土壤加速腐蚀实验装置及实验方法与流程

本发明涉及土壤腐蚀性测试技术领域，特别是涉及一种土壤加速腐蚀实验装置及实验方法。

背景技术：

金属在土壤中的腐蚀是金属严重的腐蚀问题之一。埋设在地下的各种金属构件，如地下通信设备、变电站接地网设备以及各种地下水管、煤气管、输油输气管等都在不断地遭受着土壤腐蚀，引起油、气、水的外泄，甚至引起水灾、环境污染等问题，给社会带来了巨大的经济损失。因而，研究材料的土壤腐蚀过程及其控制问题具有重要的现实意义。

目前常规的土壤腐蚀方法主要有室外现场埋片实验法和实验室模拟加速法两大类。对于常规的在自然条件下获得具有代表性的土壤腐蚀数据，土壤中试片的腐蚀周期通常都在5～10年。这样长时间检验方法决定了试片检验的次数是有限的，很难保证实验的检测结果和腐蚀数据的可靠性，对于验收产品、评价材料的耐蚀性来说都是很不可取的。在实验室土壤环境中进行人工加速腐蚀实验，可以缩短得出结果的时间，但目前已公开的土壤加速腐蚀实验装置，仅能对实验土壤的温度和湿度进行调节，限制了土壤腐蚀的研究；且目前的土壤腐蚀实验装置在同一实验箱内同时进行多种接地材料的土壤加速腐蚀实验时，不同样品的腐蚀产物会造成土壤污染，难以保证实验环境的统一。

技术实现要素：

鉴于上述状况，本发明的目的在于提供一种土壤加速腐蚀实验装置及实验方法，以解决现有技术土壤腐蚀研究受到限制，以及不同样品的腐蚀产物会造成土壤污染，影响实验环境的问题。

一种土壤加速腐蚀实验装置，包括供气系统、实验系统和喷淋补液系统，所述实验系统包括实验箱体、设于所述实验箱体底部的通气装置以及设于所述实验箱体顶部的密封盖板，所述通气装置由多个侧壁开有通孔的空心隔板连通构成，相邻的所述空心隔板之间用于存放实验土壤以及试片，所述通气装置的底部设有进气口，所述供气系统用于向所述实验箱体提供浓度可调节的氧气，所述喷淋补液系统用于对所述实验土壤进行补液，以调节所述实验土壤的含水率。

上述土壤加速腐蚀实验装置的实验方法，包括：

测量所述试片的初始重量；

将所述实验土壤放入相邻的所述空心隔板之间，并将所述试片插入所述实验土壤中，使所述实验土壤完全覆盖所述试片，盖上所述密封盖板，通过所述供气系统向所述实验箱体输送浓度可调节的氧气，并按照预设条件进行土壤加速腐蚀实验；

完成土壤加速腐蚀实验后，取出所述试片。

相比现有技术，本发明提供的土壤加速腐蚀实验装置及实验方法至少具有以下有益效果：

1)通过气体流量控制装置控制进入实验箱体的氮气和氧气的比例，可以调节实验土壤中的氧浓度，达到加速土壤腐蚀过程的目的，并且通过该实验装置可以对不同氧浓度下多种接地材料的土壤腐蚀的研究，有利于土壤腐蚀的研究；

2)通气装置由多个通气隔板连通构成，通气隔板上均匀的开有通气通孔，能够保证通入的气体在土壤中均匀分布，有利于维持试片周围土壤温度、氧浓度的恒定；

3)通气隔板将实验箱体分割为多个独立的腐蚀区域，不同区域可以同时进行多种接地材料的土壤加速腐蚀实验，避免了腐蚀产物在土壤中的相互扩散和不同材料间电偶腐蚀作用对土壤腐蚀过程的影响。

此外，本发明提供的土壤加速腐蚀实验装置还具有以下技术特征：

进一步的，所述供气系统包括氧气瓶、氮气瓶及气体控制装置，所述气体流量控制装置用于控制所述氧气瓶输送的氧气以及所述氮气瓶输送的氮气的比例，以调节氧气的浓度，浓度调节后的氧气通过所述进气口进入所述实验箱体内。

进一步的，所述供气系统还包括三通管道和输气管，所述输气管的一端通过所述三通管道分别与所述氧气瓶和所述氮气瓶连接，所述输气管的另一端与所述进气口连接，所述气体流量控制装置包括设于所述氧气瓶与所述三通管道之间的气体流量阀和转子流量计、以及设于所述氮气瓶与所述三通管道之间的气体流量阀和转子流量计。

进一步的，所述供气系统还包括加热炉，所述加热炉连接在所述三通管道与所述输气管之间，所述氧气瓶提供的氧气和所述氮气瓶提供的氮气在所述三通管道混合后，通过所述加热炉进行加热，加热后的混合气体通过所述输气管进入所述进气口。

进一步的，所述实验箱体还包括温湿度传感器和电子探头，所述温湿度传感器和所述电子探头电性连接，所述电子探头插入所述实验土壤中，所述温湿度传感器用于对所述实验土壤的温度和湿度进行实时监测。

进一步的，所述空心隔板的通孔内安装有隔离纱布。

进一步的，所述喷淋补液系统包括喷淋装置、抽水泵和储液箱，所述喷淋装置固定在所述密封盖板上，所述抽水泵分别与所述喷淋装置和所述储液箱连接，所述储液箱用于存储蒸馏水或者盐类溶液。

此外，本发明提供的土壤加速腐蚀实验装置的实验方法还具有以下技术特征：

进一步的，测量所述试片的初始重量的步骤之前，所述实验方法还包括：

使用砂纸所述试片进行打磨，打磨后的试片先用蒸馏水冲洗，然后用无水乙醇清洗后烘干。

进一步的，将所述实验土壤放入相邻的所述空心隔板之间的步骤具体包括：

将所述实验土壤置于的烘箱中烘干，研磨粉碎后过筛，然后均匀的将过筛后的实验土壤填埋至相邻的所述空心隔板之间，通过所述喷淋补液系统往实验土壤中补加实验溶液，以使实验土壤的含水率达到预设值，再将实验土壤搅拌均匀后待用。

进一步的，将所述试片插入所述实验土壤中的步骤中，使所述试片各方向的实验土壤的厚度≥50mm。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的土壤加速腐蚀实验装置的结构示意图；

图2是图1中通气装置的侧视结构示意图；

图3是图1中通气装置的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施例提供了一种土壤加速腐蚀实验装置，包括供气系统、实验系统和喷淋补液系统。

请参阅图1至图3，所述实验系统包括实验箱体11、设于所述实验箱体11底部的通气装置12以及设于所述实验箱体11顶部的密封盖板13，所述通气装置12由多个侧壁开有通孔的空心隔板121连通构成，相邻的所述空心隔板121之间用于存放实验土壤40以及试片50，所述通气装置12的底部设有进气口14。具体的，所述实验箱体11的上方设有出气口15。可选的，所述实验箱体11外部设有保温层，提供保温效果。所述空心隔板121的通孔内可以安装有隔离纱布18，以防止实验土壤40进入通气装置12，能够保证通入气体在土壤中均匀分布，有利于维持试片周围土壤温度、氧浓度的恒定。通孔的形状优选为圆形，气体能够从通气装置12侧壁的圆形通孔中均匀细致的流入实验土壤40，保证土壤温度和氧浓度的恒定。

所述供气系统用于向所述实验箱体11提供浓度可调节的氧气。

作为一种可选的实施方式，所述供气系统包括氧气瓶21、氮气瓶22、气体流量控制装置、三通管道23和输气管24，所述气体流量控制装置用于控制所述氧气瓶21输送的氧气以及所述氮气瓶22输送的氮气的比例，以调节氧气的浓度，浓度调节后的氧气通过所述进气口14进入所述实验箱体11内。

所述输气管24的一端通过所述三通管道23分别与所述氧气瓶21和所述氮气瓶22连接，所述输气管24的另一端与所述进气口14连接。

所述气体流量控制装置具体包括设于所述氧气瓶21与所述三通管道23之间的气体流量阀25和转子流量计26、以及设于所述氮气瓶22与所述三通管道23之间的气体流量阀27和转子流量计28。

所述供气系统还可以包括加热炉29，所述加热炉29连接在所述三通管道23与所述输气管24之间，所述氧气瓶21提供的氧气和所述氮气瓶22提供的氮气在所述三通管道23混合后，通过所述加热炉29进行加热，加热后的混合气体通过所述输气管24进入所述进气口14。优选的，加热炉29可以采用管式加热炉，并在加热炉29的外部裹一层隔热套，保证加热效果。

所述喷淋补液系统用于对所述实验土壤40进行补液，以调节所述实验土壤40的含水率。

具体的，所述喷淋补液系统包括喷淋装置31、抽水泵32和储液箱33，所述喷淋装置31固定在所述密封盖板13上，所述抽水泵32分别与所述喷淋装置31和所述储液箱33连接，所述储液箱33用于存储蒸馏水或者盐类溶液，从而模拟实际的降雨过程。

本实施例中，所述实验箱体还包括温湿度传感器16和电子探头17，所述温湿度传感器16和所述电子探头17电性连接，所述电子探头17插入所述实验土壤40中，所述温湿度传感器16用于对所述实验土壤40的温度和湿度进行实时监测。

本发明的另一实施例还提供了上述土壤加速腐蚀实验装置的实验方法，至少包括步骤1～3：

步骤1，测量所述试片的初始重量；

其中，在测量所述试片的初始重量的步骤之前，所述实验方法还可以包括：

试片的处理：使用砂纸所述试片进行打磨，打磨后的试片先用蒸馏水冲洗，然后用无水乙醇清洗后烘干，烘干后可以放入干燥器中备用。具体的，土壤腐蚀用试片的尺寸为50mm×25mm×3mm，试片在进行土壤加速腐蚀实验前用280#砂纸进行打磨，打磨后的试片先用蒸馏水冲洗，然后用无水乙醇清洗后烘干，放入干燥器中备用。特别的，对于镀锌钢、铜包钢等具有金属覆层的试片需用环氧树脂对试片四周进行封边，环氧树脂的厚度为2～5mm，以避免暴露基材引起的电偶腐蚀对实验结果产生影响。试片埋入土壤前记录其原始质量，每组实验的材料平行试样为3个，

步骤2，将所述实验土壤放入相邻的所述空心隔板之间，并将所述试片插入所述实验土壤中，使所述实验土壤完全覆盖所述试片，盖上所述密封盖板，通过所述供气系统向所述实验箱体输送浓度可调节的氧气，并按照预设条件进行土壤加速腐蚀实验；

其中，将所述实验土壤放入相邻的所述空心隔板之间的步骤具体包括：

土壤的处理：将所述实验土壤置于的烘箱中烘干，研磨粉碎后过筛，然后均匀的将过筛后的实验土壤填埋至相邻的所述空心隔板之间，通过所述喷淋补液系统往实验土壤中补加实验溶液，以使实验土壤的含水率达到预设值，再将实验土壤搅拌均匀后待用。具体的，实验用的土壤使用前置于110℃的烘箱中烘干6h，研磨粉碎后过20目筛(0.5-1mm)，然后均匀的将实验土壤填埋至实验箱体约1/2的位置，通过补液装置往土壤中补加实验溶液至规定含水率，将土壤搅拌均匀后待用。

实验过程中实验土壤必须完整覆盖试片，并在土壤下至少50mm，试样各方向土壤厚度均应≥50mm，以保证有足够的土壤介质维持腐蚀进行。埋设完试片后，盖紧实验箱体的密封盖板。优选的，当有多个试片同时进行实验时，试片平行埋设于实验土壤中，且所有试片埋设于土壤中的高度需保持一致。

在确定好实验土壤的温度、含水率、氧浓度等参数后。通过控制气体流量阀将氮气和氧气按比例混合，混合后的气体通过加热炉进行加热后通入位于实验箱体底部的通气装置，对土壤温度和氧浓度进行调节。当水分蒸发导致土壤含水率降低时，可通过喷淋装置对土壤进行补液，维持土壤含水率的恒定。

步骤3，完成土壤加速腐蚀实验后，取出所述试片。

其中，在完成规定的腐蚀周期后，取出试片，具体可以通过试片的腐蚀失重计算所述实验土壤的腐蚀速率。进一步的，还可以采用sem、xrd等分析技术对试样的腐蚀产物进行综合分析，再按照gb/t16545清除试片表面的腐蚀产物，以3个平行试片单位面积上的平均失重计算腐蚀速率，从而对接地材料在土壤中的耐腐蚀性能做出更准确的评价。

根据本实施例提供的土壤加速腐蚀实验装置及实验方法，通过气体流量控制装置控制进入实验箱体的氮气和氧气的比例，可以调节实验土壤中的氧浓度，达到加速土壤腐蚀过程的目的，并且通过该实验装置可以对不同氧浓度下多种接地材料的土壤腐蚀的研究，有利于土壤腐蚀的研究；其中，通气装置由多个通气隔板连通构成，通气隔板上均匀的开有通气通孔，能够保证通入的气体在土壤中均匀分布，有利于维持试片周围土壤温度、氧浓度的恒定；通气隔板将实验箱体分割为多个独立的腐蚀区域，不同区域可以同时进行多种接地材料的土壤加速腐蚀实验，避免了腐蚀产物在土壤中的相互扩散和不同材料间电偶腐蚀作用对土壤腐蚀过程的影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。