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Tomando la pendiente del ferrocarril Sui-Chongqing como objeto de investigación, se analizaron 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, Cl₂, SO₄₂) y la nutrición del suelo (contenido de humedad, materia orgánica, nitrógeno total, nitrógeno hidrolizado alcalino, fósforo disponible, potasio disponible). En diferentes pendientes, se evaluó el grado de corrosión según los indicadores individuales y los indicadores integrales del suelo artificial. En comparación con otros factores, el agua tiene la mayor influencia en la corrosión de la red de protección de pendientes, seguida del contenido de aniones. La sal soluble total tiene un efecto moderado en la corrosión de la red de protección de pendientes, y la corriente parásita tiene un efecto moderado en la corrosión de la red de protección de pendientes. Se evaluó exhaustivamente el grado de corrosión de las muestras de suelo, y la corrosión en la pendiente superior fue moderada, y la corrosión en las pendientes media e inferior fue fuerte. La materia orgánica del suelo se correlacionó significativamente con el gradiente de potencial. El nitrógeno, el potasio y el fósforo disponibles se correlacionaron significativamente con los aniones. La distribución La cantidad de nutrientes del suelo está relacionada indirectamente con el tipo de pendiente.
Al construir ferrocarriles, autopistas e instalaciones de conservación de agua, las aberturas en las montañas son a menudo inevitables. Debido a las montañas en el suroeste, la construcción de ferrocarriles de China requiere una gran cantidad de excavación de la montaña. Destruye el suelo y la vegetación originales, creando laderas rocosas expuestas. Esta situación conduce a deslizamientos de tierra y erosión del suelo, amenazando así la seguridad del transporte ferroviario. Los deslizamientos de tierra son malos 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 ampliamente distribuido1. En la evaluación de 2008 de 4.243 kilómetros de carreteras principales de la provincia de Sichuan, se registraron 1.736 desastres sísmicos graves en las plataformas y muros de contención de taludes, lo que representa el 39,76 % del total de la evaluación. Las pérdidas económicas directas por daños en las carreteras superaron los 58.000 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 40-50 años (terremoto de Kanto en Japón). 4,5. La pendiente es el principal factor que afecta el riesgo sísmico. 6,7. Por lo tanto, es necesario mantener la pendiente de la carretera y fortalecer su estabilidad. Las plantas desempeñan un papel insustituible en la protección de taludes y la restauración del paisaje ecológico. 8. En comparación con las pendientes de tierra ordinarias, las pendientes rocosas no acumulan nutrientes como materia orgánica, nitrógeno, fósforo y potasio, ni cuentan con el entorno edáfico necesario para el crecimiento de la vegetación. Debido a factores como las grandes pendientes y la lluvia. La erosión hace que el suelo de la pendiente se pierda 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. 9. La pulverización de pendientes con material base para cubrir el suelo y protegerlo es una tecnología de restauración ecológica de pendientes comúnmente utilizada en mi país. El suelo artificial utilizado para la pulverización se compone de piedra triturada, tierra de cultivo, paja, fertilizante compuesto, agente retenedor de agua y adhesivo (los adhesivos más utilizados incluyen cemento Portland, pegamento orgánico y emulsionante asfáltico) en cierta proporción. 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 rocía tierra artificial con semillas en la pendiente con un pulverizador especial. La malla metálica en forma de diamante 14# que está completamente galvanizada es la más utilizada, 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 mismo 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 peligros de deslizamientos de tierra.
Se cree que las raíces de las plantas desempeñan un papel crucial en la estabilización de pendientes y el control de la erosión10,11,12,13,14. Para estabilizar pendientes contra deslizamientos superficiales, se puede utilizar vegetación, ya que 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 arquitectura radicular 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 diversos organismos a lo largo de decenas de millones de años22,23,24. Antes de que la vegetación leñosa forme un sistema radicular estable y un ecosistema, si la malla metálica se combina Con la pendiente rocosa y el suelo artificial se puede funcionar de forma segura, lo que está directamente relacionado con el desarrollo de la economía natural, la seguridad de la vida y la mejora del medio ambiente ecológico.
Sin embargo, la corrosión de los metales puede conducir a enormes pérdidas. Según una encuesta realizada en China a principios de la década de 1980 en 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 del metal28; Corrosión en diferentes medios. Sin embargo, todos los suelos en el estudio eran naturales y habían experimentado suficientes procesos de formación de suelo. Sin embargo, no hay ningún informe sobre la erosión artificial del suelo de las laderas rocosas del ferrocarril.
En comparación con otros medios corrosivos, el suelo artificial tiene las características de iliquidez, heterogeneidad, estacionalidad y regionalidad. La corrosión del metal en suelos artificiales es causada por interacciones electroquímicas entre metales y suelos artificiales. Además de los factores innatos, la velocidad de corrosión del metal también depende del entorno circundante. Una variedad de factores afectan la corrosión del metal individualmente o en combinación, como el contenido de humedad, el contenido de oxígeno, el contenido total de sal soluble, el contenido de aniones e iones metálicos, el pH y los microbios del suelo30,31,32.
En 30 años de práctica, la cuestión de cómo preservar de forma permanente los suelos artificiales en las laderas rocosas ha sido un problema33. Los arbustos o árboles no pueden crecer en algunas laderas 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 toda la tierra por encima y por debajo de ellas (Figura 1). En la actualidad, la investigación sobre la corrosión de las laderas ferroviarias se centra principalmente en la corrosión de la rejilla de puesta a tierra de la subestación ferroviaria, la corrosión por corrientes parásitas generada por el tren ligero y la corrosión de los puentes ferroviarios34,35, las vías y otros equipos de los vehículos36. No ha habido informes de corrosión de la malla metálica de protección de la ladera ferroviaria. Este documento estudia las propiedades físicas, químicas y electroquímicas de los suelos artificiales en la ladera 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 se encuentra 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 bajas y colinas, con una estructura geológica simple y un terreno llano. La erosión, el corte y la acumulación de agua crean paisajes montañosos erosionados. El lecho rocoso es principalmente de piedra caliza, y la sobrecarga es principalmente arena púrpura y lutita. La integridad es deficiente y la roca es una estructura en bloques. El área de estudio tiene un clima monzónico húmedo subtropical con características estacionales de principios de primavera, veranos calurosos, otoño corto y finales de invierno. 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 promedio anual es de 17,4 °C, la temperatura promedio del mes más cálido (agosto) es de 27,2 °C y la temperatura máxima extrema es de 39,3 °C. El mes más frío Enero (temperatura media de 6,5 °C), con una temperatura mínima extrema de -3,8 °C y una precipitación media anual de 920 mm, concentrada principalmente en julio y agosto. La pluviosidad en primavera, verano, otoño e invierno varía considerablemente. La proporción de lluvia en cada estación del año es del 19-21 %, 51-54 %, 22-24 % y 4-5 %, respectivamente.
El sitio de investigación está en una pendiente de aproximadamente 45° en la pendiente del ferrocarril Yu-Sui construido en 2003. En abril de 2012, estaba orientado al sur a 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 tierra 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 usamos 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 15-20 puntos de muestreo aleatorios por réplica. Cada réplica es una mezcla de 15-20 puntos de muestreo determinados aleatoriamente a partir de líneas en forma de S. Su peso fresco es de aproximadamente 500 gramos. Lleve las muestras de regreso al laboratorio en bolsas ziplock de polietileno para su procesamiento. El suelo se seca al aire naturalmente, y la grava y los residuos animales y vegetales se seleccionan, se trituran con una varilla de ágata y se tamizan con una malla de 20. Tamiz de nailon de 100 mallas, excepto las partículas gruesas.
La resistividad del suelo se midió con el comprobador de resistencia de puesta a tierra VICTOR4106 producido 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 mv/pH digital portátil DMP-2, la sal soluble total en el suelo se determinó mediante el método de secado de residuos, el contenido de iones de 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 con EDTA, el método de titulación de doble indicador para determinar el carbonato y 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 Mo-Sb de digestión con H2SO4-HClO4 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 fueron sistematizados inicialmente. Se utilizó el programa SPSS Statistics 20 para realizar el análisis de media, desviación estándar, ANOVA unidireccional y correlación humana.
Español 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 pendiente descendente, pendiente media y 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 estaba en el orden de pendiente descendente> pendiente ascendente> pendiente media> pendiente natural. La sal soluble total, pendiente natural fue significativamente mayor que la pendiente del ferrocarril (P < 0,05). El contenido total de sal soluble del suelo de pendiente del ferrocarril de tercer grado es superior a 500 mg/kg, y la sal soluble total tiene un efecto moderado en 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 mayor en la pendiente descendente y media, y menor en la pendiente natural; el contenido total de nitrógeno de la pendiente ascendente y descendente del ferrocarril fue menor, pero el contenido de nitrógeno disponible fue mayor. Esto indica que la tasa de mineralización de nitrógeno orgánico cuesta arriba y cuesta abajo 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 juzgar la corrosión del suelo. Los factores que afectan la resistividad del suelo incluyen el contenido de humedad, el contenido total de sal soluble, el pH, la textura del suelo, la temperatura, el contenido de materia orgánica, la temperatura del suelo y la estanqueidad. En términos generales, los suelos con baja resistividad son más corrosivos y viceversa. El uso de la resistividad para juzgar 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.
De acuerdo con los resultados de las pruebas y los estándares en mi país (Tabla 1), si la corrosividad del suelo solo se evalúa 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 o débil.
La resistividad del suelo de la pendiente ascendente es significativamente menor que la de otras partes de la pendiente, lo que puede ser causado por la erosión de la lluvia. La capa superficial del suelo en la pendiente ascendente fluye hacia la pendiente media con el agua, de modo que la red de protección de la pendiente metálica de la pendiente ascendente 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 de los pilotes era de 3 m; la profundidad de hincado de los pilotes era inferior a 15 cm. La malla metálica desnuda y el óxido descascarado pueden interferir con los resultados de la medición. Por lo tanto, no es confiable evaluar la corrosividad del suelo solo por el índice de resistividad del suelo. En la evaluación integral de la corrosión, no se considera la resistividad del suelo de la pendiente ascendente.
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 seriamente 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 cuesta arriba. La pérdida de suelo puede dificultar el crecimiento de las plantas, especialmente las leñosas. Debido a la falta de plantas leñosas, es difícil formar un sistema de raíces cuesta arriba 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, que no solo puede retener agua, sino que también proporciona 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 pendiente ascendente, y se debe agregar continuamente un agente de retención de agua y cubrirlo con una película para su protección, a fin de reducir la erosión del suelo de la pendiente ascendente por el agua de lluvia.
El potencial de corrosión es un factor importante que afecta la corrosión de la red de protección de pendientes en la pendiente de tres niveles y tiene el mayor impacto en la pendiente ascendente (Tabla 2). En condiciones normales, el potencial de corrosión no cambia mucho en un entorno determinado. Un cambio notable puede ser causado por corrientes parásitas. Las corrientes parásitas se refieren a las corrientes 40, 41, 42 que se filtran en el lecho 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 una electrificación a gran escala, y la corrosión de los metales enterrados causada por fugas de corriente continua de los ferrocarriles electrificados no se puede ignorar. Actualmente, el gradiente de potencial del suelo se puede utilizar para determinar si el suelo contiene perturbaciones de corriente parásita. Cuando el gradiente de potencial de la superficie del suelo 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 flotación del gradiente de potencial (EW) de la pendiente media, pendiente ascendente y pendiente descendente se muestra en la Figura 3. En términos del rango de flotación, 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 pendiente descendente, especialmente en la pendiente media.
Generalmente, el potencial redox del suelo (Eh) por encima de 400 mV indica la capacidad oxidante, por encima de 0-200 mV es una capacidad reductora media y por debajo de 0 mV es una capacidad reductora grande. Cuanto menor sea el potencial redox del suelo, mayor será la capacidad de corrosión de los microorganismos del suelo a 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 laderas era mayor a 500 mv y el nivel de corrosión era muy pequeño. Muestra que la condición de ventilación del suelo del terreno en pendiente es buena, lo que no es propicio para la corrosión de microorganismos anaeróbicos en el suelo.
Estudios previos han encontrado que el impacto del pH del suelo en la erosión del suelo es obvio. 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 el área y los microorganismos en el suelo45,46,47. En términos generales, el efecto del pH del suelo sobre la corrosión de los materiales metálicos en un suelo ligeramente alcalino no es obvio. Los suelos de las tres laderas del ferrocarril son todos alcalinos, por lo que el efecto del pH sobre la corrosión de la malla metálica es débil.
Como se puede ver 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 significativamente de forma positiva con el potencial redox. Esto demuestra que existen diferencias en el microambiente de las diferentes posiciones de la pendiente, y los microorganismos del suelo están estrechamente relacionados con el potencial redox48, 49, 50. El potencial redox se correlacionó significativamente de forma negativa con el pH51,52. Esta relación indicó que los valores de pH y Eh no siempre cambiaban sincrónicamente durante el proceso redox del suelo, sino que tenían 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 significativamente de forma positiva con el gradiente de potencial (SN), el gradiente de potencial puede ser causado por la fácil pérdida de electrones por parte del metal.
El contenido total de sal soluble del suelo está estrechamente relacionado con la corrosividad del suelo. En términos generales, cuanto mayor sea la salinidad del suelo, menor será la resistividad del suelo, aumentando así la resistencia del suelo. En los electrolitos del suelo, no solo los aniones y los rangos variables, sino también las influencias de la corrosión son principalmente carbonatos, cloruros y sulfatos. Además, el contenido total de sal soluble en el suelo afecta indirectamente la corrosión a través de la influencia de otros factores, como el efecto del potencial del electrodo en los metales y la solubilidad del oxígeno del suelo53.
La mayoría de los iones disociados de sal soluble en el suelo no participan directamente en las reacciones electroquímicas, pero afectan la corrosión del metal a través de la resistividad del suelo. Cuanto mayor sea la salinidad del suelo, más fuerte será la conductividad del suelo y más fuerte 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 al hecho de que las pendientes naturales son ricas en vegetación, lo que favorece la conservación del suelo y el agua. Otra razón puede ser que la pendiente natural ha experimentado la 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. Minerales no liberados. Además, los iones de sal en el suelo profundo de las pendientes naturales subieron 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 del ferrocarril es inferior a 20 cm, lo que resulta en la incapacidad de la capa superficial del suelo para complementar la sal del suelo profundo.
Los iones positivos (como K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etc.) tienen poco efecto en 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 del metal. 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 suelos ácidos, se descubrió que la tasa de corrosión era proporcional a la acidez del suelo55. El cloruro y el sulfato son los principales componentes 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 de cloruro y sulfato56,57. Lee et al. Se encontró que el SO42- puede obstaculizar la corrosión, pero promover el desarrollo de picaduras de corrosión que ya se han formado58.
Español Según la norma de evaluación de corrosividad del suelo y los resultados de las pruebas, el contenido de iones de 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 de sulfato tanto de las pendientes ascendentes como descendentes fue superior a 200 mg/kg e inferior a 500 mg/kg, y el suelo estaba moderadamente corroído. El contenido de iones de 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 incrustaciones de corrosión en la superficie del electrodo metálico, lo que ralentizará la reacción de corrosión. A medida que aumenta la concentración, las incrustaciones pueden romperse repentinamente, acelerando así en gran medida la velocidad de corrosión; a medida que la concentración continúa aumentando, las incrustaciones de corrosión cubren la superficie del electrodo metálico y la velocidad de corrosión muestra nuevamente una tendencia a la desaceleración59. El estudio encontró que la cantidad en el suelo era menor y, por lo tanto, tenía poco efecto sobre la corrosión.
De acuerdo con 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 de cloruro, lo que puede deberse a que las sales solubles totales son la reserva de iones de cloruro, y el contenido de sales solubles totales determina el contenido de iones de 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 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 en el suelo, por lo que vale la pena estudiar si existe una correlación entre los nutrientes del suelo y la corrosión del metal. El ferrocarril 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 una buena comprensión de los nutrientes en el suelo artificial.
La investigación muestra que el contenido de materia orgánica es el más alto en el suelo de pendiente natural después de todo el proceso de formación del suelo. El contenido de materia orgánica del suelo de pendiente baja fue el más bajo. Debido a la influencia de la meteorización y la escorrentía superficial, los nutrientes del suelo se acumularán en la pendiente media y baja, formando una capa gruesa de humus. Sin embargo, debido a las pequeñas partículas y la poca estabilidad del suelo de pendiente baja, la materia orgánica se descompone fácilmente por microorganismos. El estudio encontró que la cobertura y diversidad de la vegetación de pendiente media y baja eran altas, pero la homogeneidad era baja, lo que puede conducir a una distribución desigual de los nutrientes de la superficie. Una capa gruesa 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 alcalino en las vías férreas de ladera ascendente, media y descendente fue mayor que el de la pendiente natural, lo que indica que la tasa de mineralización de nitrógeno orgánico en la pendiente ferroviaria fue significativamente mayor. Cuanto más pequeñas sean las partículas, más inestable será la estructura del suelo, más fácil será para los microorganismos descomponer la materia orgánica en los agregados y mayor será la reserva de nitrógeno orgánico mineralizado. 60,61. 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 adecuadas para aumentar el contenido de fertilizantes, materia orgánica y nitrógeno en el suelo de la pendiente ferroviaria y mejorar el uso sostenible del suelo. El desperdicio de fósforo y potasio disponibles causado por la escorrentía superficial representó entre el 77,27 % y el 99,79 % de la pérdida total de la pendiente ferroviaria. La escorrentía superficial puede ser la principal causa 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.
El gradiente es un factor importante que afecta el contenido de materia orgánica del suelo y el enriquecimiento de nitrógeno66, y cuanto menor sea el gradiente, 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 en el contenido de materia orgánica del suelo y el enriquecimiento total de nitrógeno no fue obvio. Diferentes tipos y números de plantas en diferentes pendientes tienen diferentes ácidos orgánicos secretados por las raíces de las plantas. Los ácidos orgánicos son beneficiosos para la fijación del fósforo disponible y el 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 normalmente se ve afectada por algunas propiedades físicas y químicas del suelo, y luego afecta a 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 dar lugar a 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 en 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 el gradiente de potencial (SN) y el 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 negativamente con las sales solubles totales y los iones cloruro, y el fósforo disponible y el potasio disponible se correlacionaron significativamente positivamente 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 e iones cloruro en el suelo, y los aniones en el suelo no propiciaron la acumulación y el suministro de nutrientes disponibles. El nitrógeno total se correlacionó significativamente negativamente con el ion sulfato y significativamente positivamente con el bicarbonato, lo que indica que el nitrógeno total tuvo un efecto en el contenido de sulfato y bicarbonato. Las plantas tienen poca demanda de iones sulfato e iones bicarbonato, por lo que la mayoría de ellos están libres en el suelo o son 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 y humus disponibles en el suelo es beneficioso para reducir la corrosividad del suelo.
El suelo es un sistema con una 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 de Pruebas de Corrosión del Suelo de China, el grado de corrosión del suelo se puede evaluar de forma integral según las siguientes normas: (1) Se evalúa como corrosión débil si solo existe corrosión débil, sin corrosión moderada ni corrosión fuerte; (2) Si no hay corrosión fuerte, se evalúa como corrosión moderada; (3) Si hay uno o dos puntos de corrosión fuerte, se evalúa como corrosión fuerte; (4) Si hay tres o más puntos 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 sal, el valor de pH y el contenido de Cl y SO42, se evaluaron exhaustivamente los grados de corrosión de muestras de suelo en varias 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 red de protección de pendientes. Los potenciales de corrosión de las tres pendientes son todos inferiores a -200 mv, lo que tiene el mayor impacto en la corrosión de la malla metálica de pendiente ascendente. 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 pendientes medias y pendientes ascendentes, especialmente en pendientes medias. El contenido total de sal soluble en los suelos de las pendientes superior, media e inferior fue superior a 500 mg/kg, y el efecto de la corrosión en la red de protección de pendientes fue moderado. El contenido de agua del suelo es un factor importante que afecta la corrosión de las mallas metálicas en pendientes medias y descendentes, y tiene un mayor impacto en la corrosión de las mallas de protección de pendientes. Los nutrientes son más abundantes en el suelo de pendiente media, 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 sal soluble 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 fuerte. La corrosión de la red de protección de pendientes es la más grave en la pendiente media, lo que proporciona una referencia para el diseño anticorrosión de la red de protección de pendientes ferroviarias. 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 pendientes rocosas a lo largo de una línea ferroviaria china.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
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