隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法与流程

本发明属于混凝土构件测试技术领域，尤其涉及一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法。

背景技术：

针对我国交通事业的不断发展，隧道作为公路或铁路线上的重要建筑物，其安全性需要持续加强监测。隧道开挖后破坏了原来围岩所形成的平衡状态，导致发生了应力重分布，使得围岩需要在衬砌及围岩所受外侧荷载作用下达到新的平衡，所以衬砌对稳定隧道结构的重要性不言而喻。衬砌多是钢筋混凝土制成的永久性支护结构，沿隧道洞身周边布置以防止围岩发生过大变形或倒塌，占隧道总投资的1/4-1/3。在我国西南地区分布着大量含有硫酸盐侵蚀性物质岩层，这种侵蚀环境对隧道中的混凝土衬砌会产生严重的破坏作用。混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程，浓度较小时，会与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成钙矾石；当溶液中浓度大于1000毫克/升时，不仅会有钙矾石的生成还会有石膏结晶析出，这两种产物均具有膨胀性，将会引起混凝土开裂，强度降低；其次，还会与混凝土中的碳酸盐和水化硅酸钙反应生成无胶结作用的碳硫硅钙石，随着水化硅酸钙的不断消耗，胶凝材料逐渐变成灰白色且无强度的泥质混合物，强度下降。

目前对于的侵蚀深度，大多数是在实验室进行化学检测，尚未发现利用超声波且考虑实际受力工况并可应用于现场的硫酸盐腐蚀深度的探测方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，通过压力试验得出不同应力水平下的声速和应力变化曲线，利用曲线分析实际工况应力下的材料声速以及测得超声波传递时间，通过简便的超声波往返时间测量计算出隧道衬砌管片已腐蚀厚度，能够对衬砌的安全性作出判断。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，包括以下步骤：

步骤一、制作混凝土试块：混凝土试块的配比与预探测的隧道衬砌配比相同，混凝土试块的数量不少于6个，混凝土试块的横截面为正方形，边长和高度分别记为a和c，满足c/a≧2.5；

步骤二、养护至90天，取出混凝土试块；

步骤三、在混凝土试块相对的两个侧面的中心位置布置超声波探头；

步骤四、用压力试验机对混凝土试块施加轴向压力，测出同一轴向压力水平下每个混凝土试块的超声波传递时间t；

步骤五、按照可算出试块i的材料声速，进而通过求出同一轴向压力下各试块的声速平均值；

步骤六、施加的轴向压力从0.05起依次递增0.05 QUOTE a²至0.85，为试块的棱柱体抗压强度标准值，重复步骤四、步骤五；

步骤七、以横轴为轴向压力，纵轴为平均声速，通过三次多项式数据拟合，作出声速随轴向压力变化的曲线；

步骤八、在隧道衬砌管片上打孔至围岩，采用EDTA容量法或质量法检测的浓度；若衬砌管片含有，先用密封材料填充好已打的孔，再在孔周边的安装超声波发射/接收探头，以1～10MHZ为频率发射并接收超声波，测量超声波的往返时间；随后根据真实工况应力水平，通过查询试验数据所拟合的曲线，得到实际工况应力下材料的声速，按计算未损失管片厚度，最后根据衬砌管片原厚度H与未损厚度h，通过计算出已腐蚀厚度。

在孔周边的衬砌管片上涂抹0.2～0.5mm厚耦合剂，粘贴超声波发射/接收探头。

将衬砌强度安全系数记为f，若发现，则发出危险警报，封闭交通，对隧道衬砌进行更换。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

该方法是先在实验室通过压力试验以及超声波探测的数据拟合出声速随应力变化曲线，便于查询，操作灵活简便；然后在现场根据实际工况应力查询上述曲线，通过简便的超声波往返时间测量计算出隧道衬砌管片已腐蚀厚度，并对衬砌的安全性作出判断。

附图说明

图1是本发明不同应力水平下混凝土声速测试示意图；

图2是本发明声速平均值随应力水平变化曲线；

图3是本发明探测的隧道衬砌示意图；

图中：1、超声波探头；2、孔；3、超声波发射/接收探头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，包括以下步骤：

步骤一、制作如图1所示的混凝土试块：混凝土试块的配比与预探测的隧道衬砌配比相同，混凝土试块的数量不少于6个，混凝土试块的横截面为正方形，边长和高度分别记为a和c，满足c/a≧2.5；

步骤二、养护至90天，取出混凝土试块；

步骤三、在混凝土试块相对的两个侧面的中心位置布置超声波探头1；

步骤四、用压力试验机对混凝土试块施加轴向压力，测出同一轴向压力水平下每个混凝土试块的超声波传递时间t；

步骤五、按照可算出试块i的材料声速，进而通过求出同一轴向压力下各试块的声速平均值；

步骤六、施加的轴向压力从0.05起依次递增0.05 QUOTE a²至0.85，也即施加的轴向压力以0.05 QUOTE a² 为起始值，每次递增0.05 QUOTE a² 为试块的棱柱体抗压强度标准值，重复步骤四、步骤五；

步骤七、以横轴为轴向压力，纵轴为平均声速，通过三次多项式数据拟合，作出声速随轴向压力变化的曲线，如图2所示；

步骤八、参照图3，在隧道衬砌管片上打孔2至围岩，采用EDTA容量法或质量法检测的浓度；若衬砌管片含有，先用密封材料填充好已打的孔2，再在孔2的周边安装超声波发射/接收探头3，以1～10MHZ为频率发射并接收超声波，测量超声波的往返时间；随后根据真实工况应力水平，通过查询试验数据所拟合的曲线，得到实际工况应力下材料的声速，按计算未损失管片厚度。最后根据衬砌管片原厚度H与未损厚度h，通过计算出已腐蚀厚度，隧道衬砌已腐蚀厚度和安全性由衬砌原厚度以及未损管片厚度来计算，将衬砌强度安全系数记为f，若发现，则发出危险警报，封闭交通，对隧道衬砌进行更换。

其中，在孔2周边的衬砌管片上涂抹0.2～0.5mm厚耦合剂，粘贴超声波发射/接收探头3。

以上对本发明提供的技术方案进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。