正在加载图片...
.1572 北京科技大学学报 第31卷 腐蚀速率相差5%~25%.在进行初步建模时，可以 土壤质地、土壤结构等因素对土壤腐蚀也有影 粗略地认为，只需要考虑土壤环境因子对碳钢腐蚀 响，例如，它们直接影响水分、盐分和氧等在土壤中 的影响，而试样材质和表面处理的差别对腐蚀实验 的存在形式与传质快慢，这些因素均属于较难量化 结果的作用则可以忽略， 的指标，但它们的作用可以通过其他土壤因素如土 25 壤电阻率、空气容量和孔隙度间接地反映，所以在研 究预测模型时不再单独考虑 15 2.3.3土壤环境因素对材料腐蚀的影响分析 10 土壤物理、化学和电化学性质多达20余种[10)， 每种性质都可能和土壤的腐蚀性相关，如果把它们 11 13151719212325 27 试坑编号 全都作为输入变量，则所要构建的腐蚀预测网络输 入参数过多，模型过于复杂，造成网络训练速度缓 图230个试坑内平行试样的最大腐蚀速率差异 慢，特别是计算量的增加，使训练过程中的累积误差 Fig-2 Maximum difference in corrosion rate of parallel-samples in 30 test pits 增大，最终可能导致训练过程不收敛，由于土壤性 质之间的相互影响，土壤性质指标间存在某种程度 2.3.2气候变化对材料土壤腐蚀的影响分析 上的相关性，一种土壤性质有可能被另外一个或几 土壤环境因素具有随季节变化的特征，实验和 个相关的指标所替代，例如，表2所示为某一区域 测试结果表明，其对碳钢腐蚀行为产生明显的影响， 土壤性质分析结果，土壤容重、孔隙度、土壤电阻率、 在20*钢短期腐蚀行为预测中，如何处理土壤环境 自腐蚀电位和空气容量等因素间存在较强的相关 因素随气候变化对实验结果的影响，适当降低环境 性，所以，可以对土壤腐蚀影响因素进行简化，挑选 因素变化对腐蚀结果的影响，是腐蚀预测模型准确 出既能反映出土壤腐蚀的主要特征，又能使碳钢材 性的关键因素之 料土壤腐蚀的”信息”散失降至最低的关键参数 大庆地区的土壤为草甸土，其土壤质地黏重、结 表2某一区城部分土壤性质相关系数 构紧实，不利于水分垂向迁移]，地下水位相对较 Table 2 Correlation coefficients of some soil properties in a certain re 稳定，土壤持水性比较好，其水分变化不会很大 gion (图3)，并且因为雨水淋失作用很弱，所以实验点周 指标 含水量 容重孔隙度土壤电阻率自腐蚀电位 边土壤的成分也同样相对稳定， 土壤容重 0.70 孔隙度 -0.70-1.00 土壤电阻率一0.82 -0.82 0.82 自腐蚀电位一0.85 -0.830.83 0.80 空气容量一0.94-0.90 0.90 0.88 0.91 经过分析，这些土壤性质之间存在如图4所示 的逻辑关系，图4中，各上级因素共同派生的下级 因素都用球状末端的箭头连接表示，从图中可以看 7911131517192123252729 试坑编号 出：(1)土壤的某些物理、化学和电化学性质是由另 些最基本的物理、化学性质决定的，因此材料的腐 图31年内30个试坑中相同深度处土壤含水率变化对比 蚀结果可以由这些最基本的物理、化学性质，也即 Fig.3 Comparison of moisture content variation in the same depth “一级因素”作为主要因素构建土壤腐蚀模型 of 30 test pits in a year (2)通过上文分析，在各“一级因素”中，土壤质地和 与土壤环境因素变化有关的另外一种情况是冬 土壤温度可以不计.已有研究证明2，在大庆地区 季冻土，冻土环境条件下液态水含量极低，土壤电阻 的土壤环境条件下，CO3含量、HCO3含量、NO3 率很高，一般超过10002，因此冬季土壤中的20*钢 含量、K+含量、Na+含量，Ca2+含量和Mg2+含量等 腐蚀反应大为减弱，其腐蚀速率可以忽略不计，此 单个因素对腐蚀的直接作用较小，它们与C厂含量、 外，大庆地区非冻土季节地下0.51.2m深度处土 $0含量共同产生的离子导电作用可以用溶盐总 壤的自然温度变化不大，可以不必考虑温度的影响 量来代替.因此，可以认为，用含水量、空气容量、腐蚀速率相差5％～25％．在进行初步建模时可以 粗略地认为只需要考虑土壤环境因子对碳钢腐蚀 的影响而试样材质和表面处理的差别对腐蚀实验 结果的作用则可以忽略． 图2 30个试坑内平行试样的最大腐蚀速率差异 Fig．2 Maximum difference in corrosion rate of parallel－samples in 30test pits 2∙3∙2 气候变化对材料土壤腐蚀的影响分析 土壤环境因素具有随季节变化的特征实验和 测试结果表明其对碳钢腐蚀行为产生明显的影响． 在20＃钢短期腐蚀行为预测中如何处理土壤环境 因素随气候变化对实验结果的影响适当降低环境 因素变化对腐蚀结果的影响是腐蚀预测模型准确 性的关键因素之一． 大庆地区的土壤为草甸土其土壤质地黏重、结 构紧实不利于水分垂向迁移［11］地下水位相对较 稳定土壤持水性比较好其水分变化不会很大 （图3）并且因为雨水淋失作用很弱所以实验点周 边土壤的成分也同样相对稳定． 图3 1年内30个试坑中相同深度处土壤含水率变化对比 Fig．3 Comparison of moisture content variation in the same depth of 30test pits in a year 与土壤环境因素变化有关的另外一种情况是冬 季冻土冻土环境条件下液态水含量极低土壤电阻 率很高一般超过1000Ω因此冬季土壤中的20＃钢 腐蚀反应大为减弱其腐蚀速率可以忽略不计．此 外大庆地区非冻土季节地下0∙5～1∙2m 深度处土 壤的自然温度变化不大可以不必考虑温度的影响． 土壤质地、土壤结构等因素对土壤腐蚀也有影 响．例如它们直接影响水分、盐分和氧等在土壤中 的存在形式与传质快慢这些因素均属于较难量化 的指标但它们的作用可以通过其他土壤因素如土 壤电阻率、空气容量和孔隙度间接地反映所以在研 究预测模型时不再单独考虑． 2∙3∙3 土壤环境因素对材料腐蚀的影响分析 土壤物理、化学和电化学性质多达20余种［10］ 每种性质都可能和土壤的腐蚀性相关．如果把它们 全都作为输入变量则所要构建的腐蚀预测网络输 入参数过多模型过于复杂造成网络训练速度缓 慢特别是计算量的增加使训练过程中的累积误差 增大最终可能导致训练过程不收敛．由于土壤性 质之间的相互影响土壤性质指标间存在某种程度 上的相关性一种土壤性质有可能被另外一个或几 个相关的指标所替代．例如表2所示为某一区域 土壤性质分析结果土壤容重、孔隙度、土壤电阻率、 自腐蚀电位和空气容量等因素间存在较强的相关 性．所以可以对土壤腐蚀影响因素进行简化挑选 出既能反映出土壤腐蚀的主要特征又能使碳钢材 料土壤腐蚀的”信息”散失降至最低的关键参数． 表2 某一区域部分土壤性质相关系数 Table2 Correlation coefficients of some soil properties in a certain region 指标 含水量 容重 孔隙度 土壤电阻率 自腐蚀电位 土壤容重 0∙70 － － － － 孔隙度 －0∙70 －1∙00 － － － 土壤电阻率 －0∙82 －0∙82 0∙82 － － 自腐蚀电位 －0∙85 －0∙83 0∙83 0∙80 － 空气容量 －0∙94 －0∙90 0∙90 0∙88 0∙91 经过分析这些土壤性质之间存在如图4所示 的逻辑关系．图4中各上级因素共同派生的下级 因素都用球状末端的箭头连接表示．从图中可以看 出：（1）土壤的某些物理、化学和电化学性质是由另 一些最基本的物理、化学性质决定的因此材料的腐 蚀结果可以由这些最基本的物理、化学性质也即 “一级因素” 作为主要因素构建土壤腐蚀模型． （2）通过上文分析在各“一级因素”中土壤质地和 土壤温度可以不计．已有研究证明［12］在大庆地区 的土壤环境条件下CO 2－ 3 含量、HCO － 3 含量、NO － 3 含量、K ＋含量、Na ＋含量、Ca 2＋含量和 Mg 2＋含量等 单个因素对腐蚀的直接作用较小它们与 Cl －含量、 SO 2－ 4 含量共同产生的离子导电作用可以用溶盐总 量来代替．因此可以认为用含水量、空气容量、 ·1572· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷