一種注漿材料使用壽命的測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種注漿材料使用壽命的測試裝置及測試方法。所述測試裝置包括—浸泡槽；—加熱元件，用于加熱浸泡槽內的腐蝕性溶液；—酸度計，用于測量浸泡槽內的腐蝕性溶液的酸堿度；—用于固化計算公式進行計算工作的計算單元；—顯示單元，用于顯示試件的強度和腐蝕性溶液的酸堿度關系曲線圖、以及試件強度和使用壽命的關系曲線圖。所述測試方法利用上述裝置可以測得注漿材料的使用壽命。本發明可以檢測處各階段試件的腐蝕程度，從而根據所得檢測數據真實地模擬出注漿漿液結石體受環境中侵蝕介質的腐蝕過程，并通過腐蝕性溶液對注漿結石體的加速腐蝕過程，準確、高效地測試出結石體最終因強度衰竭破壞的時間——即注漿結石體的使用壽命。
【專利說明】一種注漿材料使用壽命的測試裝置及測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種注漿材料使用壽命的測試裝置及測試方法，特別是涉及一種使用 化學反應動力學原理對水泥類注漿材料使用壽命進行測試的方法。
【背景技術】
[0002] 注漿作為一種特殊的施工方法，在土木、水利、礦山、交通等許多領域中得到了廣 泛的應用。在修建隧道時，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 制地下水的流動以控制施工現場巖土體的位移和塌方等。
[0003] 由于在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業污水及流經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，漿液結石體就會被 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揮作用， 不光要依靠結構自身的穩定性和耐久性，圍巖的穩定性和抗滲性也是一個關鍵因素。因此， 充填和滲透在巖層裂隙中漿液結石體的壽命，對于隧道與地下工程結構能否長期安全使用 起著重要的作用。
[0004] 隨著地下工程的迅速發展，注漿材料的應用越來越廣泛。但現階段對于注漿材料 的使用壽命及效果的評價還處于初級階段，許多工程進行注漿之后往往不進行效果檢測和 評估，或者進行檢測評估時沒有科學有效的方法和指標體系，這就造成了注漿的盲目性。對 于現階段高速發展的地下工程來說，使用未經驗證的材料潛在的危險較多，竣工后期的工 程存在巨大的安全隱患，因此對于注漿材料的使用效果及壽命測試評價的研究工作亟待加 強。
【發明內容】
[0005] 為了對注漿材料的使用效果及壽命進行預測，本發明旨在提供一種注漿材料使用 壽命的測試裝置及測試方法，該測試裝置及測試方法可以較為準確地測試處注漿材料的使 用壽命，從而保障隧道或地下工程的安全。
[0006] 為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：
[0007] -種注漿材料使用壽命的測試裝置，其結構特點是，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，用于加熱浸泡槽內的腐蝕性溶液；
[0010] 一酸度計，用于測量浸泡槽內的腐蝕性溶液的酸堿度；
[0011] 一用于固化計算公式進行計算工作的計算單元；
[0012] 一顯示單元，用于顯示試件的強度和腐蝕性溶液的酸堿度關系曲線圖、以及試件 強度和使用壽命的關系曲線圖。
[0013] 由此，將試件置于封閉的浸泡槽內，通過保持酸度計觀察并保持腐蝕性溶液酸度 恒定，加熱腐蝕性溶液，達到加速腐蝕試件的目的。
[0014] 以下為本發明的進一步改進的技術方案：
[0015] 進一步地，所述浸泡槽與一循環水泵相連，用于使浸泡的腐蝕溶液循環流動。
[0016] 所述浸泡槽內裝有支架，所述試件置于支架上，由此，可使得結石體試塊各表面充 分與腐蝕性溶液接觸。
[0017] 所述加熱元件裝在浸泡槽底部，進一步地，所述加熱元件為電熱絲。
[0018] 本發明還提供了一種利用上述注漿材料使用壽命的測試裝置測試注漿材料使用 壽命的方法，包括如下步驟：
[0019] 1)、試件制備，試件脫模后，放入標準養護室內養護28天，并測試試件養護后的初 始抗壓強度；
[0020] 2)將試件完全浸泡于浸泡槽的酸性腐蝕性溶液內，并保持溶液的pH值和溫度不 變；
[0021] 3)每隔N天取出試塊進行無側限抗壓強度測試，N為正整數，得出各齡期的強度保 持率R，擬合出各齡期的強度保持率R與測試時間的函數關系，得出該測試溫度下腐蝕反應 對應的反應速度常數K，然后根據Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反應常數InK，從 而推算出試件的強度保持率R隨時間變化的函數關系，最終得出試塊的使用壽命，即強度 保持率R為初始抗壓強度一半時的齡期。
[0022] 為了更精確更快速地測得注漿材料的使用壽命，在步驟1)中，同時制備多塊試 件，養護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，各恒溫浸泡槽 內腐蝕性液體的pH值保持為4,每隔Ν天取出試塊進行強度測試，得出不同溫度下各齡期 的強度保持率R，然后根據Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反應常數InK，最終擬合 出不同溫度下使用壽命與強度保持率R的函數關系。更進一步地，本發明同時制備12塊試 件，養護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 內浸泡。
[0023] 優選地，所述腐蝕性溶液的pH值恒定為4。
[0024] 根據本發明的實施例，取出試塊進行無側限抗壓強度測試的測試時間為每隔40 天測試一次，直至360天測試結束。
[0025] 本發明所述標準養護室的環境，溫度為18°C?22°C，相對濕度為95%
[0026] 本發明的測試原理為：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物當中，Ca (0H) 2所占的比重比較大，是水泥漿液結石體具備較高 強度的主要因素。同時，在各種水化產物中，Ca(0H) 2的溶解度最大，在流水的作用下，漿液 結石體中的Ca (0H) 2會逐漸溶出，液相中石灰濃度降低，開始由固體Ca (0H) 2的溶解加以補 償，隨后在一定濃度的氫氧化鈣溶液中才能穩定的其它水化物亦分解，引起水化硅酸鹽及 鋁酸鹽分解，最后導致結石體破壞。因此，水泥類注漿材料相對于周圍水環境的酸堿度是呈 堿性的。
[0027] 隨著工業污染的加劇導致大氣和水體酸化嚴重，水泥漿液結石體在酸液腐蝕下， 其CaO成分與酸根離子會不斷發生化學反應，使得水泥結石體中的Ca (0H) 2成分不斷減少， 水泥石的強度則會不斷下降，最終因失去強度而破壞，失去了堵水和加固的作用。前人的 研究表明，當CaO的累計消耗率在25%以下時，水泥結石體的強度能夠保持在初始強度的 50%以上。當結石體中的CaO含量下降超過25%時，抗壓強度將急劇下降，注漿帷幕基本上 失去了堵水和加固的作用。因此可以認為，注漿結石體的強度衰減到初始強度的50%的時 間就是使用壽命終結的臨界時間。
[0028] H+離子對水泥結石體的破壞作用可以用下列反應式來說明：
【權利要求】
1. 一種注漿材料使用壽命的測試裝置，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)內的腐蝕性溶液； 一酸度計（2)，用于測量浸泡槽（1)內的腐蝕性溶液的酸堿度； 一用于固化計算公式進行計算工作的計算單元（3); 一顯示單元（4)，用于顯示試件（7)的強度和腐蝕性溶液的酸堿度關系曲線圖、以及試 件（7)強度和使用壽命的關系曲線圖。
2. 根據權利要求1所述的注漿材料使用壽命的測試裝置，其特征在于，所述浸泡槽（1) 與一循環水泵（12)相連。
3. 根據權利要求1所述的注漿材料使用壽命的測試裝置，其特征在于，所述浸泡槽（1) 內裝有支架（14)，所述試件（7)置于支架（14)上。
4. 根據權利要求1所述的注漿材料使用壽命的測試裝置，其特征在于，所述加熱元件 (13)裝在浸泡槽（1)底部。
5. -種利用權利要求1~4之一所述注漿材料使用壽命的測試裝置測試注漿材料使用 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，放入標準養護室內養護28天，并測試試件養護后的初始抗 壓強度； 2) 將試件完全浸泡于浸泡槽（1)的酸性腐蝕性溶液內，并保持溶液的pH值和溫度不 變； 3) 每隔N天取出試塊進行無側限抗壓強度測試，N為正整數，得出各齡期的強度保持率 R，擬合出各齡期的強度保持率R與測試時間的函數關系，得出該測試溫度下腐蝕反應對應 的反應速度常數I，然后根據Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反應常數InJ，從而推 算出試件的強度保持率R隨時間變化的函數關系，最終得出試塊的使用壽命，即強度保持 率R為初始抗壓強度一半時的齡期。
6. 根據權利要求5所述的測試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，在步驟1)中，同 時制備多塊試件，養護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，各恒溫浸泡槽（1)內腐蝕性液體的pH值保持為4,每隔N天取出試塊進行強度測試，得 出不同溫度下各齡期的強度保持率R，然后根據Arrhenius定理得出常溫下的試件腐蝕反 應常數InK，最終擬合出不同溫度下使用壽命與強度保持率R的函數關系。
7. 根據權利要求5所述的測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. 根據權利要求5所述的測試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，取出試塊進行 無側限抗壓強度測試的測試時間為每隔40天測試一次，直至360天測試結束。
9. 根據權利要求6所述的測試注漿材料使用壽命的方法，其特征在于，同時制備12塊 試件，養護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)內浸泡。
【文檔編號】G01N17/00GK104062222SQ201410327640
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】涂鵬, 胡育林, 張國祥, 馮樹榮, 吳文平 申請人:中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司