土壤导电性与腐蚀性的关系分析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：土壤的导电性土壤的电阻率与土壤的腐蚀性有密切的关系。显然这一关系是由土壤腐蚀的电化学性质决定的。表2-5土壤电阻率与腐蚀性的关系土壤的导电性主要取决于下列条件：1）土壤的含水量。土壤中可溶性盐类全部溶解时，金属腐蚀速度将达到最大值。当温度升高至25～30℃时，最适宜细菌生存、繁殖，也会加剧土壤腐蚀。埋在贫氧黏土段的管段成为阳极，发生严重的局部腐蚀。由杂散电流引起的腐蚀称为杂散电流腐蚀。

埋在地下的金属结构物，如地下管道、电缆线等，往往会遭受到土壤的腐蚀，腐蚀穿孔会造成燃料流失。有时还会引起爆炸或火灾，造成严重损失与环境污染。为了保证水、电、燃料和电信号的输送，以及地下金属结构物的耐蚀性，研究金属的土壤腐蚀及其防止措施是一个重要的问题。

1.土壤的性质

（1）土壤的组成和结构　土壤是多相（土粒、水、空气、固、液、气相等）、多孔（团粒结构、孔隙中充满水或空气）、具有离子导电性的胶体体系。由于水的胶体形成作用，土壤不是分散孤立的颗粒，而是含有各种有机、无机胶凝物质颗粒的聚集体。

因此，土壤的结构有其特殊性：

1）不均匀性。土壤的组成是可变的，不像海水、大气那样有一个基本的组成。土壤中由各种微结构的土粒组成，存在着气孔、水分及结构紧密程度的不均匀性，以及不同性质土壤的交替更换所造成的不均匀性。

2）相对固定性。土壤的固体部分是不动的，只有气相、液相可做有限的运动。

（2）土壤的导电性　土壤的电阻率与土壤的腐蚀性有密切的关系。土壤的导电性越好、电阻率越低，土壤的腐蚀性越强，金属的腐蚀速度越快，见表2-5。显然这一关系是由土壤腐蚀的电化学性质决定的。

表2-5　土壤电阻率与腐蚀性的关系

土壤的导电性主要取决于下列条件：

1）土壤的含水量。通常情况下，干燥土壤的导电性极差，金属在干燥土壤中的腐蚀过程与干燥大气的腐蚀过程相似。土壤的含水量越高，溶解盐类的能力越强，土壤的导电性越好。土壤中可溶性盐类全部溶解时，金属腐蚀速度将达到最大值。如果水分过多，土壤溶解稀释，土粒膨胀，孔隙堵塞，氧的渗入受阻，就相当于全浸腐蚀，腐蚀速度有可能下降。

2）土壤的孔隙率。土壤颗粒越粗，孔隙率越大，土壤的渗水能力越强而保水能力越弱，电阻率越大，腐蚀性越弱。所以沙土腐蚀性低于黏土。

3）盐分的影响。土壤中常含有硫酸盐、硝酸盐、氯化物等无机盐，它们大多是可溶性的。不同土壤所含盐分种类及数量差异极大。随着含盐量增大，土壤溶液的导电性增强，土壤的腐蚀性增强。

（3）土壤中的氧　除了少数强酸性土壤外，土壤腐蚀多为氧去极化腐蚀，土壤中的氧有溶于水中的溶解氧和存在于土壤缝隙中的空气中的氧，后者对腐蚀起主要作用。含氧量与土壤的含水量和结构有关，如果土壤透气性好，含氧量高，则会加速金属腐蚀。从这个角度看，沙土透气性好，有利于氧的阴极去极化；而黏土透气性差，腐蚀性小。若形成氧浓差电池或有微生物腐蚀的影响时，透气性差的区域将发生严重的金属腐蚀。

（4）土壤的酸碱性　根据土壤的pH值可将土壤分为酸性土壤（pH=3～6）、中性土壤（pH=6～7.5）和碱性土壤（pH=7.5～9.5）。大多数土壤的pH值为6～7.5，砂质黏土和盐碱土带碱性，而腐殖土、沼泽土带酸性。一般情况下，pH值越低，土壤的腐蚀性越大，这是因为氢离子的阴极去极化作用加速了阴极反应。另外当土壤中含有大量有机酸时，虽然pH值接近中性，但腐蚀性仍很强。

（5）温度　随着温度的升高，电解液导电性提高，氧的渗透、扩散速度加快，腐蚀速度加快。当温度升高至25～30℃时，最适宜细菌生存、繁殖，也会加剧土壤腐蚀。

（6）土壤中的微生物　土壤中含有大量微生物，它们的分泌物或腐败产物对腐蚀有很大影响，微生物中对腐蚀影响最大的是厌氧的硫酸盐还原菌。

2.土壤腐蚀的特征

土壤是一种固体微孔电解质，它的阴极过程大多是氧去极化反应，只有在酸性土壤中才发生氢去极化腐蚀。

大气、海水、土壤三种自然条件下的腐蚀，其阴极过程主要是氧去极化作用，但其传递速度和情况又各不相同。在大气腐蚀中，氧透过电解质薄膜；在海水腐蚀中，氧经过电解液本体；而在土壤腐蚀中，氧透过固体微孔电解质。因此在大气中氧到达金属表面的方式主要取决于水膜厚度；在海水中主要取决于流速与搅拌；在土壤中当土壤层厚度相等时，取决于土壤的结构和湿度，或者取决于土壤中的含水率、含氧量和电导率。

在土壤腐蚀中，除了形成与金属的电化学性质不均匀有关的腐蚀电池外，还会形成由于土壤结构不均匀性引起的宏观腐蚀电池。

（1）微观腐蚀电池　对于短小的金属构件，可以认为其周围土壤的结构、水分、盐分、含氧量、酸度等比较均匀，这时发生微电池腐蚀，表现出全面腐蚀的特征。这种情况下，阳极反应为金属的腐蚀溶解，而阴极反应较为复杂，通常为氧的去极化反应，强酸性土壤中也有氢的去极化，还可能有其他去极化剂或微生物引起的去极化。

在潮湿土壤中，阳极过程无明显的阻滞，腐蚀过程被阴极过程控制，而在疏松干燥的土壤中，腐蚀控制类型转变为阳极控制为主，接近于大气腐蚀。

（2）宏观腐蚀电池　对于大型的、长距离埋设的金属构件，由于土壤结构不同，含盐量不同或埋设深度、地下水位不同等原因，会形成氧浓差电池和盐浓差电池等宏观腐蚀电池。如碳钢管道埋设在砂土和黏土的交界处，构成了宏观的氧浓差腐蚀电池。砂土中含氧量高，而黏土中含氧量低。埋在贫氧黏土段的管段成为阳极，发生严重的局部腐蚀。由于同一原因，埋设较深的构件部件的腐蚀往往比较严重。这种情况下，土壤的电阻成为重要的腐蚀控制因素，腐蚀控制类型成为阴极-电阻混合控制，甚至是电阻控制占优势。

3.杂散电流腐蚀

不在正常电路中流动的电流就称为杂散电流，如地铁、接地的直流电源、电焊机、电化学保护系统、电镀装置等的漏电电流都是杂散电流。由杂散电流引起的腐蚀称为杂散电流腐蚀。

当电流流入地下金属时，电流流入部位受到阴极保护而抑制腐蚀，电流流出部位成为阳极而激烈腐蚀。所以杂散电流腐蚀常集中发生在金属体的某一区域，它能在短期内使金属体穿孔破坏。电流流入金属处虽然不会发生杂散电流腐蚀，但要注意防止发生阴极腐蚀，阴极腐蚀起因于阴极反应中生成的OH-离子，Pb、Al、Sn、Zn等两性金属能发生阴极腐蚀。

低频电流引起的腐蚀较高频电流严重，所以交流杂散电流所引起的腐蚀比直流小。如钢、铅和铜等金属在60Hz的交流电作用下的腐蚀，大约只有直流电的1%或更小。但交流电对钝态金属（如铝、不锈钢等）的腐蚀作用较大。

4.土壤腐蚀的控制

为了减轻或防止土壤腐蚀，可以采取以下措施：

（1）绝缘性保护层　包覆绝缘性保护层是保护地下金属构件的常用手段。广泛采用的绝缘性保护层有沥青-玻璃纤维保护层、塑料保护层和水泥保护层等。

（2）排流保护法　为了使杂散电流能够不经过大地而直接流回产生杂散电流的用电设备中，可以在管道与用电设备的馈线之间用导线做电气连接，这样杂散电流就不会流经地下管道而顺着排流设备流回到馈线上，以防止地下金属设备或管道的腐蚀。

（3）阴极保护　作为实用的防腐技术，阴极保护首先用于保护地下管道，目前这一应用已十分普遍。将适当的绝缘层保护与阴极保护联合应用，既可弥补保护层的不足，又能大幅度降低阴极保护的电能消耗，得到良好的保护效果。

（4）改良土壤环境　采用回填改土的方法，降低局部范围土壤的腐蚀性，可以明显减轻小型构件的土壤腐蚀。如酸性土中加入石灰石，向构件周围移入腐蚀性小的土壤，降低地下水位等都有显著效果。

（5）控制微生物腐蚀　设法创造不利于微生物生长繁殖的环境，将微生物腐蚀的危害降低，从而避免地下金属构件发生微生物腐蚀。为此，可采取多种措施，除上述诸项外还可以通过投加杀菌剂，采用锌、镉、铬镀层以防止菌类附着，改善土壤条件如提高pH值、改进通气条件等，消除或控制菌类营养源等措施来防止金属的微生物腐蚀。

土壤导电性与腐蚀性的关系分析

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