確定裸金屬腐蝕可能性

  所謂腐蝕可能性是指在計劃使用壽命里預期發(fā)生的腐蝕速率或者預期腐蝕影響的程度[14]。精確預測腐蝕速率是不可能的，因為人們無法全面了解該系統(tǒng)的參數(shù)，并且局部腐蝕的隨機性是不確定的。圖4-3所示為符合參考文獻[15]中定義的細長物體(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極和陰極分反應的電流密度。必須假定兩個分開很窄的箭頭會定期互換，這樣它們在兩個裂縫位置存在相同的時間。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)中不會發(fā)生這種情況。通常，侵蝕是局部發(fā)生的，是不均勻的「見圖4-3(b)，沿此表面的小區(qū)域里電流平衡是不均等的。沒有持續(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，沒有任何單一的靜電位(見圖 2-6)。

假如把圖4-3(c)所示的陽極區(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)生點蝕和不均勻腐蝕。

  根據(jù)表 4-1所列出的土壤特性可以估計非合金的和低合金鋼構(gòu)筑物的特性腐蝕可能性。按照各個特性數(shù)據(jù)給出腐蝕評價等級2，再用腐蝕評價等級的總和做出進一步判斷。

                                               Bo=Z1十Z2十Z3十Z十Zs十Z+Z十Z8十Z9   (4-7)

                                               B-B+Z10+Z11                                            (4-8)

                                               B≡B-(Z3十Z9)士Z12                                    (4-9)

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

  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度的管道和儲罐。陽極區(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，并說明圖4-3(d)所示那樣通過形成電池發(fā)生陽極損壞的情況。得出優(yōu)先形成陽極區(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細信息[3,14]

從表 4-1可見，僅從幾項特征就能辨別出非常高的腐蝕速率(1b和1c)，而且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極損壞(如將管道鋪設在高電阻率的砂質(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]。在此促成陽極分反應，形成的導電性硫化鐵也有利于陰極分反應。

表4-2所列為現(xiàn)場實驗結(jié)果[11]與土壤等級的關(guān)系示例?？偟恼f來，當t>4a時，腐蝕速率與時間的相關(guān)性可以用下式表達:

                                                                                   [ Δs（t）/μm]-[Δs4/μm]+(ωlin/μm*a負一次方)[（t/a)-4]

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，腐蝕速率隨時間推移略有減小。在Ⅲ類土壤中，隨時間推移減小依然十分小。

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

  現(xiàn)場試驗中用的試件[11]只有幾平方厘米大。在這些試件上只能形成圖4-3(b)那樣的微電池。但是在表4-3中的最大穿孔速率比預期的平均厚度減薄速率大。用砂土和黏十做的電池實驗也獲得類似的結(jié)果[12]。只有在表面積比值S。/S。大于10時，才發(fā)生電池作用0.)、在砂質(zhì)士中，含鹽量影響的電導率起了比較重要的作用[21]。在估計管道與儲罐的壽命時，可以采用表43中的最大穿孔速率。如果因為淺蝕坑或點蝕而發(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這幾項指標里。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]

  對非合金的鐵類金屬(如低碳鋼、鑄鐵)的評估意見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。這極大減緩了陽極區(qū)的形成與發(fā)展。從

腐蝕評價等級的總和也能估算出是否形成表面膜[3,14]假如超過了點蝕電位，不銹鋼在土壤里就會受到點蝕侵害(見圖2-16)。與非合金鋼接觸所提供的相當?shù)年帢O保護為UH<0.2V。銅材也非常耐腐蝕，只在酸性很強或者污染嚴重的土壤里才會發(fā)生腐蝕。這些材料的特性詳見參考文獻[3]與[14]。4.2.2 在含水介質(zhì)中的腐蝕

  依據(jù)腐蝕評價等級評估含水介質(zhì)中的腐蝕敏感性[3.14]，它們與土壤里的情況有所不同。普遍發(fā)現(xiàn)只在飛濺區(qū)才有腐蝕增強的可能性。在潮汐帶能發(fā)生特別嚴重的局部腐蝕:因為銹蝕部分增強了陰極作用[23,24]。由于在這些地方無法實施陰極保護，在飛濺區(qū)惟一可行的防腐措施是增加防腐層的厚度(見第16章)。與在土壤中的特性相反，水平向電池實際上沒有什么意義。