一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法技术

本发明专利技术提供一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法，包括：(1)进行试验材料及配合比；(2)试件制作：制作喷射混凝土试件；(3)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐半浸泡测试；(4)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试，测试采用干湿交替方式，首先将试件置于10％硫酸钠溶液中浸泡16h，而后放入鼓风干燥箱中在60摄氏度下烘干8小时，试验共进行6个周期，分别为干湿交替15，30，60，90，120，150次，每个周期结束后测试试件的相对动弹性模量、试件质量损失率及试件损伤层厚度，然后，从试件中随机取样并剔除骨料，采用冷场发射扫描电镜(FESEM‑EDS)、X射线衍射(XRD)、综合热分析(TG‑DSC)对侵蚀后喷射混凝土腐蚀产物矿物组成及微观形貌进行分析。

A test method for sulfate resistance of tunnel lining concrete

The invention provides a test method for sulfate corrosion resistance of tunnel lining concrete, which includes: (1) test materials and mix proportion; (2) test piece production: shotcrete test piece production; (3) semi immersion test for sulfate resistance of tunnel lining concrete; (4) test for sulfate corrosion resistance of tunnel lining concrete, and the test piece is placed in 10% sulfur at first Soak the sodium acid solution for 16h, and then put it into a blast drying oven and dry it for 8h at 60C. The test is carried out for 6 cycles, 15, 30, 60 and 90120150 times respectively. After each cycle, test the relative dynamic modulus of elasticity, mass loss rate of the test piece and the thickness of the damaged layer of the test piece. Then, randomly sample and remove the aggregate from the test piece, and use the cold field The mineral composition and micro morphology of corrosion products of shotcrete after erosion were analyzed by fesem-eds, XRD and TG-DSC.

【技术实现步骤摘要】
一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法
本专利技术涉及隧道施工测试
，特别是一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法。
技术介绍
腐蚀是破坏混凝土的主要因素之一，因此近年来，隧道衬砌混凝土抗腐蚀研究属于混凝土耐久性的一个重要内容。而在各种复杂的腐蚀环境中，硫酸盐腐蚀又是复杂性和危害性最大的一种，海水、地下水、土壤、腐烂的有机物、工业废水、道路除冰盐等都含有硫酸根离子，腐蚀作用可导致混凝土产生膨胀、开裂、剥落等现象，使混凝土丧失黏性，强度损失。对水工混凝土而言，隧道衬砌混凝土长期处于易渗透的工作环境，使腐蚀危害加剧。隧道衬砌混凝土腐蚀过程复杂，且大多是在腐蚀介质作用下缓慢进行的，因此，抗腐蚀性研究受到试验条件、时间等的限制，难以对混凝土的抗腐蚀性做出准确的评价。从作用机理来看，隧道衬砌混凝土被硫酸盐腐蚀主要是由于硫酸根离子对水泥石的腐蚀作用，基于隧道衬砌混凝土抗硫酸盐腐蚀性能的试验方法及评价标准至今还没有统一标准，隧道衬砌混凝土的抗腐蚀试验沿用水泥抗硫酸盐试验的方法，国外的方法包括：(1)美国的ASTM(美国材料与试验协会)方法：试件浸泡在5％硫酸盐溶液至一定龄期，评价标准为膨胀率，同时考虑了硫酸钠和硫酸镁两种侵蚀溶液的影响，但是试验结果离散性较大，龄期长。(2)德国氧扩散法：试件成型2d后脱模，放入20摄氏度的氢氧化钙饱和溶液中，在14d后移入4.4％的硫酸钠溶液中养护，采用氧扩散法测定浸养后试件的渗气性并计算有效扩散系数；评价标准为有效扩散系数，从试件尺寸、质量、弹性模量等多方面来评价腐蚀作用，然而方法比较复杂，龄期长。(3)前苏联等国的浸泡法：水泥试件同时浸泡在侵蚀环境中和淡水中至一定龄期，评价标准为同龄期强度比值，方法简单，但是同样存在龄期较长的缺点。我国的方法包括：(1)GB749-1965：试件加压成型，湿气种养护1d，淡水中养护14d后，部分试件仍在淡水中养护，部分放入硫酸盐溶液中，养护至6个月，评价标准为腐蚀系数，有明确的评定标准，腐蚀系数小于0.80时，则认为该种水泥在该环境下抗腐蚀性能较差，但是没有指明侵蚀溶液的浓度，没有考虑在高、低浓度时，侵蚀机理的不同，且试验周期长。(2)GB/T2420-1981：试件压力成型，1d养护箱养护，7d50摄氏度水中养护，然后常温侵蚀28d，评价标准为抗蚀系数，试验周期仅为36d比较短，然而没有明确的评定标准，试件尺寸很小，结果离散性大，实用性较差。(3)GB/T749-2001：方法和评价标准类似于ASTM试验法。以上试验方法均采用小尺寸水泥胶砂试件，试件体积小，成型时的微小变化也可能对试验的结果产生显著影响，从而使试验结果的离散性较大，将这些方法用于隧道衬砌混凝土的性能研究不能真实反映隧道衬砌混凝土的抗腐蚀性能。我国先后3次制定的国家标准GB749-1965、GB/T2420-1981、GB/T749-2001中，隧道衬砌混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法及评价指标都存在着不足之处，将这些方法用在混凝土上来评价混凝土的抗腐蚀性，不能完全反映混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力。国内一些科研单位采用的混凝土抗腐蚀性能的试验方法都不同程度的派生于此，也具有局限性。目前采用较为广泛的方法主要是全浸泡法和干湿循环法。采用抗压强度比，这个指标能更准确地评价抗腐蚀性。无论是各国沿用的标准还是目前主要采用的长期浸泡法和干湿循环法，各种硫酸盐侵蚀的测试方法中都存在很多问题，很难真实可靠的反映实际的情况，其中比较突出的问题是：试验周期较长，不能满足工程实际的需要，对混凝土是否被腐蚀破坏缺乏科学的界定、可靠的评价指标等。还需要研发一个既能真实反应实际情况，又能缩短试验周期的科学试验方法。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法，包括如下步骤：(1)进行试验材料及配合比：采用隧道衬砌混凝土为普通硅酸盐混凝土，选择粉煤灰，选择细集料选细度模数为3.4的河砂，粗集料为粒径5-10mm连续级配瓜米石，选择冷压剪切波浪形钢纤维，等效长径比为24.6，速凝剂采用无碱速凝剂，减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂；(2)试件制作：制作喷射混凝土试件，所述试件材料选自隧道施工现场，采用潮喷大板法进行制作，大板尺寸为1000mm*500mm*120mm，大板成型3小时后拆模，放入隧道中同环境养护7d后，使用岩石切割机将喷射混凝土大板切割成标准试件并将其置于标准养护室养护至28d，最后将试件置于室外自然养护至90d；(3)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐半浸泡测试，将混凝土试件放入10％硫酸钠侵蚀介质中进行浸泡试验，浸泡龄期为30天、90天和180天，在每个侵蚀龄期时，分别测定侵蚀龄期前后的重量和抗压强度的变化，抗压变化的强度测定采用与水中养护至同龄期试件相对强度的方法，即对比试件在水中养护28天后，在受侵蚀试件放入侵蚀介质的同时，继续保持在水中养护，养护至与侵蚀试件相同龄期，分别测定其不同龄期强度，侵蚀截至放在盒中，下半部侵蚀介质中，计算抗腐蚀系数＝在溶液中抗压强度/在清水中抗压强度；(4)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试，所述测试采用干湿交替方式进行，首先将试件置于10％硫酸钠溶液中浸泡16h，而后放入鼓风干燥箱中在60摄氏度下烘干8小时。试验共进行6个周期，分别为干湿交替15，30，60，90，120，150次，每个周期结束后测试试件的相对动弹性模量、试件质量损失率及试件损伤层厚度，然后，从试件中随机取样并剔除骨料，采用冷场发射扫描电镜(FESEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、综合热分析(TG-DSC)等方法对侵蚀后喷射混凝土腐蚀产物矿物组成及微观形貌进行分析。优选地，所述试件相对动弹性模量测试采用超声波对测声时法进行测定，并按照式(1)进行计算：Erd＝t2eN/t2e0(1)式中，Erd为干湿交替N次后试件相对动弹性模量；t2eN为干湿交替N次试件超声波对测声时，t2e0为试件初始超声波对测声时。优选地，所述试件质量损失率按照式(2)进行计算WN＝(mN-me)/m0*100％(2)式中，WN为干湿交替N次后试件质量损失率；mN为干湿交替N次后试件质量；m0为试件初始质量。优选地，所述试件损伤层厚度测试采用超声波平测法进行，试件损伤层厚度按照式(3)进行计算：h＝V1V2Ti/2(V22-V21)1/2式中，h为干湿交替N次后试件损伤层厚度；V1为损伤混凝土中超声波传播速度；V2为未损伤混凝土中超声波传播波速；Ti为未损伤混凝土的声时-测距图中在测距为0时的y轴截距。优选地，测试试验所使用的试验设备为：试件超声声时采用北京KONCERYNM-4B型非金属超声检测仪测定，精度0.2微秒，试件质量采用余兆金诺TD10000型电子天平称量，精度0.1g；试件抗压强度测定采用建仪TYA-2000型电液式压力试验机，精度0.1kN，量程2000kN，劈裂抗拉强度测定采用天辰YES-600型数显式液压压力试验机，精度0.01kN，量程600kN。优选的，还包括步骤(5)进行物相组成分析，以确定喷射混凝图硫酸盐损伤的部分机理。优选的，还包括步骤(6)采用钻孔法对硫酸盐侵蚀后喷射混凝土试件分层取粉、研磨并进行综合热分析以确定腐蚀产物热分析图谱。优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法，包括如下步骤：(1)进行试验材料及配合比：采用隧道衬砌混凝土为普通硅酸盐混凝土，选择粉煤灰，选择细集料选细度模数为3.4的河砂，粗集料为粒径5‑10mm连续级配瓜米石，选择冷压剪切波浪形钢纤维，等效长径比为24.6，速凝剂采用无碱速凝剂，减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂；(2)试件制作：制作喷射混凝土试件，所述试件材料选自隧道施工现场，采用潮喷大板法进行制作，大板尺寸为1000mm*500mm*120mm，大板成型3小时后拆模，放入隧道中同环境养护7d后，使用岩石切割机将喷射混凝土大板切割成标准试件并将其置于标准养护室养护至28d，最后将试件置于室外自然养护至90d；(3)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐半浸泡测试，将混凝土试件放入10％硫酸钠侵蚀介质中进行浸泡试验，浸泡龄期为30天、90天和180天，在每个侵蚀龄期时，分别测定侵蚀龄期前后的重量和抗压强度的变化，抗压变化的强度测定采用与水中养护至同龄期试件相对强度的方法，即对比试件在水中养护28天后，在受侵蚀试件放入侵蚀介质的同时，继续保持在水中养护，养护至与侵蚀试件相同龄期，分别测定其不同龄期强度，侵蚀截至放在盒中，下半部侵蚀介质中，计算抗腐蚀系数＝在溶液中抗压强度/在清水中抗压强度；(4)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试，所述测试采用干湿交替方式进行，首先将试件置于10％硫酸钠溶液中浸泡16h，而后放入鼓风干燥箱中在60摄氏度下烘干8小时，试验共进行6个周期，分别为干湿交替15，30，60，90，120，150次，每个周期结束后测试试件的相对动弹性模量、试件质量损失率及试件损伤层厚度，然后，从试件中随机取样并剔除骨料，采用冷场发射扫描电镜(FESEM‑EDS)、X射线衍射(XRD)、综合热分析(TG‑DSC)对侵蚀后喷射混凝土腐蚀产物矿物组成及微观形貌进行分析。...

【技术特征摘要】
1.一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法，包括如下步骤：(1)进行试验材料及配合比：采用隧道衬砌混凝土为普通硅酸盐混凝土，选择粉煤灰，选择细集料选细度模数为3.4的河砂，粗集料为粒径5-10mm连续级配瓜米石，选择冷压剪切波浪形钢纤维，等效长径比为24.6，速凝剂采用无碱速凝剂，减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂；(2)试件制作：制作喷射混凝土试件，所述试件材料选自隧道施工现场，采用潮喷大板法进行制作，大板尺寸为1000mm*500mm*120mm，大板成型3小时后拆模，放入隧道中同环境养护7d后，使用岩石切割机将喷射混凝土大板切割成标准试件并将其置于标准养护室养护至28d，最后将试件置于室外自然养护至90d；(3)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐半浸泡测试，将混凝土试件放入10％硫酸钠侵蚀介质中进行浸泡试验，浸泡龄期为30天、90天和180天，在每个侵蚀龄期时，分别测定侵蚀龄期前后的重量和抗压强度的变化，抗压变化的强度测定采用与水中养护至同龄期试件相对强度的方法，即对比试件在水中养护28天后，在受侵蚀试件放入侵蚀介质的同时，继续保持在水中养护，养护至与侵蚀试件相同龄期，分别测定其不同龄期强度，侵蚀截至放在盒中，下半部侵蚀介质中，计算抗腐蚀系数＝在溶液中抗压强度/在清水中抗压强度；(4)进行隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试，所述测试采用干湿交替方式进行，首先将试件置于10％硫酸钠溶液中浸泡16h，而后放入鼓风干燥箱中在60摄氏度下烘干8小时，试验共进行6个周期，分别为干湿交替15，30，60，90，120，150次，每个周期结束后测试试件的相对动弹性模量、试件质量损失率及试件损伤层厚度，然后，从试件中随机取样并剔除骨料，采用冷场发射扫描电镜(FESEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、综合热分析(TG-DSC)对侵蚀后喷射混凝土腐蚀产物矿物组成及微观形貌进行分析。2.根据权利要求1所述的隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法，其特征在于：所述试件相对动弹性模量测试采用超声波对测声时法进行测定，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小明，冯勇，李彦伟，蒲建军，杜诚诚，许政东，
申请(专利权)人：朱小明，甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62