Введение 3
Глава 1. Коррозия и электрохимическая защита металлических сооружений 5
Теоретические аспекты возникновения коррозии 5
Особенности коррозионного процесса в грунтах 6
Защита от подземной коррозии 14
Катодная защита 15
Выводы к главе 1 16
Глава 2. Строение глинистого грунта 18
Структура грунта 18
Межфазная граница с твердой компонентой 22
Электропреобразование структуры глинистого грунта 23
Выводы к главе 2 25
Глава 3. Геологическое строение территории 27
Выводы к главе 3 35
Глава 4. Основные результаты исследования 36
Материалы и методы исследования 36
Результаты исследования 39
Выводы к главе 4 55
Заключение 57
Список литературы 58
Приложения 63
На данный момент воздействие постоянных электрических токов на грунт достаточно хорошо изучено и применяется при очистке, мелиорации, закреплении слабых грунтов и т. д. грунта. Такие методы, использующие электрохимический принцип работы, в основном, улучшают свойства грунта в анодном пространстве, а именно: уплотняют, осушают и удаляют различные соли и поллютанты (Королев, 2015; Чувакин, 2017; Mohammad et al, 2022; Vocciante et al, 2021). Главная особенность электрохимических методов - наличие водоотводных систем близи катода. Но, несмотря на изученность свойств грунтов при наложении на них электрического поля, большинство исследований проводились в дренированных условиях или при искусственном удалении воды. Помимо этого, работ, где изучается электропреобразование структуры грунта в целом, почти не проводилось.
Эксплуатация подземных металлических сооружений всегда сопровождается рисками возникновения отказов по причине коррозионных процессов. Для борьбы с коррозией используют электрохимическую защиту трубопроводов, в том числе и катодную поляризацию, которая применяется на протяжении всего срока эксплуатации сооружения (более 10 лет). Однако при организации катодной защиты не учитывается влияние токов на грунт, особенно скопление воды рядом с трубопроводом. Так, при понижении плотности тока в результате упрочнения грунта в анодном пространстве и миграции электроосмотической воды в сторону трубопровода, могут создаваться условия, благоприятствующие дальнейшему протеканию коррозионных процессов. В зависимости от множества факторов среды в околокатодном пространстве может происходить ухудшение свойств и преобразование структуры грунта, вследствие чего может повышаться коррозионная агрессивность и формироваться техногенно-измененный грунт.
Целью данного исследования является оценка изменения структуры глинистого грунта под действием токов катодной защиты трубопроводов.
Для достижения цели были выполнены следующие задачи:
1. выполнение физического моделирования работы катодной защиты в недренированных условиях на образце глинистого грунта;
2. определение физических свойств, гранулометрического состава и pH грунта лабораторными методами;
3. выявление реологических особенностей;
4. изучение микроструктуры грунта с помощью анализатора удельной поверхности, рентгеновской микротомографии, атомно-силовой и электронной микроскопии.
Автор выражает особую благодарность Бурлуцкому Станиславу Борисовичу, Лаздовской Марине Артуровне, Караму Жоржу Симоновичу, Зубкову Борису Борисовичу, Орловскому Александру Андреевичу, Кропотовой Ксении Сергеевне и Научному парку СПбГУ за помощь в проведении данного исследования.
В ходе выполненного исследования были сделаны следующие выводы:
1. Воздействие постоянных токов на грунт, в том числе токов катодной защиты, неизбежно ведет к электропреобразованию структуры грунта за счет протекания электроповерхностных явлений.
2. При поляризации грунта в недренированных условиях был выявлен ряд изменений структуры синей глины в околокатодном пространстве на микро-, мезо- и макроуровне. Так, зафиксировано формирование макрослоистости грунта, на микро- и мезоуровнях наблюдается трансформация порового пространства. Помимо этого, отмечается видоизменение включений экспериментальных образцов.
3. Образованные слои отличаются от исходного образца и имеют различия в реологических и физических свойствах, гранулометрическом составе и pH грунта.
4. Изменение водородного показателя в сторону сильнощелочной среды влечет за собой повышение агрессивности раствора к минеральной компоненте грунта.
5. Рассмотренные изменения параметров глины после поляризации указывают на появление в околокатодном пространстве техногенных грунтов. Данные особенности необходимо учитывать при организации электрохимической защиты трубопроводов от коррозии.
6. Несмотря на выявленные особенности, требуется увеличить продолжительность эксперимента для дальнейшего наблюдения за изменением структуры грунта. Помимо этого, необходимо проведение исследования на более детальном уровне.
