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).pdf

ICS 19.020 CCS P 25 DB21 辽宁省地方标准 DB21/T 33552020 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/T 33552020 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 符号 . 2 5 一般规定 . 2 6 土壤视电阻率 . 3 7 土壤 pH 值 . 4 8 土壤氧化还原电位 . 4 9 土壤极化电流密度 . 6 10 质量损失 . 7 附录 A（规范性）土壤视电阻率测试方法 . 9 DB21/T XXXXXXXXX II 前 言 本文件按照GB/T 1.1-2020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：[phone] 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：[phone] DB21/T 33552020 1 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。 GB 50021-2001（2009 版） 岩土工程勘察规范 GB/T 19285-2014 埋地钢质管道腐蚀防护工程检验 HJ 746-2015 土壤 氧化还原电位的测定 电位法 SL 326 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 soil resistivity 单位长度的土壤电阻的平均值与截面面积乘积，单位是 m。 3.2 土壤视电阻率 soil apparent resistivity 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 m。 3.3 氧化还原电位 redox potential 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 reference electrode 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 electrode potential 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。 DB21/T 33552020 2 3.6 极化电流密度 polarized current density 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过量称为极化电流密度，单位是 mA/cm2。 3.7 质量损失 mass loss 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 detecting line 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 detecting point 测区内或测线上的检测点。 3.10 不扰动土样 undisturbed soil sample 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 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 GB 50021 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。 DB21/T 33552020 3 5.1.3 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 GB 500212001（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DB21/T 33552020 4 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 500 mm100 mm（直径长度） 。 7.2 仪器和设备 a） pH 计：测量范围（014）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 56 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 12h，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 500 DB21/T 33552020 5 mm 100 mm（直径 长度） 。 8.2 仪器及设备 a） 电位计：输入阻抗不小于 10G，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/L HCl+0.1mol/L NaCl 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 35 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 HJ 7462015 中相关要求执行，标准氧化还原缓冲液电位参见 HJ 7462015 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。 DB21/T 33552020 6 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（pH7） （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 （） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 电位 （mV） 260.0 257.0 254.0 250.8 247.6 244.3 241.0 237.6 234.2 231.0 227.1 9 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 100 mm100 mm（直径长度） 。 9.2 仪器和设备 a） 电位计：输入阻抗不小于 10G，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 SL 1052007 中 3.2.6 规定的 St3 级，粗糙度最大高度 Rz 不应大于 50m，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 50 mm50mm 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。 DB21/T 33552020 7 9.4 计算方法 根据测量得到的数据计算电流密度 Id（mA/cm2） ，按式（3）计算。 Idt = It / S （3） 式中： Idt 为恒定电流为 It时的电流密度，单位为毫安每平方厘米（mA/cm2） ； It 为恒定供电电流，单位为毫安（mA） ； S 为测试电极面积，单位为平方厘米（cm2） 。 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 2030mm、壁厚 2mm； b） 直流稳压电源：量程 030V，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 SL 1052007 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，SL 1052007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） ； DB21/T 33552020 8 Mt 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） 。 DB21/T 33552020 9 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/T 192852015 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 SL 326 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/T 192852015 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。 DB21/T 33552020 10 （AVG）=h1h2（h1 - h2）/（h1h2 - h2h1） （A.1） 式中： （AVG） 钢结构埋置深度（土壤）的视电阻率，单位为欧姆米（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）； h1 地表到h1深度的视电阻率，单位为欧姆米（m）； h2 从地表到h2深度的视电阻率，单位为欧姆米（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/T 192852015 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 SL 326 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l1l2。l2通常可取 510m，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）； DB21/T 33552020 11 h 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/T 192852015 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） ； DB21/T 33552020 12 h 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： 15 =1+(t-15) （A.4） 式中： 15 土壤温度为 15时的视电阻率，单位为欧姆米（m）； 测试得到的土壤视电阻率，单位为欧姆米（m）； 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（） 。 _