DB21∕T 3355-2020 水利水电工程土壤对钢结构腐蚀性检测技术规范(辽宁省)

ICS19.020CCSP25DB21辽宁省地方标准DB21/T3355—2020水利水电工程土壤对钢结构腐蚀性检测技术规范2020-12-30发布2021-01-30实施辽宁省市场监督管理局发布 DB21/T3355—2020目次前言................................................................................II1范围..............................................................................12规范性引用文件....................................................................13术语和定义........................................................................14符号..............................................................................25一般规定..........................................................................26土壤视电阻率......................................................................37土壤pH值.........................................................................48土壤氧化还原电位..................................................................49土壤极化电流密度..................................................................610质量损失.........................................................................7附录A（规范性）土壤视电阻率测试方法..................................................9I DB21/TXXXXX—XXXX前言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由辽宁省水利厅提出并归口。本文件起草单位：辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司、沈阳兴禹水利建设工程质量检测有限公司、大连理工现代工程检测有限公司、辽宁生态工程职业学院、辽宁省东煤测试分析研究院有限责任公司、丹东市水利勘测设计研究院。本文件主要起草人：杨冬鹏、张巍、鲍立新、徐驰、王铁、周奇、贺威、王茺、王凤霞、赵玉权、王希友、佟胤铮、孙锡荣、关春先、许强、王多姿、金亮、李静、任众、孟兆武、谷城、张迪、钟锁蓝、王琳、张宜洪、马秀梅、高良艳、张霁宇、曹卫东、王馨雪、付长剑、王役民、王浩宇、张宝军、王旭东、王红霞、董冰、鲁远杰、王浩燃、王福峰、高洋洋、魏国、纪云静、贾永革、李伟、曲瑞、那晶、刘同旭、张娜、张瑾。请注意，本文件某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本标准发布实施后，任何单位和个人如有问题和意见建议，均可以通过来电和来函等方式进行反馈，我们将及时答复并认真处理，根据实际情况依法进行评估及复审。归口管理部门通信地址：沈阳市和平区十四纬路5号，联系电话：024-62181315标准起草单位通信地址：沈阳市和平区光荣街68号，联系电话：024-23863890II DB21/T3355—2020水利水电工程土壤对钢结构腐蚀性检测技术规范1范围本文件规定了水利水电工程土壤对钢结构腐蚀性检测项目为视电阻率、pH值、氧化还原电位、极化电流密度及质量损失。本文件适用于水利水电工程土壤对钢结构腐蚀性检测，其他行业土壤对钢结构腐蚀性检测可参照本文件执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB50021-2001（2009版）岩土工程勘察规范GB/T19285-2014埋地钢质管道腐蚀防护工程检验HJ746-2015土壤氧化还原电位的测定电位法SL326水利水电工程物探规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件3.1土壤电阻率soilresistivity单位长度的土壤电阻的平均值与截面面积乘积，单位是Ω·m。3.2土壤视电阻率soilapparentresistivity在地下介质电阻率不均匀的情况下，用均匀介质的电阻率理论表达式计算得到的等效电阻率值。其数值与介质电阻率、介质形态和观测条件有关，单位是Ω·m。3.3氧化还原电位redoxpotential惰性电极置于含有氧化剂或还原剂的湿润土壤中，在它的氧化态与还原态之间建立平衡时的电位，单位是mV。3.4参比电极referenceelectrode在湿润土壤中，具有稳定可再现电位的电极，在测量其他电极电位值时用以作为参照。3.5电极电位electrodepotential与同一电解质接触的电极和参比电极间，在外电路中测得的电压，单位是mV。1 DB21/T3355—20203.6极化电流密度polarizedcurrentdensity由于电流的流动引起土壤中电解质界面电位的偏移称为极化，极化产生的电流在单位截面面积的通2过量称为极化电流密度，单位是mA/cm。3.7质量损失massloss当土壤对钢结构腐蚀到一定程度的时候，钢材的表面就产生层腐蚀物质，它在一定程度上保护了继续腐蚀的可能性，我们把这个腐蚀的程度，叫做质量的损失，单位是g。3.8测线detectingline在被测构件表面按一定方向布置的测点组成的线。3.9测点detectingpoint测区内或测线上的检测点。3.10不扰动土样undisturbedsoilsample原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求的土样。4符号下列符号适用于本文件。E氧化还原电位Idt电流密度△M质量损失ρ视电阻率5一般规定5.1采样5.1.1仪器和设备a）常规土壤试样采取的仪器、设备及采样方法应按GB50021中相关规定执行；b）特殊土壤试样采取的仪器设备需满足试样要求。5.1.2采样原则、数量及规格a）如无特殊说明应采取不扰动土样；b）应在钢结构所在的位置及深度采取，并应保证涵盖工区内所有不同种类的土壤；如不能确定回填土的种类，则应对每种可能的回填土进行采样；c）应在地下水位线以上的土壤中采取；d）每种类型的采样数量不应少于3件，如同类型土壤中盐类成分或含量分布不同时，应分区、分层取样，每层不应少于2件；如工程有特殊要求，则按照工程要求进行取样。2 DB21/T3355—20205.1.3封存与标记a）采样完成后应立即密封；b）密封后应做好标记，标记内容宜包括：工程名称、采样单位、编号、土壤类别、采样地点、采样深度、采样时间及试样测试项目等。5.2原位测试5.2.1仪器和设备a）仪器性能及精度等相关要求应符合相关规范中的相关规定；b）特殊设备应满足测试的相关要求。5.2.2测试原则a）原位测试时气温及土壤温度应在测试仪器设备允许工作温度范围内，且不应在气温低于0℃时进行；b）工作温度不满足要求时，应采取保温措施，使土壤温度满足测试要求；c）原位测试宜在钢结构所在的位置及深度进行。不能在钢结构所在的位置及深度进行测试时，应选择与钢结构所在的位置及深度成分相同的土壤中进行测试；d）原位测试应涵盖工区内所有不同种类的土壤；e）原位测试前应清除测试土壤中的石头、树根等大颗粒杂质、平整测试面且不应人为降低或提高土壤含水量；f）每种类型的土壤原位测试点数不应少于3个。5.2.3数据处理a）原位测试得到的数据应进行记录并整理；b）原位测试得到的数据应按相关参数的计算方法进行后期处理。6土壤视电阻率6.1测试方法a）土壤视电阻率的测试方法采用GB50021—2001（2009版）中规定的四极法，四极法可分为四极等距法和四极不等距法；b）四极等距法适用于深度不大于20m的土壤视电阻率测试；c）四极不等距法适用于深度大于20m的土壤视电阻率测试。6.2仪器设备a）测试仪器可采用接地电阻测量仪、直流电法仪进行测试；b）测量电极应采用铜质电极，供电电极可选用铜、钢或铁质电极。6.3测线及电极布置a）测线为一条直线且宜布置在地势平坦的区域，不宜布置在地表积水、松散残积土或地表土层被压实的场地、路面等区域；b）电极沿测线布置，入土深度应小于测量电极间距的1/20，且电极应插牢，不能松动，电极入土3 DB21/T3355—2020尖端不应有石头、树根等。6.4测试步骤a）在选好的测量点按要求布置电极，连接测试仪器，并按要求设置数据采集参数，测试方法见附录A；b）按仪器说明书进行测试并记录测试数据，每个测点重复测试不应少于3次；c）多次测试数据最大偏差不应大于1%。6.5计算方法a）多层土壤应计算多层土壤视电阻率；b）土壤视电阻率应进行温度修正；c）测试数据计算方法见附录A。7土壤pH值7.1一般规定本文件规定内容为土壤中pH值原位测试方法。室内测试可参照执行，试样规格不应小于500mm×100mm（直径×长度）。7.2仪器和设备a）pH计：测量范围（0～14）pH，基本误差±0.03pH；b）电极：5支pH玻璃电极和1支氯化钾甘汞电极。7.3测试步骤a）平整测试场地，每个测试点应为不小于半径200mm的圆形测试面；b）检查pH计、电极是否存在问题；pH计在连续测定5～6个样品后或闲置1周以上时，应校正一次，并将测量探头浸泡于饱和氯化钾溶液中浸泡1～2h，再进行使用；c）将氯化钾甘汞电极插在测试土壤中，并以氯化钾甘汞电极为中心200mm为半径的圆周上按5等分插入5支pH玻璃电极，电极插入深度不应小于30mm；d）待电极平衡10min后，将氯化钾甘汞电极接pH计负极，pH玻璃电极接pH计正极；e）仪器连接完成后打开仪器，分别测量5支pH玻璃电极的pH值并记录，取平均值即为所测土壤的pH值。f）检测过程应注意：1）测试点土壤表面应清理平整，无石块等大颗粒杂质；2）电极应插牢，不能松动；3）每测试完一个样品，需要用去离子水将饱和氯化钾甘汞电极和锥形玻璃电极表面的颗粒冲洗干净，并用滤纸将吸附的水吸干。8土壤氧化还原电位8.1一般规定土壤氧化还原电位的原位测试宜采用铂电极法。室内测试可参照执行，其试样规格不应小于5004 DB21/T3355—2020mm×100mm（直径×长度）。8.2仪器及设备a）电位计：输入阻抗不小于10GΩ，灵敏度1mV；b）氧化还原电极：铂金电极5支；c）参比电极：氯化钾甘汞电极；d）温度计：灵敏度为±1℃。8.3测试步骤a）平整测试场地，每个测试点应为不小于半径200mm的圆形测试面；b）检查电位计、电极是否存在问题；c）将氯化钾甘汞电极插在测试土壤中，并以氯化钾甘汞电极为中心200mm为半径的圆周上按5等分插入5支铂金电极，电极插入深度不应小于30mm；d）待电极平衡1h后，将氯化钾甘汞电极接电位计负极，铂金电极接电位计正极；e）仪器连接完成后打开仪器，分别测量5支铂金电极的氧化还原电位，同时测量氯化钾甘汞电极处的温度，并记录测量数据。f）检测过程应注意：1）新的铂电极在使用前应进行表面处理，将铂电极侵入丙酮中浸泡10min，脱脂后用水清洗，再浸入0.2mol/LHCl+0.1mol/LNaCl溶液中，加热至微沸，加入少量固体Na2SO3（0.2g/100mL）继续加热30min，取出用清水冲洗电极3～5次，将电极放入氧化-还原电位测定仪浸泡液中待用；2）同一支铂金电极应在测定每个样品后对电极进行清洗净化，必要时，将电极放置于饱和氯化钾溶液中浸泡，待参比电极恢复原状后方可使用；3）如果土壤水分含量低于5%，可适当缩短铂金电极与参比电极间的距离，以减小电路中的电阻；4）铂金电极每次使用前都要检查电极是否损坏或污染，如被沾污，可用棉布轻擦，然后用蒸馏水冲洗；5）铂金电极每次使用前应用氧化还原缓冲液检查其响应值，如其测定电位值与标准氧化还原缓冲液的电位差大于10mV，应进行净化或更换。参比电极也要检测，可进行相互检测，但至少需要3个参比电极轮流连接，当其中1个电极的读数与其它电极读数差大于10mV时，可视为电极有缺陷，应弃用。氧化还原缓冲液的制备按HJ746—2015中相关要求执行，标准氧化还原缓冲液电位参见HJ746—2015中附录B。8.4结果计算土壤的氧化还原电位（mV）按式（1）计算。Eh=Em+Er…………………………（1）式中：Eh换算为标准氢电极电位后的氧化还原电位，单位为毫伏（mV）；Em测试所得平均氧化还原电位，单位为毫伏（mV）；Er氯化钾甘汞电极氧化还原电位，单位为毫伏（mV）。氯化钾甘汞电极氧化还原电位在不同温度下有些差异，见表1。5 DB21/T3355—2020为了可以统一比较，氧化还原电位一般均需进行pH校正。其校正方法按式（2）计算。Eh7=Eh+60（pH–7）…………………………（2）式中：Eh7经pH校正后的氧化还原电位，单位为毫伏（mV）；Eh换算为标准氢电极电位后的氧化还原电位，单位为毫伏（mV）；pH实测土壤pH值。表1氯化钾甘汞电极在不同温度时的电位参数数值温度（℃）05101520253035404550电位（mV）260.0257.0254.0250.8247.6244.3241.0237.6234.2231.0227.19土壤极化电流密度9.1一般规定本文件规定内容为土壤极化电流密度原位测试方法。室内测试可参照执行，试样规格不应小于100mm×100mm（直径×长度）。9.2仪器和设备a）电位计：输入阻抗不小于10GΩ，灵敏度1mV；b）毫安表：精度为0.2级；c）直流稳压电源；b）参比电极：氯化钾甘汞电极；c）测试电极：边长25mm正方形钢板电极2个，电极钢板宜与埋设钢结构材质相同，表面清洁度应达到SL105—2007中3.2.6规定的St3级，粗糙度最大高度Rz不应大于50μm，电极钢板背面及其侧面刷环氧树脂涂料。9.3测试步骤a）平整测试场地，每个测试点应不小于50mm×50mm的方形；b）检查仪器是否存在问题；c）将测试电极间隔50mm相对插入测试土壤中，插入深度不小于30mm，将土稍压，使电极与土壤紧密接触，参比电极从背后插入测试电极；d）将测试电极、电源及仪器用导线连接，组成供电和测量回路，其中电位计的正极接参比电极，负极接测试电极；e）仪器连接完成后打开仪器，读取电流I为0时的极化电位，用稳压电源对测试电极进行恒定电流供电，每增加一个电流值It测量一个极化电位差△Et，并记录It和△Et，每次增加电流时，至少需稳定5min方可测量。当极化电位差△E大于600mV时停止测试。6 DB21/T3355—20209.4计算方法2根据测量得到的数据计算电流密度Id（mA/cm），按式（3）计算。Idt=It/S…………………………（3）式中：2Idt为恒定电流为It时的电流密度，单位为毫安每平方厘米（mA/cm）；It为恒定供电电流，单位为毫安（mA）；2S为测试电极面积，单位为平方厘米（cm）。将计算得到的电流密度Idt与对应的极化电位差△Et绘制成Id-△E极化曲线，并取极化电位差△E为500mV时的电流密度Id500作为土壤的极化电流密度。10质量损失10.1一般规定钢结构质量损失室内测定采用管罐法。10.2仪器和设备a）试件：钢管宜与埋设钢结构材质相同，试件规格：长100mm、外径20～30mm、壁厚2mm；b）直流稳压电源：量程0～30V，精度0.1V；c）电子天平：量程不小于300g，测量精度0.001g；d）镀锌钢筒：直径不小于100mm，底部绝缘密封；e）混合溶液：盐酸（1+1）和六次甲基四胺（2%）等体积混合制成。10.3测试步骤a）土样制备：1）砂类土样用蒸馏水浸湿；2）粘土类土样在烘箱内恒温烘干（105℃，4h）后研磨过筛（粒径不大于1.0mm），加水拌合至饱和含水率；b）先将试件表面及端口打磨清理光滑，表面清洁度应达到SL105—2007中3.2.6规定的St3级，经蒸馏水清洗干净干燥后称重并记录，得到试件测试前质量Mt并记录；c）将试件竖置于镀锌钢筒内中心并测试试件与镀锌钢筒间的绝缘性，钢筒与试件间用制备好的土样填满，并捣实，土与钢筒及试件接触密实、无空隙，加蒸馏水浸泡24h；d）吸取土样表面水渍，试件接直流电源正极，负极接到镀锌钢筒上，施加6V恒定电压直流电，并持续电解24h；e）断电后取出试件，清除表面腐蚀物及土壤颗粒，用混合溶液擦拭试件并清理，SL105—2007中3.2.6规定的St3级，再用蒸馏水冲洗，干燥后称重，得到测试后的试件质量M0并记录。10.4计算方法试件的质量损失按式（4）计算。△M=Mt-Mo…………………………（4）式中：△M土壤质量损失，单位为克（g）；7 DB21/T3355—2020Mt试件测试前的质量，单位为克（g）；M0试件测试后的质量，单位为克（g）。8 DB21/T3355—2020附录A（规范性）土壤视电阻率测试方法A.1四极等距法A.1.1一般规定本方法适用于测试深度不大于20m土壤视电阻率。A.1.2仪器a）接地电阻测量仪。仪器性能、精度等相关要求应符合GB/T19285—2015附录A中相关规定；b）直流电法仪。仪器性能及精度等相关要求应符合SL326中相关规定。A.1.3测试方法a）四极等距法测试装置见参考图A.1；说明：A、B供电电极；M、N测试电极；O测试地表记录点；l相邻电极间距，单位为米（m）；h测试深度，单位为米（m）。图A.1四极等距法测试装置参考图b）通常l值不应大于20m，测试记录深度h=l；c）电极入土深度应小于l/20；d）按仪器说明书进行测试并记录测试数据。A.1.4计算方法a）接地电阻测量仪测试数据按GB/T19285—2015附录A中计算方法计算得到测试点处地表至深度为h的视电阻率值；b）直流电法仪测试数据即为测试点处地表至深度为h的视电阻率值；c）由于土壤的不均匀性，对不同深度土壤视电阻率产生影响，需要计算钢结构埋置深度土的（多层土壤）视电阻率。钢结构埋置深度土的（多层土壤）视电阻率按式（A.1）计算。9 DB21/T3355—2020ρ（AVG）=ρh1ρh2（h1-h2）/（h1ρh2-h2ρh1）…………………………（A.1）式中：ρ（AVG）钢结构埋置深度（土壤）的视电阻率，单位为欧姆米（Ω·m）；h1第1层土壤测试深度，单位为米（m）；h2第2层土壤测试深度，单位为米（m）；ρh1地表到h1深度的视电阻率，单位为欧姆米（Ω·m）；ρh2从地表到h2深度的视电阻率，单位为欧姆米（Ω·m）。A.2四极不等距法A.2.1一般规定本方法适用于测试深度大于20m土壤视电阻率。A.2.2仪器a）接地电阻测量仪。仪器性能、精度等相关要求应符合GB/T19285—2015附录A中相关规定；b）直流电法仪。仪器性能及精度等相关要求应符合SL326中相关规定。A.2.3测试方法a）四极不等距法测试装置见参考图A.2；说明：A、B供电电极；M、N测试电极；O测试地表记录点；l1供电电极与相邻测试电极间距，单位为米（m）；l2测试电极间距，单位为米（m）；h测试深度，单位为米（m）。图A.2四极不等距法测试装置参考图b）采用四极不等距法应先计算确定4个电极的间距，此时l1＞l2。l2通常可取5～10m，l1根据测试土壤深度计算确定，按式（A.2）计算：l1=h-l2/2…………………………（A.2）式中：l1供电电极与相邻测试电极间距，单位为米（m）；l2测试电极间距，单位为米（m）；10 DB21/T3355—2020h测试深度，单位为米（m）。c）电极入土深度应小于l2/20；d）按仪器说明书进行测试并记录测试数据。A.2.4计算方法a）接地电阻测量仪测试数据按GB/T19285—2015附录A中计算方法计算得到测试点处地表至深度为h的视电阻率值；b）直流电法仪测试数据即为测试点处地表至深度为h的视电阻率值；c）钢结构埋置深度土的（多层土壤）视电阻率按式（A.1）计算。A.3低温条件下土壤视电阻率测试当土壤温度在0℃以下时，土壤视电阻率测试应遵守以下要求：a）测试装置见参考图A.3；说明：A、B供电电极；M、N测试电极；O测试地表记录点；l1供电电极与相邻测试电极间距，单位为米（m）；l2测试电极间距，单位为米（m）；D电极入土深度，单位为米（m）；d冻土层厚度（电极绝缘保护范围），单位为米（m）；H测试记录深度，单位为米（m）；h测试深度，单位为米（m）。图A.3低温条件下土壤视电阻率测试装置参考图b）电极入土深度D应大于冻土层厚度d，且差值应小于l2/20；c）电极与冻土层间应加绝缘保护，可采用绝缘护管等；d）视电阻率记录深度H按式（A.3）计算：H=h+d…………………………（A.3）式中：H测试记录深度，单位为米（m）；11 DB21/T3355—2020h测试深度，单位为米（m）；d冻土层厚度（电极绝缘保护范围），单位为米（m）。A.4温度修正土壤温度对电阻率存在影响，为便于对比，视电阻率值宜统一校正至15℃。温度校正按式（A.4）计算：ρ15=ρ[1+α(t-15)]…………………………（A.4）式中：ρ15土壤温度为15℃时的视电阻率，单位为欧姆米（Ω·m）；ρ测试得到的土壤视电阻率，单位为欧姆米（Ω·m）；α为温度系数，一般为0.02；t为实测时土壤温度，指0.5m以下土壤温度，单位为摄氏度（℃）。_________________________________12