專利名稱：一種研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤腐蝕的研究方法，具體地說是一種在實驗室模擬野外實地土壤環(huán)境并研究其腐蝕特性的方法。
背景技術(shù)：
土壤腐蝕的試驗方法主要包括室外現(xiàn)場埋片試驗和室內(nèi)模擬試驗兩類。室外現(xiàn)場埋片試驗是最可靠的方法，數(shù)據(jù)客觀、真實，但缺點是周期長，得到數(shù)據(jù)有限、數(shù)據(jù)分散；室內(nèi)模擬試驗數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，但由于我國土壤種類繁多，不同土壤介質(zhì)間的條件差異較大，要取到各種理化性質(zhì)的土樣在實驗室進行研究有一定的難度。目前也有人采用土壤浸出液或者模擬溶液進行土壤腐蝕特性的研究，其特點是試驗周期短，重現(xiàn)性好，但不能完全反應土壤真實情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其能夠真實地模擬材料在實際土壤環(huán)境中遭受腐蝕的情況，用于研究各種土壤環(huán)境的腐蝕機理，以及為耐土壤腐蝕材料的評價提供快速、簡便的試驗手段。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其包括以下步驟
1)基底土樣預處理將基底土樣按水土體積比3 8:1的比例用除鹽水浸泡，靜置24小時后將上清液倒掉，重復4飛次，以除去基底土樣中原有的鹽分，然后放在烘箱內(nèi)在105 110°C的恒溫下烘36h 48h直至恒量；
2)模擬土壤理化性質(zhì)
a)pH值模擬首先，進行小試試驗，取3(T50g經(jīng)步驟I)預處理后的基底土樣，按水土體積比2:1的比例加入除鹽水，用移液管吸取lmol/L的NaOH或者H2SO4溶液加入基底土樣中，用玻棒攪拌均勻后，采用HANNA原位土壤pH計檢測pH值，如果數(shù)值偏離較大，重新調(diào)整酸或堿加入量，繼續(xù)檢測，當PH值在目標土壤pH值附近時，用移液管吸取磷酸鹽緩沖溶液KH2P03+K2HP(US續(xù)調(diào)節(jié)；最后，根據(jù)小試試驗結(jié)果，確定將經(jīng)步驟I)預處理后的基底土樣調(diào)整至目標土壤PH值所需的緩沖溶液和NaOH或H2SO4的量，然后，用移液管量取，溶于該試驗所需要的除鹽水中，攪拌后加入步驟I)預處理后的基底土樣中，并用土鏟混合均勻，穩(wěn)定后測定pH值；
b)總含鹽量及各離子含量模擬根據(jù)試驗需用基底土樣的質(zhì)量計算相應含水率條件下所需除鹽水的質(zhì)量，考慮到在水土混合過程中有水分散失，同時需額外加入蒸發(fā)損失量，配制相應含水率條件下的除鹽水，往該除鹽水中加入NaCl、Na2SO4和NaNO3，使除鹽水中的總含鹽量及各離子含量符合目標土壤的相應指標；
土壤中常見的陽離子主要就是K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子，陰離子主要是Cl'SO42'NO3'HCO3' CO廣等離子。因為陰離子在土壤腐蝕起主要作用，所以離子含量模擬以模擬陰離子為主，考慮到HC03_、C032_受空氣影響比較大，其本身對PH值有較大影響，所以離子含量模擬以 Cl'SO42'NO3-為主；
c)含水率模擬將加入各種離子的除鹽水均勻噴在試驗用基底土樣上，并混合均勻，得到相應的含水率的模擬土壤；
d)孔隙率模擬首先，根據(jù)目標土壤的孔隙率以及模擬土壤的真密度，計算得出相應孔隙率下模擬土壤的體積；然后，將配制完成的模擬土壤放入帶有刻度的試驗裝置中，采用橡皮錘捶打，壓縮至相應刻度；
e)溫度的模擬將試驗裝置放入恒溫箱中，調(diào)節(jié)試驗溫度；
3)埋片法測定腐蝕速率在配制完成的模擬土壤中埋試片一段時間后取出觀察腐蝕形貌，測定平均腐蝕速率。本發(fā)明提出采用實驗室配土進行腐蝕的研究，即選取合適的基底土壤，按真實土壤的理化性質(zhì)進行模擬，用于腐蝕試驗。實驗室配土在腐蝕因素范圍選擇上具有較大自由度，可以充分模擬各種極端環(huán)境下的腐蝕情況。作為上述技術(shù)方案的進一步補充
步驟I)所述的基底土樣為自然界常見土壤或采用工業(yè)深加工土樣，如高嶺土。步驟2)所述的總含鹽量需要將調(diào)節(jié)pH值所用的硫酸或氫氧化鈉和緩沖溶液相應的貢獻量計算在內(nèi)。步驟2)所述的含水量需考慮到水分蒸發(fā)損失量，計算式為含水量=基底土樣質(zhì)量X含水率X蒸發(fā)系數(shù)，蒸發(fā)系數(shù)為f1. 25。步驟2)所述埋片法所用的埋片試驗裝置為燒杯。步驟3)所述的試片需要預處理，試驗前用200IT800#水磨砂紙逐級打磨，然后用丙酮除油，酒精沖洗，干燥備用。步驟3)所述的埋片法為首先在燒杯底部填埋2 4cm厚度的模擬土壤，夯實之后，將2 4片碳鋼腐蝕試片并行或?qū)ΨQ排列，放置在同一高度位置上，并垂直插入模擬土壤之中；試片與試片之間的距離以及試片與坑邊的距離范圍為f2cm ;然后再添加:T5cm厚度的模擬土壤，再夯實，繼續(xù)按規(guī)定埋下一組試片；待埋片數(shù)量達到要求之后，在其上覆土，高度在3 7cm之間；最后用封口膜將燒杯封好，防止水分散失，并留出少量小孔，用于通氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明原理簡單，操作方便，可以在實驗室條件下模擬材料在酸性土壤、濱海鹽土、重工業(yè)污染區(qū)土壤等各類土壤腐蝕環(huán)境區(qū)域的腐蝕過程，所得數(shù)據(jù)快速、真實、有效。(2)實驗室配土在腐蝕因素范圍選擇上具有較大自由度，可以充分模擬各種極端環(huán)境下的腐蝕情況。(3)通過試驗參數(shù)和過程控制，可以在實驗室開展各種材料在土壤中腐蝕模擬加速試驗，可以在較短的時間取得大量科學合理的試驗數(shù)據(jù)，為研究材料的土壤腐蝕提供了便捷的試驗方法。


圖1為舟山濱海鹽土對試片的腐蝕形貌圖。
圖2為舟山濱海鹽土的模擬土壤對試片的腐蝕形貌圖。圖3為富陽徐家變紅壤對試片的腐蝕形貌圖。圖4為富陽徐家變紅壤的模擬土壤對試片的腐蝕形貌圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例 1:實驗室模擬舟山濱海鹽土(即舟山濱海鹽土為目標土壤)
1.配土預處理
將高嶺土按水土體積比5:1的比例用除鹽水浸泡，靜置24小時后將上清液倒掉，重復5次，然后放在烘箱內(nèi)在溫度105 110°C的恒溫下烘約40h至恒量。2.模擬理化性質(zhì)
2.1 pH值模擬
根據(jù)小試試驗，配制PH7.84，需加lmol/L NaOH 112ml+磷酸鹽緩沖溶液(KH2P03+K2HP03) (pH7.8) 40ml，用移液管量取，溶于該試驗需要的相應除鹽水中，然后用噴壺均勻噴在高嶺土上，并用土鏟混合均勻，穩(wěn)定24h，測得pH值為7.76。2.2總含鹽量及各離子含量模擬
目標土壤舟山濱海鹽土指標見表I，試驗需用高嶺土的質(zhì)量6000g,考慮到NaOH與磷酸鹽緩沖溶液(ΚΗ2Ρ03+Κ2ΗΡ03)含鹽量為2.58g，通過計算，需另加NaCl 10.2g。2.3含水率模擬
根據(jù)試驗需用高嶺土的質(zhì)量6000g，含水率20%計算相應水平下所需除鹽水的質(zhì)量為6000 X 20%X1.l=1320g，減去112mlNa0H與40ml磷酸鹽緩沖溶液，實際需加除鹽水1168ml。將加入各種離子的除鹽水用噴壺均勻噴在高嶺土上，并用土鏟混合均勻，就可以得到相應的含水率。
2.4孔隙率模擬
目標土壤舟山濱海鹽土的孔隙率為20.39%，模擬土壤的真密度為1.75X 103kg/m3。計算得出，相應孔隙率下模擬土壤的體積為4.32L。試驗裝置底面積為:0.0254m2，需要將土樣壓縮至0.170m的高度，采用橡皮錘捶打，最終壓縮至0.180m。2.5溫度的模擬:將試驗裝置放入恒溫箱中，調(diào)節(jié)試驗溫度為18°C。配土后實際測定理化性質(zhì)見表1，與目標土壤比較接近。表1:舟山濱海鹽土與高嶺土配土(即模擬土壤)理化性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其包括以下步驟: 1)基底土樣預處理:將基底土樣按水土體積比3 8:1的比例用除鹽水浸泡，靜置24小時后將上清液倒掉，重復4飛次，以除去基底土樣中原有的鹽分，然后放在烘箱內(nèi)在105 110°C的恒溫下烘36 48h直至恒量； 2)模擬土壤理化性質(zhì): a)pH值模擬:首先，進行小試試驗，取3(T50g經(jīng)步驟I)預處理后的基底土樣，按水土體積比2:1的比例加入除鹽水，用移液管吸取lmol/L的NaOH或者H2SO4溶液加入基底土樣中，用玻棒攪拌均勻后，采用HANNA原位土壤pH計檢測pH值，如果數(shù)值偏離較大，重新調(diào)整酸或堿加入量，繼續(xù)檢測，當PH值在目標土壤pH值附近時，用移液管吸取磷酸鹽緩沖溶液KH2P03+K2HP(US續(xù)調(diào)節(jié)；最后，根據(jù)小試試驗結(jié)果進行放大，確定將經(jīng)步驟I)預處理后的基底土樣調(diào)整至目標土壤PH值所需的緩沖溶液和NaOH或H2SO4的量，然后用移液管量取，溶于該試驗所需要的除鹽水中，攪拌后加入步驟I)預處理后的基底土樣中，并用土鏟混合均勻，穩(wěn)定后測定pH值； b)總含鹽量及各離子含量模擬:根據(jù)試驗需用基底土樣的質(zhì)量計算相應含水率條件下所需除鹽水的質(zhì)量，考慮到在水土混合過程中有水分散失，同時需額外加入蒸發(fā)損失量，配制相應含水率條件下的除鹽水，往該除鹽水中加入NaCl、Na2SO4和NaNO3,使除鹽水中的總含鹽量及各離子含量符合目標土壤的相應指標； c)含水率模擬:將加入各種離子的除鹽水均勻噴在試驗用基底土樣上，并混合均勻，得到相應的含水率的模擬土壤； d)孔隙率模擬:首先，根據(jù)目標土壤的孔隙率以及模擬土壤的真密度，計算得出相應孔隙率下模擬土壤的體積；然后，將配制完成的模擬土壤放入帶有刻度的試驗裝置中，采用橡皮錘捶打，壓縮至相應刻度；` e)溫度的模擬:將試驗裝置放入恒溫箱中，調(diào)節(jié)試驗溫度； 3)埋片法測定腐蝕速率:在配制完成的模擬土壤中埋試片一段時間后取出觀察腐蝕形貌，測定平均腐蝕速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟I)所述的基底土樣為自然界常見土壤或采用工業(yè)深加工土樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟I)所述的基底土樣為高嶺土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟2)所述的總含鹽量需要將調(diào)節(jié)PH值所用的硫酸或氫氧化鈉和緩沖溶液相應的貢獻量計算在內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟2)所述的含水量需考慮到水分蒸發(fā)損失量，計算式為:含水量=基底土樣質(zhì)量X含水率X蒸發(fā)系數(shù)，蒸發(fā)系數(shù)為廣1.25。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟2)所述埋片法所用的埋片試驗裝置為燒杯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟3)所述的埋片法為:首先在燒杯底部填埋2 4cm厚度的模擬土壤，夯實之后，將2 4片碳鋼腐蝕試片并行或?qū)ΨQ排列，放置在同一高度位置上，并垂直插入模擬土壤之中；試片與試片之間的距離以及試片與坑邊的距離范圍為1~2cm ;然后再添加3~5cm厚度的模擬土壤，再夯實，繼續(xù)按規(guī)定埋下一組試片；待埋片數(shù)量達到要求之后，在其上覆土，高度在3 7cm之間；最后用封口膜將燒杯封好，防止水分散失，并留出少量小孔，用于通氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法，其特征在于:步驟3)所述的試片需要預處理，試驗前用200#~800#水磨砂紙逐級打磨，然后用丙酮除油，酒精沖洗，干燥備用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種研究土壤腐蝕特性的實驗室模擬方法。由于我國土壤種類繁多，不同土壤介質(zhì)間的條件差異較大，要取到各種理化性質(zhì)的土樣在實驗室進行研究有一定的難度。本發(fā)明采用以下步驟基底土樣預處理；模擬土壤理化性質(zhì)pH值模擬、總含鹽量及各離子含量模擬、含水率模擬、孔隙率模擬、溫度的模擬；埋片法測定腐蝕速率。本發(fā)明通過選取合適的基底土樣，在實驗室配土控制試驗參數(shù)及過程，可以模擬多種材料在酸性土壤、濱海鹽土、重工業(yè)污染區(qū)土壤等各類土壤腐蝕環(huán)境區(qū)域的腐蝕過程。模擬土壤在腐蝕因素范圍選擇上具有較大自由度，因此可以充分模擬各種極端環(huán)境下的腐蝕情況，所得數(shù)據(jù)快速、真實、有效。
文檔編號G01N17/00GK103076438SQ20131000850
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者陳建偉, 錢洲亥, 祝酈偉, 沈曉明, 周海飛 申請人:浙江省電力公司電力科學研究院, 浙江電力化學技術(shù)有限公司, 國家電網(wǎng)公司