测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置及方法与流程

本发明属于隧道支护材料耐久性能测试，更具体地说是涉及一种测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置及使用方法和测试方法。

背景技术：

1、渗水围岩地段，且渗漏水中常常含有硫酸根离子、氯离子、镁离子等侵蚀性介质。这种情况下喷射混凝土的耐久性面临严峻的考验。长期以来喷射混凝土的耐久性劣化问题未引起工程技术人员的足够重视，由于喷射混凝土后期强度倒缩、抗渗性、耐腐蚀性不足所导致的隧道病害问题时有发生。

2、随着铁路部门逐渐提高对隧道支护材料耐久性和安全性的重视程度，研究和开发高性能喷射混凝土已成为行业热点。为探究渗水隧道喷射混凝土耐久性劣化规律，设计提出了能够模拟流动性地下水的试验装置。

3、渗漏水中含有的硫酸根离子、镁离子和氯离子等侵蚀性介质，会使混凝土中的水化产物发生分解，导致喷射混凝土失去胶结能力，进而强度降低甚至丧失。

4、对于高性能喷射混凝土而言，探明喷射混凝土在渗水隧道中的耐久性损伤劣化机制极为重要，其前提之一就是要有一个能够很好模拟喷射混凝土在实际服役环境下承受流动性地下水作用的试验装置。目前，模拟混凝土受含有侵蚀性介质地下水的装置及试验方法主要有两种：长期浸泡法和干湿循环浸泡法。尽管这两种模拟装置及试验方法均简单易行，但仍存在不足：两类装置的溶液均为静止不动，与渗水隧道中地下水流动冲刷过程不符；干湿循环浸泡法其实反映的是化学腐蚀和盐类结晶两种破坏类型，与目前铁路隧道普遍采用的复合式衬砌结构并不匹配。

5、综上所述，现有的模拟混凝土承受侵蚀性地下水试验装置存在诸多缺点，因此，亟须寻求一种能够模拟反映渗水隧道情况下喷射混凝土受侵蚀性地下水作用的试验装置，以便更好地探明渗水隧道下喷射混凝土的损伤劣化机制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置及使用方法和测试方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置，包括溶液槽、溶液缸、第一水泵、第二水泵、进水管件、缸内管件、出水管件、抽水管件和过滤槽板；

4、其中，第一水泵的出水口通过进水管件与溶液缸一端的进水口连接，溶液缸内靠近进水口处设有第二水泵，第二水泵的出水口与缸内管件连接，缸内管件水平设置在溶液缸内底部，缸内管件水平方向上均匀设有开孔；

5、溶液缸另一端的出水口通过出水管件与溶液槽内部连通，出水管件出水口下方设置有过滤槽板，第一水泵的进水口通过抽水管件与溶液槽内底部连通，抽水管件的进水口高度低于过滤槽板。

6、本发明的有益效果：本发明通过循环用水泵即第一水泵和保持溶液缸内溶液流动用水泵即第二水泵模拟了渗水隧道喷射混凝土接触富含侵蚀性介质流动性地下水的情况，通过过滤槽板过滤夹杂在循环性侵蚀性溶液中的喷射混凝土侵蚀性产物，溶液槽和过滤槽板的设置减少了混凝土腐蚀产物对侵蚀性溶液浓度的影响，通过均匀设有开孔的缸内管件保证了溶液缸内喷射混凝土试件或胶砂试件周围承受侵蚀性溶液相同的冲刷作用。本发明结构简单易操作，且可实现多种侵蚀性介质对喷射混凝土的侵蚀作用。

7、进一步，上述缸内管件包括平行并联设置的若干条分支管路，上述第二水泵设有若干个；

8、其中，靠近溶液缸出水口相邻两条分支管路的一端相连接，每相邻两条分支管路另一端相连接后与一个第二水泵的出水口连接，相邻两条分支管路之间具有空隙。

9、采用上述进一步技术方案的有益效果：在相邻两条分支管路之间的空隙处可以放置喷射混凝土试件或胶砂试件，提高溶液缸的空间利用率。

10、更进一步，相邻两条分支管路之间的距离为120mm～150mm。

11、进一步，上述溶液缸通过垂直方向设置的2个不锈钢支架相互隔开分成3层溶液缸，上述出水管件设有3根，上述缸内管件设有3组；

12、其中，第一水泵的出水口通过进水管件与每层溶液缸一端的进水口连接，每层溶液缸内靠近进水口处均设有第二水泵，每层溶液缸内设有一组缸内管件，每层溶液缸内第二水泵的出水口与缸内管件连接，每层溶液缸另一端的出水口通过一根出水管件与溶液槽内部连通。

13、采用上述进一步技术方案的有益效果：溶液缸通过垂直方向的2个不锈钢支架相互隔开，每层溶液缸内均可放置喷射混凝土试件或胶砂试件，提高溶液缸的空间利用率。

14、进一步，上述缸内管件水平方向上均匀设有开孔，孔径为φ2mm，孔距为15mm～20mm。

15、采用上述进一步技术方案的有益效果：通过试验对比发现，孔径为φ2mm，孔距为15mm～20mm时缸内管件出口侵蚀性溶液的流速和压力较为合适，能够对喷射混凝土试件或胶砂试件形成合适稳定的冲刷作用。

16、进一步，上述出水管件出水口与过滤槽板的距离为3cm～5cm。

17、采用上述进一步技术方案的有益效果：由于溶液缸的出水口均距过滤槽板有一定的高度差，选择上述出水管件出水口与过滤槽板的距离为能够防止溶液的高度势能转化为动能冲击过滤槽板，同时避免部分溶液直接溅落于溶液槽内。

18、进一步，上述溶液槽和溶液缸内均盛装有侵蚀性溶液，上述溶液槽内侵蚀性溶液液面高度低于过滤槽板，上述溶液缸内侵蚀性溶液液面高度高于待测试喷射混凝土试件或胶砂试件的高度。

19、采用上述进一步技术方案的有益效果：溶液槽内侵蚀性溶液液面高度低于过滤槽板，防止过滤槽板上过滤的杂质进入溶液槽内底部，污染侵蚀性溶液，溶液缸内侵蚀性溶液液面高度高于所要测试的喷射混凝土试件或胶砂试件的高度，保证了喷射混凝土试件或胶砂试件周围承受侵蚀性溶液相同的冲刷作用。

20、进一步，上述侵蚀性溶液包括含有硫酸根离子、镁离子、氯离子、碳酸氢根离子或铵离子中的一种或几种的溶液。

21、进一步，上述侵蚀性溶液包括硫酸钠、硫酸镁、氯化镁、氯化钠、碳酸氢钠或硫酸铵中的一种或几种的溶液。

22、进一步，上述侵蚀性溶液中硫酸根离子浓度范围为200mg/l～50000mg/l，镁离子浓度范围为300mg/l～20000mg/l，氯离子浓度范围为100mg/l～100000mg/l，碳酸氢根离子浓度范围为100mg/l～50000mg/l。

23、进一步，上述溶液槽、溶液缸、进水管件、缸内管件、出水管件、抽水管件、过滤槽板以及第一水泵和第二水泵轴芯的材质均为耐酸耐碱性材料。

24、采用上述进一步技术方案的有益效果：考虑到不同侵蚀性溶液的ph值存在差异，将溶液槽、溶液缸、进水管件、缸内管件、出水管件、抽水管件、过滤槽板以及第一水泵和第二水泵的轴芯选用耐酸耐碱性材料的材质能够提高试验装置的耐久性，减少后期因材料腐蚀，零件更换所增加的额外成本。

25、进一步，上述溶液槽的材质为不锈钢或玻璃，上述过滤槽板的材质为不锈钢，上述溶液缸的材质为不锈钢、玻璃、pp或pvc，上述第一水泵和第二水泵均采用陶瓷轴芯，且均为可调节流量和扬程的变频陆地潜水两用水泵。

26、本发明还提供一种上述测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置的使用方法，包括以下步骤：

27、将若干喷射混凝土试件或胶砂试件均匀放置在溶液缸底部，与缸内管件平行设置或放置在分支管路之间的空隙处，向溶液槽内注入侵蚀性溶液，开启第一水泵，待各层溶液缸内的侵蚀性溶液液面没过喷射混凝土试件或胶砂试件高度后，再开启第二水泵，溶液缸内一端的侵蚀性溶液通过出水管件进入溶液槽内过滤槽板的上方，经过滤槽板滤过进入溶液槽底部，溶液槽底部的侵蚀性溶液依次经抽水管件、第一水泵、进水管件进入溶液缸内的另一端，通过第一水泵控制溶液槽内侵蚀性溶液液面高度低于过滤槽板，溶液缸内侵蚀性溶液液面高度高于所要测试的喷射混凝土试件或胶砂试件的高度，通过第二水泵将靠近溶液缸内进水口侵蚀性溶液抽入缸内管件，缸内管件中的侵蚀性溶液经均匀开孔流出，通过第一水泵和第二水泵的工作模拟渗水隧道喷射混凝土接触富含侵蚀性介质流动性地下水的情况。

28、本发明的有益效果：本发明使用方法简单，操作便利，适合大规模生产和应用。

29、进一步，上述测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置的使用方法，还包括以下步骤：定期测试溶液槽中侵蚀性溶液的侵蚀性离子的浓度，当侵蚀性离子的浓度降低至设定浓度的80％时，彻底更换侵蚀性溶液。

30、采用上述进一步技术方案的有益效果：考虑到溶液缸内侵蚀性离子的浓度会随喷射混凝土试件或胶砂试件浸泡龄期的延长发生变化，主要是侵蚀性离子与喷射混凝土的水化产物(ca(oh)2、c-s-h和aft等)发生反应，为保证侵蚀性溶液浓度相对稳定，通过定期测试溶液槽中侵蚀性溶液的侵蚀性离子的浓度，当侵蚀性离子的浓度降低至设定浓度的80％时，则彻底更换侵蚀性溶液。

31、本发明还提供一种上述测试渗水隧道喷射混凝土抗侵蚀性能的装置的测试方法，包括以下步骤：

32、上述喷射混凝土试件的长、宽、高尺寸分别为400mm、100mm和100mm或300mm、100mm和100mm，上述胶砂试件长、宽、高尺寸分别为160mm、40mm和40mm；

33、将制作好的喷射混凝土试件或胶砂试件分为两组，一组9块放入养护水中浸泡，另一组9块放入上述装置中浸泡，每7天更换一次养护水和侵蚀性溶液，试件浸泡时，养护水和侵蚀性溶液的液面至少高出试件顶面10mm；

34、分别于浸泡龄期为7天、28天和56天时将试件取出，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》gb/t 50081规定的方法对喷射混凝土试件或胶砂试件的抗折进行测试，定义浸泡在侵蚀性溶液中的喷射混凝土试件或胶砂试件的抗折强度与浸泡在养护水中同龄期的喷射混凝土试件或胶砂试件抗折强度之比为喷射混凝土或胶砂的抗蚀系数。

35、本发明的有益效果：本发明测试方法准确，试验结果也更加贴近实际工况。