一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，该方法包括以下步骤：一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备；二、腐蚀溶液的配制；三、试件放置和腐蚀溶液注入；四、试验环境和围压调节；五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验。本发明专利技术设计合理，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。准确性和稳定性。准确性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法


[0001]本专利技术属于隧道围岩混凝土喷层模拟试验
，尤其是涉及一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法。

技术介绍

[0002]随着“新奥法”的广泛推广，隧道喷射混凝土相关研究取得了长足发展，则研究重点主要集中在喷射支护力学机理、材料特性、喷射技术及工程应用等方面，相对而言，关于喷射混凝土与围岩的粘结性能研究尚不够深入，且相关研究主要针对喷射混凝土材料本身，未将喷层
‑
围岩视为研究整体，没有着重考虑二者接触界面力学性能及外界环境(主要针对腐蚀性水)影响效应。因此，开展腐蚀性水作用下隧道围岩
‑
混凝土喷层粘结性能试验及其劣化机理研究显得尤为紧迫和必要。针对于此，在试验过程中对隧道围岩
‑
混凝土喷层进行人工模拟环境是必不可少的关键环节，如何有效的利用腐蚀性水对隧道围岩
‑
混凝土喷层进行加速腐蚀，这一问题的提出对环境试验设备提出了更严格的要求。
[0003]在传统腐蚀工艺中，是将试样直接浸泡在装有腐蚀液的容器内，所得结果与试验结果偏差较大，对于隧道围岩
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混凝土喷层这一二元体来说，因为很多因素都会影响最后的腐蚀结果，比如腐蚀液的温度，周围的压力以及搅拌方式等，从而影响其试验质量。
[0004]因此，迫切需要一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，该方法所采用的装置包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体、设置在耐腐蚀箱体顶部的箱盖和设置在耐腐蚀箱体底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件的旋转部件，所述耐腐蚀箱体中设置有温度调节部件，所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体和与所述二氧化碳罐体连接的输送泵，所述输送泵和耐腐蚀箱体连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体，所述氮气罐体和耐腐蚀箱体连接，所述耐腐蚀箱体上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机构；所述监控模块包括监控箱和设置在所述监控箱中的微控制器，以及设置在耐腐蚀箱体内的温度传感器、压力传感器和液位传感器，所述温度传感器、压力传感器和液位传感器的输出端均与微控制器的输入端连接，所述旋转电机由微控制器进行控制；其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备：
[0008]步骤101、在隧道所处区域获取隧道围岩体；
[0009]步骤102、在隧道围岩体上喷涂混凝土，形成混凝土喷层；
[0010]步骤103、在室温环境下对混凝土喷层进行养护，得到隧道围岩混凝土喷层试件；
[0011]步骤二、腐蚀溶液的配制：
[0012]步骤201、在隧道所处区域开挖过程中得到排出水；
[0013]步骤202、采用离子分析仪对排出水进行检测得到排出水的PH值PH0和离子种类；
[0014]步骤203、根据排出水的PH值PH0和离子种类，配置第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液；
[0015]步骤三、试件放置和腐蚀溶液注入：
[0016]步骤301、将隧道围岩混凝土喷层试件放置在所述旋转部件中的转盘上，并通过L形限位板固定隧道围岩混凝土喷层试件；
[0017]步骤302、将步骤203中的第i个腐蚀溶液通过进液管注入到耐腐蚀箱体中，直至液位传感器检测到的液位满足液位试验要求值；其中，i的取值为1,2,3；
[0018]步骤四、试验环境和围压调节：
[0019]步骤401、操作第三阀门、第四阀门、排气阀打开，氮气罐体的氮气通过第三输送管向耐腐蚀箱体中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体中的空气；
[0020]步骤402、操作第三阀门和第四阀门关闭，操作第一阀门和第二阀门打开，输送泵工作，二氧化碳罐体中的二氧化碳依次通过第一输送管、输送泵和第二输送管向耐腐蚀箱体中输入二氧化碳，以排出耐腐蚀箱体中的氮气；
[0021]步骤403、操作排气阀关闭，二氧化碳罐体中的二氧化碳依次通过第一输送管、输送泵和第二输送管继续向耐腐蚀箱体中输入二氧化碳，直至压力传感器检测到的压力满足围压试验要求值；
[0022]步骤404、通过所述温度调节部件中进冷水管通入冷却水至盘管对耐腐蚀箱体内部进行降温，或者通过所述温度调节部件中进热水管通入加热水至盘管对耐腐蚀箱体内部进行升温，以使温度传感器检测到的温度满足隧道所处区域围岩的环境温度；
[0023]步骤五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验：
[0024]步骤501、操作隧道围岩混凝土喷层试件旋转，同时操作循环泵机构工作；
[0025]步骤502、待达到第一个试验时间t1后，对隧道围岩混凝土喷层试件完成第1次腐蚀模拟试验，操作排气阀打开，以排出耐腐蚀箱体中的二氧化碳；
[0026]从耐腐蚀箱体中取出隧道围岩混凝土喷层试件，并获取第一个试验时间t1后隧道围岩混凝土喷层试件的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；
[0027]步骤503、K次重复步骤三至步骤502，对隧道围岩混凝土喷层试件进行第K次腐蚀模拟试验，待达到第K个试验时间t
K
后，得到第K个试验时间t
K
后隧道围岩混凝土喷层试件的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；其中，K表示试验的总次数；第一个试验时间t1至第K个试验时间t
K
的取值均为3days～30days。
[0028]上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件的转盘、与转盘底部连接且穿过耐腐蚀箱体底部的转轴和与转轴伸出端连接的旋转电机；
[0029]两组所述循环泵机构对称布设，两组所述循环泵机构结构相同，每组所述组循环泵机构均包括依次连接的下循环管、循环阀、过渡循环管、循环泵和上循环管，所述上循环管的高度高于下循环管的高度，所述下循环管和耐腐蚀箱体侧面底部连接，所述上循环管和耐腐蚀箱体侧面中部连接。
[0030]上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：步骤501中操作隧道围岩混凝土喷层试件旋转，同时操作循环泵机构工作，具体过程如下：
[0031]微控制器通过电机驱动器控制旋转电机转动，旋转电机转动通过转轴带动转盘旋转，转盘旋转带动隧道围岩混凝土喷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，该方法所采用的装置包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体(9)、设置在耐腐蚀箱体(9)顶部的箱盖(14)和设置在耐腐蚀箱体(9)底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件(19)的旋转部件，所述耐腐蚀箱体(9)中设置有温度调节部件，所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体(10)和与所述二氧化碳罐体(10)连接的输送泵(11)，所述输送泵(11)和耐腐蚀箱体(9)连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体(12)，所述氮气罐体(12)和耐腐蚀箱体(9)连接，所述耐腐蚀箱体(9)上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机构(4)；所述监控模块包括监控箱(8)和设置在所述监控箱(8)中的微控制器(8
‑
1)，以及设置在耐腐蚀箱体(9)内的温度传感器(7)、压力传感器(6)和液位传感器(21)，所述温度传感器(7)、压力传感器(6)和液位传感器(21)的输出端均与微控制器(8
‑
1)的输入端连接，所述旋转电机(1
‑
3)由微控制器(8
‑
1)进行控制；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备：步骤101、在隧道所处区域获取隧道围岩体；步骤102、在隧道围岩体上喷涂混凝土，形成混凝土喷层；步骤103、在室温环境下对混凝土喷层进行养护，得到隧道围岩混凝土喷层试件(19)；步骤二、腐蚀溶液的配制：步骤201、在隧道所处区域开挖过程中得到排出水；步骤202、采用离子分析仪对排出水进行检测得到排出水的PH值PH0和离子种类；步骤203、根据排出水的PH值PH0和离子种类，配置第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液；步骤三、试件放置和腐蚀溶液注入：步骤301、将隧道围岩混凝土喷层试件(19)放置在所述旋转部件中的转盘(1)上，并通过L形限位板(18)固定隧道围岩混凝土喷层试件(19)；步骤302、将步骤203中的第i个腐蚀溶液通过进液管(9
‑
1)注入到耐腐蚀箱体(9)中，直至液位传感器(21)检测到的液位满足液位试验要求值；其中，i的取值为1,2,3；步骤四、试验环境和围压调节：步骤401、操作第三阀门(12
‑
2)、第四阀门(12
‑
3)、排气阀(15
‑
1)打开，氮气罐体(12)的氮气通过第三输送管(12
‑
1)向耐腐蚀箱体(9)中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体(9)中的空气；步骤402、操作第三阀门(12
‑
2)和第四阀门(12
‑
3)关闭，操作第一阀门(10
‑
2)和第二阀门(16
‑
2)打开，输送泵(11)工作，二氧化碳罐体(10)中的二氧化碳依次通过第一输送管(10
‑
1)、输送泵(11)和第二输送管(16
‑
1)向耐腐蚀箱体(9)中输入二氧化碳，以排出耐腐蚀箱体(9)中的氮气；步骤403、操作排气阀(15
‑
1)关闭，二氧化碳罐体(10)中的二氧化碳依次通过第一输送管(10
‑
1)、输送泵(11)和第二输送管(16
‑
1)继续向耐腐蚀箱体(9)中输入二氧化碳，直至压力传感器(6)检测到的压力满足围压试验要求值；步骤404、通过所述温度调节部件中进冷水管(5
‑
2)通入冷却水至盘管(5)对耐腐蚀箱体(9)内部进行降温，或者通过所述温度调节部件中进热水管(5
‑
3)通入加热水至盘管(5)
对耐腐蚀箱体(9)内部进行升温，以使温度传感器(7)检测到的温度满足隧道所处区域围岩的环境温度；步骤五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验：步骤501、操作隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转，同时操作循环泵机构工作；步骤502、待达到第一个试验时间t1后，对隧道围岩混凝土喷层试件(19)完成第1次腐蚀模拟试验，操作排气阀(15
‑
1)打开，以排出耐腐蚀箱体(9)中的二氧化碳；从耐腐蚀箱体(9)中取出隧道围岩混凝土喷层试件(19)，并获取第一个试验时间t1后隧道围岩混凝土喷层试件(19)的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；步骤503、K次重复步骤三至步骤502，对隧道围岩混凝土喷层试件(19)进行第K次腐蚀模拟试验，待达到第K个试验时间t
K
后，得到第K个试验时间t
K
后隧道围岩混凝土喷层试件(19)的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；其中，K表示试验的总次数；第一个试验时间t1至第K个试验时间t
K
的取值均为3days～30days。2.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体(9)底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件(19)的转盘(1)、与转盘(1)底部连接且穿过耐腐蚀箱体(9)底部的转轴(1
‑
1)和与转轴(1
‑
1)伸出端连接的旋转电机(1
‑
3)；两组所述循环泵机构(4)对称布设，两组所述循环泵机构(4)结构相同，每组所述组循环泵机构(4)均包括依次连接的下循环管(4
‑
1)、循环阀(4
‑
2)、过渡循环管(4
‑
3)、循环泵(4
‑
4)和上循环管(4
‑
5)，所述上循环管(4
‑
5)的高度高于下循环管(4
‑
1)的高度，所述下循环管(4
‑
1)和耐腐蚀箱体(9)侧面底部连接，所述上循环管(4
‑
5)和耐腐蚀箱体(9)侧面中部连接。3.按照权利要求2所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：步骤501中操作隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转，同时操...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙光，王恩龙，任少强，吴应明，谢江胜，仲维玲，王平安，王存宝，刘博，杨星智，
申请(专利权)人：中铁二十局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：