一種注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。所述測(cè)試裝置包括—浸泡槽；—加熱元件，用于加熱浸泡槽內(nèi)的腐蝕性溶液；—酸度計(jì)，用于測(cè)量浸泡槽內(nèi)的腐蝕性溶液的酸堿度；—用于固化計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算工作的計(jì)算單元；—顯示單元，用于顯示試件的強(qiáng)度和腐蝕性溶液的酸堿度關(guān)系曲線圖、以及試件強(qiáng)度和使用壽命的關(guān)系曲線圖。所述測(cè)試方法利用上述裝置可以測(cè)得注漿材料的使用壽命。本發(fā)明可以檢測(cè)處各階段試件的腐蝕程度，從而根據(jù)所得檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)地模擬出注漿漿液結(jié)石體受環(huán)境中侵蝕介質(zhì)的腐蝕過程，并通過腐蝕性溶液對(duì)注漿結(jié)石體的加速腐蝕過程，準(zhǔn)確、高效地測(cè)試出結(jié)石體最終因強(qiáng)度衰竭破壞的時(shí)間——即注漿結(jié)石體的使用壽命。
【專利說明】一種注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置及測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，特別是涉及一種使用 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理對(duì)水泥類注漿材料使用壽命進(jìn)行測(cè)試的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 注漿作為一種特殊的施工方法，在土木、水利、礦山、交通等許多領(lǐng)域中得到了廣 泛的應(yīng)用。在修建隧道時(shí)，常用注漿法加固隧道周圍松散軟弱圍巖，充填巖體中的空隙，限 制地下水的流動(dòng)以控制施工現(xiàn)場(chǎng)巖土體的位移和塌方等。
[0003] 由于在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業(yè)污水及流經(jīng)高爐礦渣或煤渣的水中 常含有各種酸類和鹽類，注漿漿液長期接觸上述幾種類型的地下水后，漿液結(jié)石體就會(huì)被 侵蝕破壞，失去封堵地下水和加固巖土體的作用。要使隧道與地下工程能夠長期發(fā)揮作用， 不光要依靠結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性和耐久性，圍巖的穩(wěn)定性和抗?jié)B性也是一個(gè)關(guān)鍵因素。因此， 充填和滲透在巖層裂隙中漿液結(jié)石體的壽命，對(duì)于隧道與地下工程結(jié)構(gòu)能否長期安全使用 起著重要的作用。
[0004] 隨著地下工程的迅速發(fā)展，注漿材料的應(yīng)用越來越廣泛。但現(xiàn)階段對(duì)于注漿材料 的使用壽命及效果的評(píng)價(jià)還處于初級(jí)階段，許多工程進(jìn)行注漿之后往往不進(jìn)行效果檢測(cè)和 評(píng)估，或者進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估時(shí)沒有科學(xué)有效的方法和指標(biāo)體系，這就造成了注漿的盲目性。對(duì) 于現(xiàn)階段高速發(fā)展的地下工程來說，使用未經(jīng)驗(yàn)證的材料潛在的危險(xiǎn)較多，竣工后期的工 程存在巨大的安全隱患，因此對(duì)于注漿材料的使用效果及壽命測(cè)試評(píng)價(jià)的研究工作亟待加 強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了對(duì)注漿材料的使用效果及壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，本發(fā)明旨在提供一種注漿材料使用 壽命的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，該測(cè)試裝置及測(cè)試方法可以較為準(zhǔn)確地測(cè)試處注漿材料的使 用壽命，從而保障隧道或地下工程的安全。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括
[0008] -浸泡槽，具有用于盛放腐蝕性溶液和注漿材料制成的試件的封閉腔體；
[0009] -加熱元件，用于加熱浸泡槽內(nèi)的腐蝕性溶液；
[0010] 一酸度計(jì)，用于測(cè)量浸泡槽內(nèi)的腐蝕性溶液的酸堿度；
[0011] 一用于固化計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算工作的計(jì)算單元；
[0012] 一顯示單元，用于顯示試件的強(qiáng)度和腐蝕性溶液的酸堿度關(guān)系曲線圖、以及試件 強(qiáng)度和使用壽命的關(guān)系曲線圖。
[0013] 由此，將試件置于封閉的浸泡槽內(nèi)，通過保持酸度計(jì)觀察并保持腐蝕性溶液酸度 恒定，加熱腐蝕性溶液，達(dá)到加速腐蝕試件的目的。
[0014] 以下為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案：
[0015] 進(jìn)一步地，所述浸泡槽與一循環(huán)水泵相連，用于使浸泡的腐蝕溶液循環(huán)流動(dòng)。
[0016] 所述浸泡槽內(nèi)裝有支架，所述試件置于支架上，由此，可使得結(jié)石體試塊各表面充 分與腐蝕性溶液接觸。
[0017] 所述加熱元件裝在浸泡槽底部，進(jìn)一步地，所述加熱元件為電熱絲。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種利用上述注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置測(cè)試注漿材料使用 壽命的方法，包括如下步驟：
[0019] 1)、試件制備，試件脫模后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28天，并測(cè)試試件養(yǎng)護(hù)后的初 始抗壓強(qiáng)度；
[0020] 2)將試件完全浸泡于浸泡槽的酸性腐蝕性溶液內(nèi)，并保持溶液的pH值和溫度不 變；
[0021] 3)每隔N天取出試塊進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試，N為正整數(shù)，得出各齡期的強(qiáng)度保 持率R，擬合出各齡期的強(qiáng)度保持率R與測(cè)試時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，得出該測(cè)試溫度下腐蝕反應(yīng) 對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)K，然后根據(jù)Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反應(yīng)常數(shù)InK，從 而推算出試件的強(qiáng)度保持率R隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系，最終得出試塊的使用壽命，即強(qiáng)度 保持率R為初始抗壓強(qiáng)度一半時(shí)的齡期。
[0022] 為了更精確更快速地測(cè)得注漿材料的使用壽命，在步驟1)中，同時(shí)制備多塊試 件，養(yǎng)護(hù)28天后，分為多組，將不同組的試塊置于不同溫度的恒溫浸泡槽內(nèi)，各恒溫浸泡槽 內(nèi)腐蝕性液體的pH值保持為4,每隔Ν天取出試塊進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，得出不同溫度下各齡期 的強(qiáng)度保持率R，然后根據(jù)Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反應(yīng)常數(shù)InK，最終擬合 出不同溫度下使用壽命與強(qiáng)度保持率R的函數(shù)關(guān)系。更進(jìn)一步地，本發(fā)明同時(shí)制備12塊試 件，養(yǎng)護(hù)28天后，分為四組，將不同組的試塊分別置于451：，601：，751：，901：的恒溫浸泡槽 內(nèi)浸泡。
[0023] 優(yōu)選地，所述腐蝕性溶液的pH值恒定為4。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，取出試塊進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試的測(cè)試時(shí)間為每隔40 天測(cè)試一次，直至360天測(cè)試結(jié)束。
[0025] 本發(fā)明所述標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的環(huán)境，溫度為18°C?22°C，相對(duì)濕度為95%
[0026] 本發(fā)明的測(cè)試原理為：在地下工程注漿過程中，水泥類注漿材料的使用最為廣泛。 在水泥漿液的各種水化產(chǎn)物當(dāng)中，Ca (0H) 2所占的比重比較大，是水泥漿液結(jié)石體具備較高 強(qiáng)度的主要因素。同時(shí)，在各種水化產(chǎn)物中，Ca(0H) 2的溶解度最大，在流水的作用下，漿液 結(jié)石體中的Ca (0H) 2會(huì)逐漸溶出，液相中石灰濃度降低，開始由固體Ca (0H) 2的溶解加以補(bǔ) 償，隨后在一定濃度的氫氧化鈣溶液中才能穩(wěn)定的其它水化物亦分解，引起水化硅酸鹽及 鋁酸鹽分解，最后導(dǎo)致結(jié)石體破壞。因此，水泥類注漿材料相對(duì)于周圍水環(huán)境的酸堿度是呈 堿性的。
[0027] 隨著工業(yè)污染的加劇導(dǎo)致大氣和水體酸化嚴(yán)重，水泥漿液結(jié)石體在酸液腐蝕下， 其CaO成分與酸根離子會(huì)不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得水泥結(jié)石體中的Ca (0H) 2成分不斷減少， 水泥石的強(qiáng)度則會(huì)不斷下降，最終因失去強(qiáng)度而破壞，失去了堵水和加固的作用。前人的 研究表明，當(dāng)CaO的累計(jì)消耗率在25%以下時(shí)，水泥結(jié)石體的強(qiáng)度能夠保持在初始強(qiáng)度的 50%以上。當(dāng)結(jié)石體中的CaO含量下降超過25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度將急劇下降，注漿帷幕基本上 失去了堵水和加固的作用。因此可以認(rèn)為，注漿結(jié)石體的強(qiáng)度衰減到初始強(qiáng)度的50%的時(shí) 間就是使用壽命終結(jié)的臨界時(shí)間。
[0028] H+離子對(duì)水泥結(jié)石體的破壞作用可以用下列反應(yīng)式來說明：

【權(quán)利要求】
1. 一種注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置，其特征在于，包括 一浸泡槽（1)，具有用于盛放腐蝕性溶液和注漿材料制成的試件（7)的封閉腔體； 一加熱元件（13)，用于加熱浸泡槽（1)內(nèi)的腐蝕性溶液； 一酸度計(jì)（2)，用于測(cè)量浸泡槽（1)內(nèi)的腐蝕性溶液的酸堿度； 一用于固化計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算工作的計(jì)算單元（3); 一顯示單元（4)，用于顯示試件（7)的強(qiáng)度和腐蝕性溶液的酸堿度關(guān)系曲線圖、以及試 件（7)強(qiáng)度和使用壽命的關(guān)系曲線圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置，其特征在于，所述浸泡槽（1) 與一循環(huán)水泵（12)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置，其特征在于，所述浸泡槽（1) 內(nèi)裝有支架（14)，所述試件（7)置于支架（14)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置，其特征在于，所述加熱元件 (13)裝在浸泡槽（1)底部。
5. -種利用權(quán)利要求1~4之一所述注漿材料使用壽命的測(cè)試裝置測(cè)試注漿材料使用 壽命的方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 試件制備，試件脫模后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28天，并測(cè)試試件養(yǎng)護(hù)后的初始抗 壓強(qiáng)度； 2) 將試件完全浸泡于浸泡槽（1)的酸性腐蝕性溶液內(nèi)，并保持溶液的pH值和溫度不 變； 3) 每隔N天取出試塊進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試，N為正整數(shù)，得出各齡期的強(qiáng)度保持率 R，擬合出各齡期的強(qiáng)度保持率R與測(cè)試時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，得出該測(cè)試溫度下腐蝕反應(yīng)對(duì)應(yīng) 的反應(yīng)速度常數(shù)I，然后根據(jù)Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反應(yīng)常數(shù)InJ，從而推 算出試件的強(qiáng)度保持率R隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系，最終得出試塊的使用壽命，即強(qiáng)度保持 率R為初始抗壓強(qiáng)度一半時(shí)的齡期。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，在步驟1)中，同 時(shí)制備多塊試件，養(yǎng)護(hù)28天后，分為多組，將不同組的試塊置于不同溫度的恒溫浸泡槽（1) 內(nèi)，各恒溫浸泡槽（1)內(nèi)腐蝕性液體的pH值保持為4,每隔N天取出試塊進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，得 出不同溫度下各齡期的強(qiáng)度保持率R，然后根據(jù)Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反 應(yīng)常數(shù)InK，最終擬合出不同溫度下使用壽命與強(qiáng)度保持率R的函數(shù)關(guān)系。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，所述腐蝕性溶 液的pH值恒定為4。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，取出試塊進(jìn)行 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試的測(cè)試時(shí)間為每隔40天測(cè)試一次，直至360天測(cè)試結(jié)束。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，同時(shí)制備12塊 試件，養(yǎng)護(hù)28天后，分為四組，將不同組的試塊分別置于45°C，60°C，75°C，90°C的恒溫浸泡 槽（1)內(nèi)浸泡。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK104062222SQ201410327640
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】涂鵬, 胡育林, 張國祥, 馮樹榮, 吳文平 申請(qǐng)人:中國電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司