济地运行提供科学数据支撑。1 试验1.1 试验材料将Q 3 5 5 B钢切割成尺寸为1 0 mm1 0 mm3 mm的薄片,镶嵌处理后,采用砂纸逐级打磨、清洗后备用。表1为5个采样点土壤浸出液中阴离子浓度的最大值,配制过饱和氢氧化钙溶液(p H为1 2.6),并向其中添加氯化钠、硫酸钠、硝酸钾,使饱和氢氧化钙溶液中离子浓度与土壤浸出液保持一致,作为原始溶液(其中C l-质量浓度为6.3 3 8 m g/L,N O3-质量浓度为0.3 8 2 m g/L,S O42-质量浓度为6 0.8 4 7 m g/L),以模拟川藏铁路沿线地区典型土壤环境,试样在原始溶液中浸泡1 4 d后再进行电化学测试。表1 土壤浸出液中阴离子的浓度T a b.1 A n i o n c o n c e n t r a t i o n o f s o i l l e a c h i n g s o l u t i o nm g/L采样地点C l-NO3-S O42-成都6.3 3 8-6 0.8 4 7雅江白姑村1.8 2 7-3.1 5 7理塘禾泥乡2.3 0 20.2 9 13 3.8 0 9理塘村戈特大桥1.7 6 80.3 8 24 1.1 9 7拉萨3.5 6 5-6.1 0 91.2 电化学测试采用A u t o l a b电化学工作站进行电化学测试,采用三电极体系,试样为工作电极,P t电极为辅助电极,A g C l电极为参比电极。(1)在原始溶液基础上,按比例分别添加质量分数为0.1%、0.2%、0.3%的氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、硝酸钾,设置低浓度,尽量与实际工况吻合,试验温度为常温(1 5),并放置2 4 h,将试样置于溶液中,随后进行极化曲线、电化学阻抗谱测试,并分析其影响规律。(2)在原始溶液基础上,分别添加1 m o l/L的氯化钠、硫酸钠和硝酸钾,放置2 4 h,将试样置于溶液中,进行极化曲线、电化学阻抗谱测试,分析几种盐对钢筋腐蚀的影响。(3)采用原始溶液,在常温(1 5)、4 0 以及7 0 条件下进行极化曲线、电化学阻抗谱测试,分析温度对Q 3 5 5 B钢腐蚀的影响。以上测试溶液中均加入过量氢氧化钙,溶液始终保持过饱和状态。2 结果与讨论由图1可 见,在 原 始 溶 液 中 浸 泡1 4 d后,Q 3 5 5 B钢表面未见腐蚀痕迹,大部分区域有附着物膜,表明Q 3 5 5 B钢在原始溶液中发生钝