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Tomando como objeto de estudio la pendiente del ferrocarril Sui-Chongqing, se evaluaron la resistividad del suelo, la electroquímica del suelo (potencial de corrosión, potencial redox, gradiente de potencial y pH), los aniones del suelo (sales solubles totales, Cl-, SO42- y) y la nutrición del suelo (contenido de humedad, materia orgánica, nitrógeno total, nitrógeno hidrolizado alcalinamente, fósforo disponible, potasio disponible). Bajo diferentes pendientes, el grado de corrosión se evaluó de acuerdo con los indicadores individuales e indicadores integrales del suelo artificial. En comparación con otros factores, el agua tiene la mayor influencia en la corrosión de la malla de protección de taludes, seguida del contenido de aniones. Las sales solubles totales tienen un efecto moderado en la corrosión de la malla de protección de taludes, y la corriente parásita tiene un efecto moderado en la corrosión de la malla de protección de taludes. El grado de corrosión de las muestras de suelo se evaluó integralmente, y la corrosión en la pendiente superior fue moderada, y la corrosión en las pendientes media e inferior fue fuerte. La materia orgánica en el suelo se correlacionó significativamente con el gradiente de potencial. El nitrógeno disponible, el potasio disponible y el fósforo disponible se correlacionaron significativamente con los aniones. La distribución de los nutrientes del suelo está indirectamente relacionado con el tipo de pendiente.
Al construir ferrocarriles, carreteras e instalaciones de conservación de agua, las excavaciones en las montañas suelen ser inevitables. Debido a las montañas en el suroeste, la construcción de ferrocarriles en China requiere mucha excavación en la montaña. Esto destruye el suelo y la vegetación originales, creando laderas rocosas expuestas. Esta situación provoca deslizamientos de tierra y erosión del suelo, lo que amenaza la seguridad del transporte ferroviario. Los deslizamientos de tierra son perjudiciales para el tráfico rodado, especialmente después del terremoto de Wenchuan del 12 de mayo de 2008. Los deslizamientos de tierra se han convertido en un desastre sísmico grave y de amplia distribución. En la evaluación de 2008 de 4243 kilómetros de carreteras troncales clave en la provincia de Sichuan, hubo 1736 desastres sísmicos severos en los terraplenes y muros de contención de taludes, lo que representa el 39,76 % de la longitud total evaluada. Las pérdidas económicas directas por daños en las carreteras superaron los 58 mil millones de yuanes 2,3. Ejemplos globales muestran que los riesgos geológicos posteriores a un terremoto pueden durar al menos 10 años (terremoto de Taiwán) e incluso hasta 40-50 años (terremoto de Kanto en Japón)4,5. La pendiente es el factor principal que afecta el riesgo sísmico6,7. Por lo tanto, es necesario mantener la pendiente de la carretera y fortalecer su estabilidad. Las plantas juegan un papel insustituible en la protección de taludes y la restauración del paisaje ecológico8. En comparación con los taludes de suelo ordinarios, los taludes rocosos no tienen la acumulación de factores nutritivos como materia orgánica, nitrógeno, fósforo y potasio, y no tienen el ambiente del suelo necesario para el crecimiento de la vegetación. Debido a factores como la gran pendiente y la erosión pluvial, el suelo de la pendiente Se pierde fácilmente. El entorno de la pendiente es hostil, carece de las condiciones necesarias para el crecimiento de las plantas y el suelo de la pendiente carece de estabilidad de soporte9. La pulverización de la pendiente con material base para cubrir el suelo y proteger la pendiente es una tecnología de restauración ecológica de la pendiente comúnmente utilizada en mi país. El suelo artificial utilizado para la pulverización se compone de piedra triturada, tierra agrícola, paja, fertilizante compuesto, agente retenedor de agua y adhesivo (los adhesivos comúnmente utilizados incluyen cemento Portland, pegamento orgánico y emulsionante de asfalto) en una proporción determinada. El proceso técnico es: primero se coloca alambre de púas sobre la roca, luego se fija el alambre de púas con remaches y pernos de anclaje, y finalmente se pulveriza el suelo artificial que contiene semillas en la pendiente con un pulverizador especial. Se utiliza principalmente la malla metálica en forma de diamante 14# totalmente galvanizada, con un estándar de malla de 5 cm × 5 cm y un diámetro de 2 mm. La malla metálica permite que la matriz del suelo forme una losa monolítica duradera sobre la superficie de la roca. La malla metálica se corroerá en el suelo, porque el suelo en sí es un electrolito, y el grado de corrosión depende de las características del suelo. La evaluación de los factores de corrosión del suelo es de gran importancia para evaluar la erosión de la malla metálica inducida por el suelo y eliminar los riesgos de deslizamientos de tierra.
Se cree que las raíces de las plantas desempeñan un papel crucial en la estabilización de taludes y el control de la erosión10,11,12,13,14. Para estabilizar taludes contra deslizamientos superficiales, se puede utilizar vegetación porque las raíces de las plantas pueden fijar el suelo para prevenir deslizamientos15,16,17. La vegetación leñosa, especialmente los árboles, ayuda a prevenir deslizamientos superficiales18. Una estructura protectora robusta formada por los sistemas de raíces verticales y laterales de las plantas que actúan como pilares de refuerzo en el suelo. El desarrollo de los patrones de la arquitectura de las raíces está impulsado por los genes, y el entorno del suelo juega un papel decisivo en estos procesos. La corrosión de los metales varía con el entorno del suelo20. El grado de corrosión de los metales en el suelo puede variar desde una disolución bastante rápida hasta un impacto insignificante21. El suelo artificial es muy diferente del "suelo" real. La formación de suelos naturales es el resultado de interacciones entre el entorno externo y varios organismos durante decenas de millones de años22,23,24. Antes de que la vegetación leñosa forme un sistema de raíces y un ecosistema estables, ya sea la malla metálica combinada con la roca La posibilidad de que las pendientes y los suelos artificiales funcionen de forma segura está directamente relacionada con el desarrollo de la economía natural, la seguridad de las personas y la mejora del medio ambiente ecológico.
Sin embargo, la corrosión de los metales puede provocar enormes pérdidas. Según una encuesta realizada en China a principios de la década de 1980 sobre maquinaria química y otras industrias, las pérdidas causadas por la corrosión de metales representaron el 4% del valor total de la producción. Por lo tanto, es de gran importancia estudiar el mecanismo de corrosión y tomar medidas de protección para la construcción económica. El suelo es un sistema complejo de gases, líquidos, sólidos y microorganismos. Los metabolitos microbianos pueden corroer los materiales, y las corrientes parásitas también pueden causar corrosión. Por lo tanto, es importante prevenir la corrosión de los metales enterrados en el suelo. En la actualidad, la investigación sobre la corrosión de metales enterrados se centra principalmente en (1) factores que afectan la corrosión de metales enterrados25; (2) métodos de protección de metales26,27; (3) métodos de juicio para el grado de corrosión de metales28; Corrosión en diferentes medios. Sin embargo, todos los suelos en el estudio eran naturales y habían sufrido procesos de formación de suelo suficientes. Sin embargo, no hay informes sobre la erosión artificial del suelo de taludes rocosos ferroviarios.
En comparación con otros medios corrosivos, el suelo artificial tiene las características de iliquidez, heterogeneidad, estacionalidad y regionalidad. La corrosión de metales en suelos artificiales es causada por interacciones electroquímicas entre metales y suelos artificiales. Además de los factores intrínsecos, la tasa de corrosión de metales también depende del entorno circundante. Una variedad de factores afectan la corrosión de metales individualmente o en combinación, como el contenido de humedad, el contenido de oxígeno, el contenido total de sales solubles, el contenido de aniones e iones metálicos, el pH, los microbios del suelo30,31,32.
En 30 años de práctica, la cuestión de cómo preservar permanentemente los suelos artificiales en pendientes rocosas ha sido un problema33. Los arbustos o árboles no pueden crecer en algunas pendientes después de 10 años de cuidado manual debido a la erosión del suelo. La suciedad en la superficie de la malla metálica fue arrastrada en algunos lugares. Debido a la corrosión, algunas mallas metálicas se agrietaron y perdieron todo el suelo por encima y por debajo de ellas (Figura 1). En la actualidad, la investigación sobre la corrosión de taludes ferroviarios se centra principalmente en la corrosión de la red de puesta a tierra de la subestación ferroviaria, la corrosión por corriente parásita generada por el tren ligero y la corrosión de puentes ferroviarios34,35, vías y otros equipos de vehículos36. No ha habido informes de corrosión de la malla metálica de protección de taludes ferroviarios. Este artículo estudia las propiedades físicas, químicas y electroquímicas de los suelos artificiales en la pendiente rocosa suroeste del ferrocarril Suiyu, con el objetivo de predecir la corrosión del metal mediante la evaluación de las propiedades del suelo y proporcionar una base teórica y práctica para la restauración del ecosistema del suelo y la restauración artificial. Talud artificial.
El sitio de prueba está ubicado en la zona montañosa de Sichuan (30°32′N, 105°32′E), cerca de la estación de tren de Suining. El área se encuentra en el centro de la cuenca de Sichuan, con montañas y colinas bajas, una estructura geológica simple y terreno plano. La erosión, el corte y la acumulación de agua crean paisajes montañosos erosionados. La roca madre es principalmente caliza, y la capa superficial es principalmente arena púrpura y lutita. La integridad es deficiente y la roca tiene una estructura en bloques. El área de estudio tiene un clima monzónico húmedo subtropical con características estacionales de primavera temprana, verano caluroso, otoño corto e invierno tardío. Las precipitaciones son abundantes, los recursos de luz y calor son abundantes, el período libre de heladas es largo (285 días en promedio), el clima es templado, la temperatura media anual es de 17,4 °C, la temperatura media del mes más caluroso (agosto) es de 27,2 °C, y la temperatura máxima extrema es de 39,3 °C. El mes más frío es enero. La temperatura media es de 6,5 °C, la temperatura mínima extrema es de -3,8 °C y la precipitación media anual es de 920 mm, concentrada principalmente en julio y agosto. Las precipitaciones en primavera, verano, otoño e invierno varían considerablemente. La proporción de precipitaciones en cada estación del año es del 19-21 %, 51-54 %, 22-24 % y 4-5 %, respectivamente.
El lugar de investigación es una pendiente de aproximadamente 45° en la ladera del ferrocarril Yu-Sui, construido en 2003. En abril de 2012, estaba orientado al sur y se encontraba a menos de 1 km de la estación de tren de Suining. La pendiente natural se utilizó como control. La restauración ecológica de la pendiente adopta la tecnología extranjera de pulverización de suelo de cobertura para la restauración ecológica. Según la altura de la pendiente lateral del ferrocarril, la pendiente se puede dividir en pendiente ascendente, pendiente media y pendiente descendente (Fig. 2). Dado que el espesor del suelo artificial de la pendiente cortada es de aproximadamente 10 cm, para evitar la contaminación de los productos de corrosión de la malla metálica del suelo, solo utilizamos una pala de acero inoxidable para tomar la superficie del suelo de 0 a 8 cm. Se establecieron cuatro réplicas para cada posición de la pendiente, con 15 a 20 puntos de muestreo aleatorios por réplica. Cada réplica es una mezcla de 15 a 20 puntos de muestreo de la línea en forma de S determinados aleatoriamente. Su peso fresco es de aproximadamente 500 gramos. Las muestras se llevan de vuelta al laboratorio en bolsas de polietileno con cierre hermético para su procesamiento. El suelo se seca al aire de forma natural, y se recogen la grava y los residuos animales y vegetales, se trituran con un palo de ágata y se tamizan con una malla de 20. Tamiz de nailon de 100 mallas, excepto para las partículas gruesas.
La resistividad del suelo se midió con el medidor de resistencia de puesta a tierra VICTOR4106 fabricado por Shengli Instrument Company; la resistividad del suelo se midió en el campo; La humedad del suelo se midió mediante el método de secado. El instrumento digital portátil mv/pH DMP-2 presenta una alta impedancia de entrada para medir el potencial de corrosión del suelo. El gradiente de potencial y el potencial redox se determinaron mediante el instrumento digital portátil mv/pH DMP-2, la sal soluble total en el suelo se determinó mediante el método de secado de residuos, el contenido de iones cloruro en el suelo se determinó mediante el método de titulación de AgNO3 (método de Mohr), el contenido de sulfato del suelo se determinó mediante el método de titulación indirecta de EDTA, el método de titulación de doble indicador para determinar el carbonato y el bicarbonato del suelo, el método de calentamiento por oxidación de dicromato de potasio para determinar la materia orgánica del suelo, el método de difusión de solución alcalina para determinar el nitrógeno de hidrólisis alcalina del suelo, el método colorimétrico de digestión de H2SO4-HClO4 Mo-Sb El fósforo total en el suelo y el contenido de fósforo disponible en el suelo se determinaron mediante el método de Olsen (solución de NaHCO3 0,05 mol/L como extractante), y el contenido total de potasio en el suelo se determinó mediante fotometría de llama de fusión de hidróxido de sodio.
Los datos experimentales se sistematizaron inicialmente. Se utilizó SPSS Statistics 20 para realizar el análisis de media, desviación estándar, ANOVA unidireccional y correlación humana.
La Tabla 1 presenta las propiedades electromecánicas, aniones y nutrientes de suelos con diferentes pendientes. El potencial de corrosión, la resistividad del suelo y el gradiente de potencial este-oeste de diferentes pendientes fueron todos significativos (P < 0,05). Los potenciales redox de la pendiente descendente, la pendiente media y la pendiente natural fueron significativos (P < 0,05). El gradiente de potencial perpendicular al riel, es decir, el gradiente de potencial norte-sur, es pendiente ascendente > pendiente descendente > pendiente media. El valor de pH del suelo fue en el orden de pendiente descendente > pendiente ascendente > pendiente media > pendiente natural. La sal soluble total, la pendiente natural fue significativamente mayor que la pendiente del ferrocarril (P < 0,05). El contenido de sal soluble total del suelo de la pendiente del ferrocarril de tercer grado es superior a 500 mg/kg, y la sal soluble total tiene un efecto moderado sobre la corrosión del metal. El contenido de materia orgánica del suelo fue el más alto en la pendiente natural y el más bajo en la pendiente descendente (P < 0,05). El contenido total de nitrógeno fue el más alto en la pendiente media y el más bajo en la pendiente ascendente; El contenido de nitrógeno disponible fue más alto en la pendiente descendente y media, y más bajo en la pendiente natural; el contenido total de nitrógeno en la pendiente ascendente y descendente del ferrocarril fue menor, pero el contenido de nitrógeno disponible fue mayor. Esto indica que la tasa de mineralización del nitrógeno orgánico en las pendientes ascendentes y descendentes es rápida. El contenido de potasio disponible es el mismo que el de fósforo disponible.
La resistividad del suelo es un índice que indica la conductividad eléctrica y un parámetro básico para evaluar la corrosión del suelo. Los factores que afectan la resistividad del suelo incluyen el contenido de humedad, el contenido total de sales solubles, el pH, la textura del suelo, la temperatura, el contenido de materia orgánica, la temperatura del suelo y la compactación. En general, los suelos con baja resistividad son más corrosivos, y viceversa. El uso de la resistividad para evaluar la corrosividad del suelo es un método comúnmente utilizado en varios países. La Tabla 1 muestra los criterios de evaluación del grado de corrosividad para cada índice individual37,38.
Según los resultados de las pruebas y las normas de mi país (Tabla 1), si la corrosividad del suelo se evalúa únicamente por la resistividad del suelo, el suelo en la pendiente ascendente es altamente corrosivo; el suelo en la pendiente descendente es moderadamente corrosivo; la corrosividad del suelo en la pendiente media y la pendiente natural es relativamente baja.
La resistividad del suelo en la parte superior de la pendiente es significativamente menor que en otras partes de la pendiente, lo que puede deberse a la erosión pluvial. La capa superficial del suelo en la parte superior fluye hacia la parte media de la pendiente con el agua, por lo que la malla metálica de protección de taludes en la parte superior está cerca de la capa superficial del suelo. Algunas de las mallas metálicas estaban expuestas e incluso suspendidas en el aire (Figura 1). La resistividad del suelo se midió en el sitio; el espaciamiento entre pilotes era de 3 m; la profundidad de hincado de pilotes era inferior a 15 cm. La malla metálica expuesta y el óxido descascarado pueden interferir con los resultados de la medición. Por lo tanto, no es confiable evaluar la corrosividad del suelo solo con el índice de resistividad del suelo. En la evaluación integral de la corrosión, no se considera la resistividad del suelo en la parte superior de la pendiente.
Debido a la alta humedad relativa, el aire húmedo perenne en el área de Sichuan hace que la malla metálica expuesta al aire se corroa más gravemente que la malla metálica enterrada en el suelo39. La exposición de la malla de alambre al aire puede resultar en una disminución de la vida útil, lo que puede desestabilizar los suelos de las laderas. La pérdida de suelo puede dificultar el crecimiento de las plantas, especialmente las leñosas. Debido a la falta de plantas leñosas, es difícil que se forme un sistema de raíces en las laderas para solidificar el suelo. Al mismo tiempo, el crecimiento de las plantas también puede mejorar la calidad del suelo y aumentar el contenido de humus en el suelo, lo que no solo puede retener agua, sino también proporcionar un buen ambiente para el crecimiento y la reproducción de animales y plantas, reduciendo así la pérdida de suelo. Por lo tanto, en la etapa inicial de la construcción, se deben sembrar más semillas leñosas en la ladera y se debe agregar continuamente un agente de retención de agua y cubrir con una película para proteger, para reducir la erosión del suelo de la ladera por el agua de lluvia.
El potencial de corrosión es un factor importante que afecta la corrosión de la red de protección de taludes en el talud de tres niveles, y tiene el mayor impacto en el talud ascendente (Tabla 2). En condiciones normales, el potencial de corrosión no cambia mucho en un entorno dado. Un cambio notable puede ser causado por corrientes parásitas. Las corrientes parásitas se refieren a las corrientes 40, 41, 42 que se filtran en la plataforma de la carretera y el medio del suelo cuando los vehículos utilizan el sistema de transporte público. Con el desarrollo del sistema de transporte, el sistema de transporte ferroviario de mi país ha logrado la electrificación a gran escala, y la corrosión de los metales enterrados causada por la fuga de corriente continua de los ferrocarriles electrificados no puede ignorarse. Actualmente, el gradiente de potencial del suelo puede utilizarse para determinar si el suelo contiene perturbaciones de corriente parásita. Cuando el gradiente de potencial del suelo superficial es inferior a 0,5 mV/m, la corriente parásita es baja; cuando el gradiente de potencial está en el rango de 0,5 mV/m a 5,0 mV/m, la corriente parásita es moderada; Cuando el gradiente de potencial es mayor que 5,0 mV/m, el nivel de corriente parásita es alto. El rango de variación del gradiente de potencial (EW) de la pendiente media, la pendiente ascendente y la pendiente descendente se muestra en la Figura 3. En términos del rango de variación, hay corrientes parásitas moderadas en las direcciones este-oeste y norte-sur de la pendiente media. Por lo tanto, la corriente parásita es un factor importante que afecta la corrosión de las mallas metálicas en la pendiente media y descendente, especialmente en la pendiente media.
Generalmente, un potencial redox del suelo (Eh) superior a 400 mV indica capacidad oxidante, entre 0 y 200 mV capacidad reductora media y por debajo de 0 mV capacidad reductora alta. Cuanto menor sea el potencial redox del suelo, mayor será la capacidad de corrosión de los microorganismos del suelo sobre los metales44. Es posible predecir la tendencia de la corrosión microbiana del suelo a partir del potencial redox. El estudio encontró que el potencial redox del suelo de las tres pendientes era superior a 500 mV y el nivel de corrosión era muy pequeño. Esto muestra que la condición de ventilación del suelo de la pendiente es buena, lo que no es propicio para la corrosión de los microorganismos anaeróbicos en el suelo.
Estudios previos han demostrado que el impacto del pH del suelo en la erosión del suelo es evidente. Con la fluctuación del valor del pH, la tasa de corrosión de los materiales metálicos se ve afectada significativamente. El pH del suelo está estrechamente relacionado con la zona y los microorganismos presentes en el suelo45,46,47. En general, el efecto del pH del suelo en la corrosión de los materiales metálicos en suelos ligeramente alcalinos no es evidente. Los suelos de las tres pendientes ferroviarias son todos alcalinos, por lo que el efecto del pH en la corrosión de la malla metálica es débil.
Como se puede observar en la Tabla 3, el análisis de correlación muestra que el potencial redox y la posición de la pendiente están significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,858), el potencial de corrosión y el gradiente de potencial (SN) están significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,755), y el potencial redox y el gradiente de potencial (SN) están significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,755). Hubo una correlación negativa significativa entre el potencial y el pH (R2 = -0,724). La posición de la pendiente se correlacionó positivamente de manera significativa con el potencial redox. Esto muestra que hay diferencias en el microambiente de diferentes posiciones de pendiente, y los microorganismos del suelo están estrechamente relacionados con el potencial redox48, 49, 50. El potencial redox se correlacionó negativamente de manera significativa con el pH51,52. Esta relación indicó que los valores de pH y Eh no siempre cambiaron sincrónicamente durante el proceso redox del suelo, sino que tuvieron una relación lineal negativa. El potencial de corrosión del metal puede representar la capacidad relativa de ganar y perder electrones. Aunque el potencial de corrosión se correlacionó positivamente de manera significativa con el gradiente de potencial (SN), el gradiente de potencial puede ser causado por la fácil pérdida de electrones por el metal.
El contenido total de sales solubles en el suelo está estrechamente relacionado con la corrosividad del suelo. En términos generales, cuanto mayor es la salinidad del suelo, menor es su resistividad, lo que aumenta su resistencia. En los electrolitos del suelo, no solo los aniones y sus rangos variables, sino también las influencias corrosivas son principalmente carbonatos, cloruros y sulfatos. Además, el contenido total de sales solubles en el suelo afecta indirectamente a la corrosión a través de la influencia de otros factores, como el efecto del potencial de electrodo en metales y la solubilidad del oxígeno en el suelo53.
La mayoría de los iones disociados de sales solubles en el suelo no participan directamente en reacciones electroquímicas, pero afectan la corrosión de metales a través de la resistividad del suelo. Cuanto mayor es la salinidad del suelo, mayor es la conductividad del suelo y mayor es la erosión del suelo. El contenido de salinidad del suelo de las pendientes naturales es significativamente mayor que el de las pendientes ferroviarias, lo que puede deberse a que las pendientes naturales son ricas en vegetación, lo que es propicio para la conservación del suelo y el agua. Otra razón puede ser que la pendiente natural ha experimentado una formación de suelo maduro (material parental del suelo formado por la meteorización de la roca), pero el suelo de la pendiente ferroviaria está compuesto de fragmentos de piedra triturada como matriz de "suelo artificial", y no ha experimentado un proceso de formación de suelo suficiente. Los minerales no se liberan. Además, los iones de sal en el suelo profundo de las pendientes naturales ascendieron por acción capilar durante la evaporación superficial y se acumularon en el suelo superficial, lo que resultó en un aumento en el contenido de iones de sal en el suelo superficial. El espesor del suelo de la pendiente ferroviaria es menor a 20 cm, lo que resulta en la incapacidad del suelo superficial para complementar la sal del suelo profundo.
Los iones positivos (como K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etc.) tienen poco efecto sobre la corrosión del suelo, mientras que los aniones juegan un papel importante en el proceso electroquímico de corrosión y tienen un impacto significativo en la corrosión de los metales. El Cl− puede acelerar la corrosión del ánodo y es el anión más corrosivo; cuanto mayor sea el contenido de Cl−, más fuerte será la corrosión del suelo. El SO42− no solo promueve la corrosión del acero, sino que también causa corrosión en algunos materiales de hormigón54. También corroe el hierro. En una serie de experimentos con suelo ácido, se encontró que la tasa de corrosión era proporcional a la acidez del suelo55. El cloruro y el sulfato son los componentes principales de las sales solubles, que pueden acelerar directamente la cavitación de los metales. Los estudios han demostrado que la pérdida de peso por corrosión del acero al carbono en suelos alcalinos es casi proporcional a la adición de iones cloruro y sulfato56,57. Lee et al. encontraron que el SO42- puede impedir la corrosión, pero promueve el desarrollo de picaduras de corrosión que ya se han formado58.
Según el estándar de evaluación de la corrosividad del suelo y los resultados de las pruebas, el contenido de iones cloruro en cada muestra de suelo de pendiente fue superior a 100 mg/kg, lo que indica una fuerte corrosividad del suelo. El contenido de iones sulfato de las pendientes ascendentes y descendentes fue superior a 200 mg/kg e inferior a 500 mg/kg, y el suelo se corroía moderadamente. El contenido de iones sulfato en la pendiente media es inferior a 200 mg/kg, y la corrosión del suelo es débil. Cuando el medio del suelo contiene una alta concentración, participará en la reacción y producirá una capa de corrosión en la superficie del electrodo metálico, ralentizando así la reacción de corrosión. A medida que aumenta la concentración, la capa puede romperse repentinamente, acelerando así en gran medida la tasa de corrosión; a medida que la concentración continúa aumentando, la capa de corrosión cubre la superficie del electrodo metálico y la tasa de corrosión muestra una tendencia a ralentizarse de nuevo59. El estudio encontró que la cantidad en el suelo era menor y, por lo tanto, tenía poco efecto sobre la corrosión.
Según la Tabla 4, la correlación entre la pendiente y los aniones del suelo mostró que había una correlación positiva significativa entre la pendiente y los iones cloruro (R2=0,836), y una correlación positiva significativa entre la pendiente y las sales solubles totales (R2=0,742).
Esto sugiere que la escorrentía superficial y la erosión del suelo pueden ser responsables de los cambios en las sales solubles totales en el suelo. Hubo una correlación positiva significativa entre las sales solubles totales y los iones cloruro, lo que puede deberse a que las sales solubles totales son el reservorio de iones cloruro, y el contenido de sales solubles totales determina el contenido de iones cloruro en las soluciones del suelo. Por lo tanto, podemos saber que la diferencia de pendiente puede causar una corrosión severa de la parte de la malla metálica.
La materia orgánica, el nitrógeno total, el nitrógeno disponible, el fósforo disponible y el potasio disponible son los nutrientes básicos del suelo, que afectan la calidad del suelo y la absorción de nutrientes por el sistema radicular. Los nutrientes del suelo son un factor importante que afecta a los microorganismos del suelo, por lo que vale la pena estudiar si existe una correlación entre los nutrientes del suelo y la corrosión de los metales. El ferrocarril de Suiyu se completó en 2003, lo que significa que el suelo artificial solo ha experimentado 9 años de acumulación de materia orgánica. Debido a la particularidad del suelo artificial, es necesario tener un buen conocimiento de los nutrientes en el suelo artificial.
La investigación muestra que el contenido de materia orgánica es más alto en el suelo de ladera natural después de todo el proceso de formación del suelo. El contenido de materia orgánica del suelo de ladera baja fue el más bajo. Debido a la influencia de la meteorización y la escorrentía superficial, los nutrientes del suelo se acumularán en la parte media y baja de la ladera, formando una gruesa capa de humus. Sin embargo, debido a las partículas pequeñas y la poca estabilidad del suelo de ladera baja, la materia orgánica se descompone fácilmente por los microorganismos. El estudio encontró que la cobertura y diversidad de la vegetación en la parte media y baja de la ladera eran altas, pero la homogeneidad era baja, lo que puede conducir a una distribución desigual de los nutrientes superficiales. Una gruesa capa de humus retiene agua y los organismos del suelo están activos. Todo esto acelera la descomposición de la materia orgánica en el suelo.
El contenido de nitrógeno hidrolizado alcalinamente de las vías férreas en pendiente ascendente, media y descendente fue mayor que el de la pendiente natural, lo que indica que la tasa de mineralización de nitrógeno orgánico de la pendiente ferroviaria fue significativamente mayor que la de la pendiente natural. Cuanto más pequeñas son las partículas, más inestable es la estructura del suelo, más fácil es para los microorganismos descomponer la materia orgánica en los agregados y mayor es la reserva de nitrógeno orgánico mineralizado60,61. De acuerdo con los resultados del estudio 62, el contenido de agregados de partículas pequeñas en el suelo de las pendientes ferroviarias fue significativamente mayor que el de las pendientes naturales. Por lo tanto, se deben tomar medidas apropiadas para aumentar el contenido de fertilizante, materia orgánica y nitrógeno en el suelo de la pendiente ferroviaria y para mejorar la utilización sostenible del suelo. El desperdicio de fósforo disponible y potasio disponible causado por la escorrentía superficial representó del 77,27% al 99,79% de la pérdida total de la pendiente ferroviaria. La escorrentía superficial puede ser el principal impulsor de la pérdida de nutrientes disponibles en la pendiente. suelos63,64,65.
Como se muestra en la Tabla 4, hubo una correlación positiva significativa entre la posición de la pendiente y el fósforo disponible (R2=0,948), y la correlación entre la posición de la pendiente y el potasio disponible fue la misma (R2=0,898). Esto demuestra que la posición de la pendiente afecta el contenido de fósforo disponible y potasio disponible en el suelo.
La pendiente es un factor importante que afecta el contenido de materia orgánica del suelo y el enriquecimiento de nitrógeno66, y cuanto menor sea la pendiente, mayor será la tasa de enriquecimiento. Para el enriquecimiento de nutrientes del suelo, la pérdida de nutrientes se debilitó y el efecto de la posición de la pendiente sobre el contenido de materia orgánica del suelo y el enriquecimiento total de nitrógeno no fue obvio. Los diferentes tipos y cantidades de plantas en diferentes pendientes tienen diferentes ácidos orgánicos secretados por las raíces de las plantas. Los ácidos orgánicos son beneficiosos para la fijación de fósforo disponible y potasio disponible en el suelo. Por lo tanto, hubo una correlación significativa entre la posición de la pendiente y el fósforo disponible, y la posición de la pendiente y el potasio disponible.
Para aclarar la relación entre los nutrientes del suelo y la corrosión del suelo, es necesario analizar la correlación. Como se muestra en la Tabla 5, el potencial redox se correlacionó significativamente de forma negativa con el nitrógeno disponible (R2 = -0,845) y significativamente de forma positiva con el fósforo disponible (R2 = 0,842) y el potasio disponible (R2 = 0,980). El potencial redox refleja la calidad del redox, que generalmente se ve afectada por algunas propiedades físicas y químicas del suelo, y luego afecta una serie de propiedades del suelo. Por lo tanto, es un factor importante para determinar la dirección de la transformación de los nutrientes del suelo67. Diferentes calidades redox pueden resultar en diferentes estados y disponibilidad de factores nutricionales. Por lo tanto, el potencial redox tiene una correlación significativa con el nitrógeno disponible, el fósforo disponible y el potasio disponible.
Además de las propiedades del metal, el potencial de corrosión también está relacionado con las propiedades del suelo. El potencial de corrosión se correlacionó significativamente de forma negativa con la materia orgánica, lo que indica que la materia orgánica tuvo un efecto significativo sobre el potencial de corrosión. Además, la materia orgánica también se correlacionó significativamente de forma negativa con el gradiente de potencial (SN) (R2 = -0,713) y el ion sulfato (R2 = -0,671), lo que indica que el contenido de materia orgánica también afecta al gradiente de potencial (SN) y al ion sulfato. Hubo una correlación negativa significativa entre el pH del suelo y el potasio disponible (R2 = -0,728).
El nitrógeno disponible se correlacionó significativamente de forma negativa con las sales solubles totales y los iones cloruro, y el fósforo disponible y el potasio disponible se correlacionaron significativamente de forma positiva con las sales solubles totales y los iones cloruro. Esto indicó que el contenido de nutrientes disponibles afectó significativamente la cantidad de sales solubles totales y los iones cloruro en el suelo, y los aniones en el suelo no fueron propicios para la acumulación y el suministro de nutrientes disponibles. El nitrógeno total se correlacionó significativamente de forma negativa con el ion sulfato, y significativamente de forma positiva con el bicarbonato, lo que indica que el nitrógeno total tuvo un efecto sobre el contenido de sulfato y bicarbonato. Las plantas tienen poca demanda de iones sulfato y bicarbonato, por lo que la mayoría de ellos están libres en el suelo o absorbidos por los coloides del suelo. Los iones bicarbonato favorecen la acumulación de nitrógeno en el suelo, y los iones sulfato reducen la disponibilidad de nitrógeno en el suelo. Por lo tanto, aumentar adecuadamente el contenido de nitrógeno disponible y humus en el suelo es beneficioso para reducir la corrosividad del suelo.
El suelo es un sistema con composición y propiedades complejas. La corrosividad del suelo es el resultado de la acción sinérgica de muchos factores. Por lo tanto, generalmente se utiliza un método de evaluación integral para evaluar la corrosividad del suelo. Con referencia al “Código para la Investigación de Ingeniería Geotécnica” (GB50021-94) y los métodos de prueba de la Red China de Pruebas de Corrosión del Suelo, el grado de corrosión del suelo se puede evaluar de manera integral de acuerdo con los siguientes estándares: (1) La evaluación es corrosión débil, si solo hay corrosión débil, no hay corrosión moderada o corrosión fuerte; (2) si no hay corrosión fuerte, se evalúa como corrosión moderada; (3) si hay uno o dos lugares de corrosión fuerte, se evalúa como corrosión fuerte; (4) si hay 3 o más lugares de corrosión fuerte, se evalúa como corrosión fuerte para corrosión severa.
Según la resistividad del suelo, el potencial redox, el contenido de agua, el contenido de sales, el valor de pH y el contenido de Cl- y SO42-, se evaluaron exhaustivamente los grados de corrosión de las muestras de suelo en diversas pendientes. Los resultados de la investigación muestran que los suelos en todas las pendientes son altamente corrosivos.
El potencial de corrosión es un factor importante que afecta la corrosión de la malla de protección de taludes. Los potenciales de corrosión de los tres taludes son todos inferiores a -200 mV, lo que tiene el mayor impacto en la corrosión de la malla metálica de la parte superior de la pendiente. El gradiente de potencial se puede utilizar para juzgar la magnitud de la corriente parásita en el suelo. La corriente parásita es un factor importante que afecta la corrosión de la malla metálica en taludes medios y superiores, especialmente en taludes medios. El contenido total de sales solubles en los suelos de los taludes superior, medio e inferior fue todos superiores a 500 mg/kg, y el efecto de corrosión en la malla de protección de taludes fue moderado. El contenido de agua del suelo es un factor importante que afecta la corrosión de las mallas metálicas en la parte media y baja de la pendiente, y tiene un mayor impacto en la corrosión de las mallas de protección de taludes. Los nutrientes son más abundantes en el suelo de la parte media de la pendiente, lo que indica que hay actividades microbianas frecuentes y un rápido crecimiento de las plantas.
La investigación muestra que el potencial de corrosión, el gradiente de potencial, el contenido total de sales solubles y el contenido de agua son los principales factores que afectan la corrosión del suelo en las tres pendientes, y la corrosividad del suelo se evalúa como alta. La corrosión de la red de protección de taludes es más grave en la pendiente media, lo que proporciona una referencia para el diseño anticorrosión de la red de protección de taludes ferroviarios. La adición adecuada de nitrógeno disponible y fertilizante orgánico es beneficiosa para reducir la corrosión del suelo, facilitar el crecimiento de las plantas y, finalmente, estabilizar la pendiente.
Cómo citar este artículo: Chen, J. et al.Efectos de la composición del suelo y la electroquímica en la corrosión de la red de taludes rocosos a lo largo de una línea ferroviaria china.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
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