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Prendendo come oggetto di ricerca il pendio ferroviario di Sui-Chongqing, la resistività del suolo, l'elettrochimica del suolo (potenziale di corrosione, potenziale redox, gradiente di potenziale e pH), gli anioni del suolo (sali solubili totali, Cl-, SO42- e) e la nutrizione del suolo (contenuto di umidità, materia organica, azoto totale, azoto idrolizzato alcalino, fosforo disponibile, potassio disponibile). Sotto diversi pendii, il grado di corrosione viene valutato in base agli indicatori individuali e agli indicatori complessivi del suolo artificiale. Rispetto ad altri fattori, l'acqua ha la maggiore influenza sulla corrosione della rete di protezione del pendio, seguita dal contenuto di anioni. Il sale solubile totale ha un effetto moderato sulla corrosione della rete di protezione del pendio e la corrente vagante ha un effetto moderato sulla corrosione della rete di protezione del pendio. Il grado di corrosione dei campioni di suolo è stato valutato in modo completo e la corrosione sul pendio superiore era moderata e la corrosione sui pendii medi e inferiori era forte. La materia organica nel suolo era significativamente correlata al gradiente di potenziale. L'azoto disponibile, il potassio disponibile e il fosforo disponibile erano significativamente correlati con anioni. La distribuzione dei nutrienti del suolo è indirettamente correlata al tipo di pendio.
Nella costruzione di ferrovie, autostrade e opere idrauliche, gli scavi nelle montagne sono spesso inevitabili. A causa delle montagne nel sud-ovest della Cina, la costruzione di ferrovie richiede numerosi scavi. Ciò distrugge il terreno e la vegetazione originari, creando pendii rocciosi esposti. Questa situazione porta a frane ed erosione del suolo, minacciando così la sicurezza del trasporto ferroviario. Le frane sono un grave problema per il traffico stradale, soprattutto dopo il terremoto di Wenchuan del 12 maggio 2008. Le frane sono diventate un disastro sismico diffuso e grave¹. Nella valutazione del 2008 di 4.243 chilometri di strade principali nella provincia del Sichuan, si sono verificati 1.736 gravi disastri sismici nei fondi stradali e nei muri di sostegno dei pendii, pari al 39,76% della lunghezza totale della valutazione. Le perdite economiche dirette dovute ai danni stradali hanno superato i 58 miliardi di yuan 2,3. Esempi globali mostrano che i rischi geologici post-terremoto possono durare almeno 10 anni (terremoto di Taiwan) e persino fino a 40-50 anni (terremoto del Kanto in Giappone)4,5. La pendenza è il fattore principale che influenza il rischio sismico6,7. Pertanto, è necessario mantenere i pendii stradali e rafforzarne la stabilità. Le piante svolgono un ruolo insostituibile nella protezione dei pendii e nel ripristino del paesaggio ecologico8. Rispetto ai normali pendii di terreno, i pendii rocciosi non hanno l'accumulo di fattori nutritivi come materia organica, azoto, fosforo e potassio e non hanno l'ambiente del suolo necessario per la crescita della vegetazione. A causa di fattori come la grande pendenza e l'erosione dovuta alla pioggia, il terreno dei pendii si perde facilmente. L'ambiente del pendio è ostile, mancano le condizioni necessarie per la crescita delle piante e il terreno del pendio manca di stabilità di supporto9. La spruzzatura del pendio con materiale di base per coprire il terreno e proteggere il pendio è una tecnologia di ripristino ecologico del pendio comunemente utilizzata nel mio paese. Il terreno artificiale utilizzato per la spruzzatura è composto da pietra frantumata, terreno agricolo, paglia, fertilizzante composto, agente di ritenzione idrica e adesivo (gli adesivi comunemente usati includono cemento Portland, colla organica ed emulsionante di asfalto) in una certa proporzione. Il processo tecnico è: prima si posa il filo spinato sulla roccia, poi si fissa il filo spinato con rivetti e bulloni di ancoraggio e infine si spruzza il terreno artificiale contenente semi sul pendio con uno spruzzatore speciale. Viene utilizzata principalmente la rete metallica a maglie romboidali 14# completamente zincata, con uno standard di maglia di 5 cm × 5 cm e un diametro di 2 mm. La rete metallica consente alla matrice del terreno di formare una lastra monolitica durevole sulla superficie della roccia. La rete metallica si corroderà nel terreno, perché il terreno stesso è un elettrolita e il grado di corrosione dipende dalle caratteristiche del suolo. La valutazione dei fattori di corrosione del suolo è di grande importanza per valutare l'erosione delle reti metalliche indotta dal suolo ed eliminare i rischi di frana.
Si ritiene che le radici delle piante svolgano un ruolo cruciale nella stabilizzazione dei pendii e nel controllo dell'erosione10,11,12,13,14. Per stabilizzare i pendii contro le frane superficiali, si può utilizzare la vegetazione perché le radici delle piante possono fissare il terreno per prevenire le frane15,16,17. La vegetazione legnosa, in particolare gli alberi, aiuta a prevenire le frane superficiali18. Una robusta struttura protettiva formata dai sistemi radicali verticali e laterali delle piante che agiscono come pali di rinforzo nel terreno. Lo sviluppo dei modelli di architettura radicale è guidato dai geni e l'ambiente del suolo gioca un ruolo decisivo in questi processi. La corrosione dei metalli varia con l'ambiente del suolo20. Il grado di corrosione dei metalli nel suolo può variare da una dissoluzione abbastanza rapida a un impatto trascurabile21. Il suolo artificiale è molto diverso dal "suolo" reale. La formazione dei suoli naturali è il risultato delle interazioni tra l'ambiente esterno e vari organismi nel corso di decine di milioni di anni22,23,24. Prima che la vegetazione legnosa formi un sistema radicale e un ecosistema stabili, sia che la rete metallica combinata con La possibilità che i pendii rocciosi e i terreni artificiali funzionino in sicurezza è direttamente correlata allo sviluppo dell'economia naturale, alla sicurezza delle persone e al miglioramento dell'ambiente ecologico.
Tuttavia, la corrosione dei metalli può causare ingenti perdite. Secondo un'indagine condotta in Cina all'inizio degli anni '80 su macchinari chimici e altri settori, le perdite causate dalla corrosione dei metalli rappresentavano il 4% del valore totale della produzione. Pertanto, è di grande importanza studiare il meccanismo di corrosione e adottare misure di protezione per una costruzione economicamente vantaggiosa. Il suolo è un sistema complesso di gas, liquidi, solidi e microrganismi. I metaboliti microbici possono corrodere i materiali e anche le correnti vaganti possono causare corrosione. Pertanto, è importante prevenire la corrosione dei metalli interrati. Attualmente, la ricerca sulla corrosione dei metalli interrati si concentra principalmente su (1) fattori che influenzano la corrosione dei metalli interrati25; (2) metodi di protezione dei metalli26,27; (3) metodi di valutazione del grado di corrosione dei metalli28; Corrosione in diversi mezzi. Tuttavia, tutti i suoli nello studio erano naturali e avevano subito sufficienti processi di formazione del suolo. Tuttavia, non esiste alcuna segnalazione sull'erosione artificiale del suolo dei pendii rocciosi ferroviari.
Rispetto ad altri mezzi corrosivi, il suolo artificiale presenta le caratteristiche di illiquidità, eterogeneità, stagionalità e regionalità. La corrosione dei metalli nei suoli artificiali è causata da interazioni elettrochimiche tra i metalli e il suolo artificiale. Oltre ai fattori intrinseci, la velocità di corrosione dei metalli dipende anche dall'ambiente circostante. Diversi fattori influenzano la corrosione dei metalli singolarmente o in combinazione, come il contenuto di umidità, il contenuto di ossigeno, il contenuto totale di sali solubili, il contenuto di anioni e ioni metallici, il pH e i microrganismi del suolo30,31,32.
In 30 anni di pratica, la questione di come preservare permanentemente i terreni artificiali sui pendii rocciosi è stata un problema33. Arbusti o alberi non riescono a crescere su alcuni pendii dopo 10 anni di cura manuale a causa dell'erosione del suolo. Lo sporco sulla superficie della rete metallica è stato lavato via in alcuni punti. A causa della corrosione, alcune reti metalliche si sono incrinate e hanno perso tutto il terreno sopra e sotto di esse (Figura 1). Attualmente, la ricerca sulla corrosione dei pendii ferroviari si concentra principalmente sulla corrosione della rete di messa a terra della sottostazione ferroviaria, sulla corrosione da corrente vagante generata dalla metropolitana leggera e sulla corrosione di ponti ferroviari34,35, binari e altre attrezzature dei veicoli36. Non ci sono state segnalazioni di corrosione della rete metallica di protezione dei pendii ferroviari. Questo articolo studia le proprietà fisiche, chimiche ed elettrochimiche dei terreni artificiali sul pendio roccioso sud-occidentale della ferrovia Suiyu, con l'obiettivo di prevedere la corrosione del metallo valutando le proprietà del suolo e fornire una base teorica e pratica per il ripristino dell'ecosistema del suolo e il ripristino artificiale.
Il sito di prova si trova nella zona collinare del Sichuan (30°32′N, 105°32′E) vicino alla stazione ferroviaria di Suining. L'area si trova al centro del bacino del Sichuan, con basse montagne e colline, con una struttura geologica semplice e terreno pianeggiante. L'erosione, il taglio e l'accumulo di acqua creano paesaggi collinari erosi. Il substrato roccioso è principalmente calcareo e il sovraccarico è principalmente sabbia viola e argillite. L'integrità è scarsa e la roccia ha una struttura a blocchi. L'area di studio ha un clima monsonico umido subtropicale con caratteristiche stagionali di primavera precoce, estate calda, autunno breve e inverno tardivo. Le precipitazioni sono abbondanti, le risorse di luce e calore sono abbondanti, il periodo senza gelo è lungo (285 giorni in media), il clima è mite, la temperatura media annuale è di 17,4°C, la temperatura media del mese più caldo (agosto) è di 27,2°C e la temperatura massima estrema è di 39,3°C. Il mese più freddo è gennaio (la temperatura media è La temperatura media annua è di 6,5 °C, la temperatura minima estrema è di -3,8 °C e le precipitazioni medie annue sono di 920 mm, concentrate principalmente nei mesi di luglio e agosto. Le precipitazioni in primavera, estate, autunno e inverno variano notevolmente. La percentuale di precipitazioni in ciascuna stagione dell'anno è rispettivamente del 19-21%, 51-54%, 22-24% e 4-5%.
Il sito di ricerca è un pendio di circa 45° sul tracciato della ferrovia Yu-Sui, costruita nel 2003. Nell'aprile del 2012, era orientato a sud e si trovava a circa 1 km dalla stazione ferroviaria di Suining. Il pendio naturale è stato utilizzato come controllo. Il ripristino ecologico del pendio adotta la tecnologia di spruzzatura del terreno topdressing straniera per il ripristino ecologico. In base all'altezza del pendio laterale della ferrovia, il pendio può essere diviso in salita, media pendenza e discesa (Fig. 2). Poiché lo spessore del terreno artificiale del pendio tagliato è di circa 10 cm, al fine di evitare la contaminazione dei prodotti di corrosione della rete metallica del terreno, utilizziamo solo una pala in acciaio inossidabile per prelevare la superficie del terreno 0-8 cm. Sono state impostate quattro repliche per ogni posizione del pendio, con 15-20 punti di campionamento casuali per replica. Ogni replica è una miscela di 15-20 punti di campionamento a linea a forma di S determinati casualmente. Il suo peso fresco è di circa 500 grammi. I campioni vengono riportati in laboratorio in sacchetti di polietilene con chiusura a zip per l'elaborazione. Il terreno viene essiccato naturalmente all'aria e la ghiaia e i residui animali e vegetali vengono raccolti, frantumati con un bastoncino di agata e setacciati con un setaccio a 20 maglie, Setaccio in nylon a 100 maglie, eccetto per le particelle più grossolane.
La resistività del terreno è stata misurata con il tester di resistenza di messa a terra VICTOR4106 prodotto dalla Shengli Instrument Company; la resistività del terreno è stata misurata sul campo; L'umidità del suolo è stata misurata con il metodo di essiccazione. Lo strumento digitale portatile mv/pH DMP-2 presenta un'elevata impedenza di ingresso per la misurazione del potenziale di corrosione del suolo. Il gradiente di potenziale e il potenziale redox sono stati determinati con il DMP-2, il sale solubile totale nel suolo è stato determinato con il metodo di essiccazione del residuo, il contenuto di ioni cloruro nel suolo è stato determinato con il metodo di titolazione AgNO3 (metodo Mohr), il contenuto di solfato nel suolo è stato determinato con il metodo di titolazione indiretta EDTA, il metodo di titolazione a doppio indicatore per determinare carbonato e bicarbonato nel suolo, il metodo di riscaldamento ossidativo del dicromato di potassio per determinare la sostanza organica del suolo, il metodo di diffusione della soluzione alcalina per determinare l'azoto di idrolisi alcalina del suolo, il metodo colorimetrico Mo-Sb con digestione H2SO4-HClO4. Il fosforo totale nel suolo e il contenuto di fosforo disponibile nel suolo sono stati determinati con il metodo Olsen (soluzione di NaHCO3 0,05 mol/L come estrattore) e il contenuto totale di potassio nel suolo è stato determinato con la fotometria a fiamma di fusione con idrossido di sodio.
I dati sperimentali sono stati inizialmente sistematizzati. Per eseguire l'analisi della media, della deviazione standard, l'ANOVA a una via e l'analisi di correlazione umana è stato utilizzato il software SPSS Statistics 20.
La Tabella 1 presenta le proprietà elettromeccaniche, gli anioni e i nutrienti dei suoli con diverse pendenze. Il potenziale di corrosione, la resistività del suolo e il gradiente di potenziale est-ovest delle diverse pendenze erano tutti significativi (P < 0,05). I potenziali redox di discesa, media pendenza e pendenza naturale erano significativi (P < 0,05). Il gradiente di potenziale perpendicolare alla rotaia, cioè il gradiente di potenziale nord-sud, è salita > discesa > media pendenza. Il valore del pH del suolo era nell'ordine discesa > salita > media pendenza > pendenza naturale. Il sale solubile totale, la pendenza naturale era significativamente più alta della pendenza ferroviaria (P < 0,05). Il contenuto di sale solubile totale del suolo della pendenza ferroviaria di terzo grado è superiore a 500 mg/kg e il sale solubile totale ha un effetto moderato sulla corrosione dei metalli. Il contenuto di sostanza organica del suolo era più alto nella pendenza naturale e più basso nella discesa (P < 0,05). Il contenuto di azoto totale era più alto nella media pendenza e più basso nella salita; Il contenuto di azoto disponibile era più elevato nella parte a valle e nella parte centrale del pendio, e più basso nel pendio naturale; il contenuto totale di azoto nella parte a monte e a valle della ferrovia era inferiore, ma il contenuto di azoto disponibile era più elevato. Ciò indica che il tasso di mineralizzazione dell'azoto organico in salita e in discesa è rapido. Il contenuto di potassio disponibile è uguale al contenuto di fosforo disponibile.
La resistività del suolo è un indice che indica la conduttività elettrica e un parametro fondamentale per valutare la corrosività del suolo. I fattori che influenzano la resistività del suolo includono il contenuto di umidità, il contenuto totale di sali solubili, il pH, la tessitura del suolo, la temperatura, il contenuto di sostanza organica, la temperatura del suolo e la compattezza. In generale, i suoli con bassa resistività sono più corrosivi e viceversa. L'utilizzo della resistività per valutare la corrosività del suolo è un metodo comunemente impiegato in diversi paesi. La Tabella 1 mostra i criteri di valutazione del grado di corrosività per ciascun singolo indice37,38.
Secondo i risultati dei test e gli standard del mio paese (Tabella 1), se la corrosività del suolo viene valutata solo in base alla resistività del suolo, il suolo sul pendio a monte è altamente corrosivo; il suolo sul pendio a valle è moderatamente corrosivo; la corrosività del suolo sul pendio intermedio e sul pendio naturale è relativamente bassa.
La resistività del terreno sul versante a monte è significativamente inferiore rispetto a quella di altre parti del pendio, il che potrebbe essere causato dall'erosione dovuta alla pioggia. Lo strato superficiale del terreno sul versante a monte scorre verso il versante centrale con l'acqua, in modo che la rete metallica di protezione del pendio a monte sia vicina allo strato superficiale del terreno. Alcune maglie metalliche erano esposte e persino sospese in aria (Figura 1). La resistività del terreno è stata misurata in loco; la spaziatura dei pali era di 3 m; la profondità di infissione dei pali era inferiore a 15 cm. La rete metallica esposta e la ruggine scrostata possono interferire con i risultati della misurazione. Pertanto, non è affidabile valutare la corrosività del terreno solo tramite l'indice di resistività del terreno. Nella valutazione completa della corrosione, la resistività del terreno sul versante a monte non viene considerata.
A causa dell'elevata umidità relativa, l'aria perennemente umida nella regione del Sichuan provoca una corrosione più grave della rete metallica esposta all'aria rispetto a quella interrata nel terreno39. L'esposizione della rete metallica all'aria può comportare una riduzione della sua durata utile, che a sua volta può destabilizzare i terreni in pendenza. L'erosione del suolo può rendere difficile la crescita delle piante, soprattutto di quelle legnose. A causa della mancanza di piante legnose, è difficile che si formi un apparato radicale in pendenza per consolidare il terreno. Allo stesso tempo, la crescita delle piante può anche migliorare la qualità del suolo e aumentare il contenuto di humus, che non solo trattiene l'acqua, ma fornisce anche un ambiente favorevole alla crescita e alla riproduzione di animali e piante, riducendo così l'erosione del suolo. Pertanto, nella fase iniziale della costruzione, è opportuno seminare più semi di piante legnose in pendenza e aggiungere continuamente un agente di ritenzione idrica, coprendo il terreno con una pellicola protettiva, in modo da ridurre l'erosione del suolo in pendenza causata dall'acqua piovana.
Il potenziale di corrosione è un fattore importante che influenza la corrosione della rete di protezione del pendio sul pendio a tre livelli e ha il maggiore impatto sul pendio a monte (Tabella 2). In condizioni normali, il potenziale di corrosione non cambia molto in un dato ambiente. Un cambiamento notevole può essere causato dalle correnti vaganti. Le correnti vaganti si riferiscono alle correnti 40, 41, 42 che fuoriescono nel sottofondo stradale e nel terreno quando i veicoli utilizzano il sistema di trasporto pubblico. Con lo sviluppo del sistema di trasporto, il sistema di trasporto ferroviario del mio paese ha raggiunto l'elettrificazione su larga scala e la corrosione dei metalli interrati causata dalla dispersione di corrente continua dalle ferrovie elettrificate non può essere ignorata. Attualmente, il gradiente di potenziale del suolo può essere utilizzato per determinare se il suolo contiene disturbi di corrente vagante. Quando il gradiente di potenziale del suolo superficiale è inferiore a 0,5 mV/m, la corrente vagante è bassa; quando il gradiente di potenziale è compreso tra 0,5 mV/m e 5,0 mV/m, la corrente vagante è moderata; Quando il gradiente di potenziale è maggiore di 5,0 mV/m, il livello di corrente vagante è elevato. La gamma di variazione del gradiente di potenziale (EW) della parte centrale, della parte superiore e della parte inferiore del pendio è mostrata in Figura 3. In termini di gamma di variazione, si riscontrano correnti vaganti moderate nelle direzioni est-ovest e nord-sud della parte centrale del pendio. Pertanto, la corrente vagante è un fattore importante che influenza la corrosione delle reti metalliche sulla parte centrale e inferiore del pendio, soprattutto sulla parte centrale.
In generale, un potenziale redox del suolo (Eh) superiore a 400 mV indica una capacità ossidante, superiore a 0-200 mV una capacità riducente media e inferiore a 0 mV una capacità riducente elevata. Minore è il potenziale redox del suolo, maggiore è la capacità corrosiva dei microrganismi del suolo nei confronti dei metalli44. È possibile prevedere l'andamento della corrosione microbica del suolo a partire dal potenziale redox. Lo studio ha rilevato che il potenziale redox del suolo dei tre pendii era superiore a 500 mV e il livello di corrosione era molto basso. Ciò dimostra che le condizioni di ventilazione del suolo del pendio sono buone, il che non favorisce la corrosione da parte dei microrganismi anaerobici presenti nel suolo.
Studi precedenti hanno dimostrato che l'impatto del pH del suolo sull'erosione del suolo è evidente. Con la fluttuazione del valore del pH, il tasso di corrosione dei materiali metallici è significativamente influenzato. Il pH del suolo è strettamente correlato all'area e ai microrganismi presenti nel suolo45,46,47. In generale, l'effetto del pH del suolo sulla corrosione dei materiali metallici in un terreno leggermente alcalino non è evidente. I terreni dei tre pendii ferroviari sono tutti alcalini, quindi l'effetto del pH sulla corrosione della rete metallica è debole.
Come si può vedere dalla Tabella 3, l'analisi di correlazione mostra che il potenziale redox e la posizione della pendenza sono significativamente correlati positivamente (R2 = 0,858), il potenziale di corrosione e il gradiente di potenziale (SN) sono significativamente correlati positivamente (R2 = 0,755) e il potenziale redox e il gradiente di potenziale (SN) sono significativamente correlati positivamente (R2 = 0,755). C'era una correlazione negativa significativa tra potenziale e pH (R2 = -0,724). La posizione del pendio era significativamente correlata positivamente con il potenziale redox. Ciò mostra che ci sono differenze nel microambiente di diverse posizioni del pendio e i microrganismi del suolo sono strettamente correlati al potenziale redox48, 49, 50. Il potenziale redox era significativamente correlato negativamente con il pH51,52. Questa relazione indicava che i valori di pH ed Eh non cambiavano sempre sincronicamente durante il processo redox del suolo, ma avevano una relazione lineare negativa. Il potenziale di corrosione del metallo può rappresentare la capacità relativa di guadagnare e perdere elettroni. Sebbene il potenziale di corrosione fosse significativamente correlato positivamente con il gradiente di potenziale (SN), il gradiente di potenziale può essere causato dalla facile perdita di elettroni da parte del metallo.
Il contenuto totale di sali solubili nel suolo è strettamente correlato alla corrosività del suolo. In generale, maggiore è la salinità del suolo, minore è la resistività del suolo, aumentando quindi la resistenza del suolo. Negli elettroliti del suolo, non solo gli anioni e le loro diverse concentrazioni, ma anche le influenze corrosive sono principalmente carbonati, cloruri e solfati. Inoltre, il contenuto totale di sali solubili nel suolo influenza indirettamente la corrosione attraverso l'influenza di altri fattori, come l'effetto del potenziale di elettrodo nei metalli e la solubilità dell'ossigeno nel suolo53.
La maggior parte degli ioni dissociati dal sale solubile nel suolo non partecipa direttamente alle reazioni elettrochimiche, ma influenza la corrosione dei metalli attraverso la resistività del suolo. Maggiore è la salinità del suolo, maggiore è la conduttività del suolo e maggiore è l'erosione del suolo. Il contenuto di salinità del suolo dei pendii naturali è significativamente più elevato di quello dei pendii ferroviari, il che potrebbe essere dovuto al fatto che i pendii naturali sono ricchi di vegetazione, che favorisce la conservazione del suolo e dell'acqua. Un'altra ragione potrebbe essere che il pendio naturale ha subito una matura formazione del suolo (materiale parentale del suolo formatosi dall'erosione della roccia), mentre il suolo del pendio ferroviario è composto da frammenti di pietra frantumata come matrice di "suolo artificiale" e non ha subito un sufficiente processo di formazione del suolo. I minerali non sono stati rilasciati. Inoltre, gli ioni di sale presenti nel suolo profondo dei pendii naturali risalgono per capillarità durante l'evaporazione superficiale e si accumulano nel suolo superficiale, con conseguente aumento del contenuto di ioni di sale nel suolo superficiale. Lo spessore del suolo del pendio ferroviario è inferiore a 20 cm, con conseguente incapacità dello strato superficiale di reintegrare il sale dal suolo profondo.
Gli ioni positivi (come K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, ecc.) hanno scarso effetto sulla corrosione del suolo, mentre gli anioni svolgono un ruolo significativo nel processo elettrochimico di corrosione e hanno un impatto significativo sulla corrosione dei metalli. Il Cl− può accelerare la corrosione dell'anodo ed è l'anione più corrosivo; maggiore è il contenuto di Cl−, più forte è la corrosione del suolo. Il SO42− non solo promuove la corrosione dell'acciaio, ma causa anche corrosione in alcuni materiali in calcestruzzo54. Corrode anche il ferro. In una serie di esperimenti su terreni acidi, si è scoperto che il tasso di corrosione è proporzionale all'acidità del suolo55. Il cloruro e il solfato sono i componenti principali dei sali solubili, che possono accelerare direttamente la cavitazione dei metalli. Studi hanno dimostrato che la perdita di peso per corrosione dell'acciaio al carbonio in terreni alcalini è quasi proporzionale all'aggiunta di ioni cloruro e solfato56,57. Lee et al. hanno scoperto che SO42- può ostacolare la corrosione, ma promuovere lo sviluppo di pitting da corrosione già formato58.
Secondo lo standard di valutazione della corrosività del suolo e i risultati dei test, il contenuto di ioni cloruro in ogni campione di suolo del pendio era superiore a 100 mg/kg, indicando una forte corrosività del suolo. Il contenuto di ioni solfato sia del pendio a monte che di quello a valle era superiore a 200 mg/kg e inferiore a 500 mg/kg, e il suolo era moderatamente corroso. Il contenuto di ioni solfato nel pendio centrale è inferiore a 200 mg/kg e la corrosione del suolo è debole. Quando il mezzo del suolo contiene un'alta concentrazione, parteciperà alla reazione e produrrà una scaglia di corrosione sulla superficie dell'elettrodo metallico, rallentando così la reazione di corrosione. Man mano che la concentrazione aumenta, la scaglia può rompersi improvvisamente, accelerando notevolmente la velocità di corrosione; man mano che la concentrazione continua ad aumentare, la scaglia di corrosione copre la superficie dell'elettrodo metallico e la velocità di corrosione mostra di nuovo una tendenza al rallentamento59. Lo studio ha rilevato che la quantità nel suolo era inferiore e quindi aveva scarso effetto sulla corrosione.
Secondo la Tabella 4, la correlazione tra pendenza e anioni del suolo ha mostrato una correlazione positiva significativa tra pendenza e ioni cloruro (R2=0,836) e una correlazione positiva significativa tra pendenza e sali solubili totali (R2=0,742).
Ciò suggerisce che il deflusso superficiale e l'erosione del suolo potrebbero essere responsabili delle variazioni dei sali solubili totali nel suolo. È stata riscontrata una correlazione positiva significativa tra i sali solubili totali e gli ioni cloruro, probabilmente perché i sali solubili totali rappresentano il pool di ioni cloruro e il loro contenuto determina il contenuto di ioni cloruro nelle soluzioni del suolo. Pertanto, possiamo dedurre che la differenza di pendenza può causare una grave corrosione della parte in rete metallica.
La sostanza organica, l'azoto totale, l'azoto disponibile, il fosforo disponibile e il potassio disponibile sono i nutrienti di base del suolo, che influenzano la qualità del suolo e l'assorbimento dei nutrienti da parte dell'apparato radicale. I nutrienti del suolo sono un fattore importante che influenza i microrganismi presenti nel suolo, quindi vale la pena studiare se esiste una correlazione tra i nutrienti del suolo e la corrosione dei metalli. La ferrovia Suiyu è stata completata nel 2003, il che significa che il terreno artificiale ha subito solo 9 anni di accumulo di sostanza organica. Data la particolarità del terreno artificiale, è necessario avere una buona comprensione dei nutrienti in esso contenuti.
La ricerca mostra che il contenuto di sostanza organica è più elevato nel suolo del pendio naturale dopo l'intero processo di formazione del suolo. Il contenuto di sostanza organica era più basso nel suolo del pendio inferiore. A causa dell'influenza degli agenti atmosferici e del deflusso superficiale, i nutrienti del suolo si accumulano nella parte centrale e inferiore del pendio, formando uno spesso strato di humus. Tuttavia, a causa delle piccole particelle e della scarsa stabilità del suolo del pendio inferiore, la sostanza organica viene facilmente decomposta dai microrganismi. L'indagine ha rilevato che la copertura e la diversità della vegetazione nella parte centrale e inferiore del pendio erano elevate, ma l'omogeneità era bassa, il che può portare a una distribuzione non uniforme dei nutrienti superficiali. Uno spesso strato di humus trattiene l'acqua e gli organismi del suolo sono attivi. Tutto ciò accelera la decomposizione della sostanza organica nel suolo.
Il contenuto di azoto idrolizzato alcalino delle ferrovie a monte, a metà pendio e a valle era superiore a quello del pendio naturale, indicando che il tasso di mineralizzazione dell'azoto organico del pendio ferroviario era significativamente più alto di quello del pendio naturale. Più piccole sono le particelle, più instabile è la struttura del suolo, più facile è per i microrganismi decomporre la sostanza organica negli aggregati e maggiore è il pool di azoto organico mineralizzato60,61. In linea con i risultati dello studio 62, il contenuto di aggregati di piccole particelle nel suolo dei pendii ferroviari era significativamente più alto di quello dei pendii naturali. Pertanto, è necessario adottare misure appropriate per aumentare il contenuto di fertilizzanti, sostanza organica e azoto nel suolo del pendio ferroviario e per migliorare l'utilizzo sostenibile del suolo. La perdita di fosforo disponibile e potassio disponibile causata dal deflusso superficiale rappresentava dal 77,27% al 99,79% della perdita totale del pendio ferroviario. Il deflusso superficiale può essere il principale fattore determinante della perdita di nutrienti disponibili nel pendio suoli63,64,65.
Come mostrato nella Tabella 4, è stata riscontrata una correlazione positiva significativa tra la posizione del pendio e il fosforo disponibile (R2=0,948), e la correlazione tra la posizione del pendio e il potassio disponibile è risultata analoga (R2=0,898). Ciò dimostra che la posizione del pendio influenza il contenuto di fosforo e potassio disponibili nel suolo.
La pendenza è un fattore importante che influenza il contenuto di sostanza organica del suolo e l'arricchimento di azoto66, e minore è la pendenza, maggiore è il tasso di arricchimento. Per l'arricchimento di nutrienti nel suolo, la perdita di nutrienti è stata attenuata e l'effetto della posizione del pendio sul contenuto di sostanza organica del suolo e sull'arricchimento totale di azoto non è stato evidente. Diversi tipi e numeri di piante su diversi pendii hanno diversi acidi organici secreti dalle radici delle piante. Gli acidi organici sono benefici per la fissazione del fosforo disponibile e del potassio disponibile nel suolo. Pertanto, c'era una correlazione significativa tra la posizione del pendio e il fosforo disponibile, e la posizione del pendio e il potassio disponibile.
Al fine di chiarire la relazione tra i nutrienti del suolo e la corrosione del suolo, è necessario analizzare la correlazione. Come mostrato nella Tabella 5, il potenziale redox è risultato significativamente correlato negativamente con l'azoto disponibile (R2 = -0,845) e significativamente correlato positivamente con il fosforo disponibile (R2 = 0,842) e il potassio disponibile (R2 = 0,980). Il potenziale redox riflette la qualità del redox, che è solitamente influenzata da alcune proprietà fisiche e chimiche del suolo, e quindi influenza una serie di proprietà del suolo. Pertanto, è un fattore importante nel determinare la direzione della trasformazione dei nutrienti del suolo67. Diverse qualità redox possono risultare in diversi stati e disponibilità di fattori nutritivi. Pertanto, il potenziale redox ha una correlazione significativa con l'azoto disponibile, il fosforo disponibile e il potassio disponibile.
Oltre alle proprietà dei metalli, il potenziale di corrosione è correlato anche alle proprietà del suolo. Il potenziale di corrosione è risultato significativamente correlato negativamente con la sostanza organica, indicando che la sostanza organica ha avuto un effetto significativo sul potenziale di corrosione. Inoltre, la sostanza organica è risultata significativamente correlata negativamente anche con il gradiente di potenziale (SN) (R2=-0,713) e con lo ione solfato (R2=-0,671), indicando che il contenuto di sostanza organica influenza anche il gradiente di potenziale (SN) e lo ione solfato. È stata riscontrata una correlazione negativa significativa tra il pH del suolo e il potassio disponibile (R2 = -0,728).
L'azoto disponibile era significativamente correlato negativamente con i sali solubili totali e gli ioni cloruro, mentre il fosforo disponibile e il potassio disponibile erano significativamente correlati positivamente con i sali solubili totali e gli ioni cloruro. Ciò indicava che il contenuto di nutrienti disponibili influenzava significativamente la quantità di sali solubili totali e ioni cloruro nel suolo, e che gli anioni nel suolo non erano favorevoli all'accumulo e alla fornitura di nutrienti disponibili. L'azoto totale era significativamente correlato negativamente con lo ione solfato e significativamente correlato positivamente con il bicarbonato, indicando che l'azoto totale aveva un effetto sul contenuto di solfato e bicarbonato. Le piante hanno una scarsa richiesta di ioni solfato e ioni bicarbonato, quindi la maggior parte di essi è libera nel suolo o assorbita dai colloidi del suolo. Gli ioni bicarbonato favoriscono l'accumulo di azoto nel suolo, mentre gli ioni solfato riducono la disponibilità di azoto nel suolo. Pertanto, aumentare opportunamente il contenuto di azoto disponibile e humus nel suolo è vantaggioso per ridurre la corrosività del suolo.
Il suolo è un sistema con composizione e proprietà complesse. La corrosività del suolo è il risultato dell'azione sinergica di molti fattori. Pertanto, per valutare la corrosività del suolo si utilizza generalmente un metodo di valutazione completo. Facendo riferimento al "Codice per le indagini geotecniche" (GB50021-94) e ai metodi di prova della Rete cinese di test sulla corrosione del suolo, il grado di corrosione del suolo può essere valutato in modo completo secondo i seguenti standard: (1) La valutazione è di corrosione debole, se è presente solo corrosione debole, in assenza di corrosione moderata o forte; (2) se non è presente corrosione forte, la valutazione è di corrosione moderata; (3) se sono presenti uno o due punti di corrosione forte, la valutazione è di corrosione forte; (4) se sono presenti 3 o più punti di corrosione forte, la valutazione è di corrosione forte per corrosione grave.
In base alla resistività del suolo, al potenziale redox, al contenuto idrico, al contenuto salino, al valore del pH e al contenuto di Cl- e SO42-, sono stati valutati in modo esaustivo i gradi di corrosione dei campioni di suolo prelevati da diverse pendenze. I risultati della ricerca mostrano che i suoli su tutte le pendenze sono altamente corrosivi.
Il potenziale di corrosione è un fattore importante che influenza la corrosione della rete di protezione dei pendii. I potenziali di corrosione dei tre pendii sono tutti inferiori a -200 mV, il che ha il maggiore impatto sulla corrosione della rete metallica a monte. Il gradiente di potenziale può essere utilizzato per valutare l'entità della corrente vagante nel terreno. La corrente vagante è un fattore importante che influenza la corrosione della rete metallica sui pendii intermedi e a monte, soprattutto sui pendii intermedi. Il contenuto totale di sali solubili nei terreni dei pendii superiore, intermedio e inferiore era sempre superiore a 500 mg/kg e l'effetto corrosivo sulla rete di protezione dei pendii era moderato. Il contenuto di acqua nel terreno è un fattore importante che influenza la corrosione delle reti metalliche sui pendii intermedi e a valle e ha un maggiore impatto sulla corrosione delle reti di protezione dei pendii. I nutrienti sono più abbondanti nel terreno dei pendii intermedi, il che indica che vi sono frequenti attività microbiche e una rapida crescita delle piante.
La ricerca mostra che il potenziale di corrosione, il gradiente di potenziale, il contenuto totale di sali solubili e il contenuto di acqua sono i principali fattori che influenzano la corrosione del suolo sui tre pendii, e la corrosività del suolo è valutata come elevata. La corrosione della rete di protezione del pendio è più grave sul pendio centrale, il che fornisce un riferimento per la progettazione anticorrosione della rete di protezione dei pendii ferroviari. L'aggiunta appropriata di azoto disponibile e fertilizzanti organici è utile per ridurre la corrosione del suolo, favorire la crescita delle piante e, infine, stabilizzare il pendio.
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