一种注浆材料使用寿命的测试装置及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种注浆材料使用寿命的测试装置及测试方法。所述测试装置包括—浸泡槽；—加热元件，用于加热浸泡槽内的腐蚀性溶液；—酸度计，用于测量浸泡槽内的腐蚀性溶液的酸碱度；—用于固化计算公式进行计算工作的计算单元；—显示单元，用于显示试件的强度和腐蚀性溶液的酸碱度关系曲线图、以及试件强度和使用寿命的关系曲线图。所述测试方法利用上述装置可以测得注浆材料的使用寿命。本发明可以检测处各阶段试件的腐蚀程度，从而根据所得检测数据真实地模拟出注浆浆液结石体受环境中侵蚀介质的腐蚀过程，并通过腐蚀性溶液对注浆结石体的加速腐蚀过程，准确、高效地测试出结石体最终因强度衰竭破坏的时间——即注浆结石体的使用寿命。
【专利说明】一种注浆材料使用寿命的测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种注浆材料使用寿命的测试装置及测试方法，特别是涉及一种使用 化学反应动力学原理对水泥类注浆材料使用寿命进行测试的方法。
【背景技术】
[0002] 注浆作为一种特殊的施工方法，在土木、水利、矿山、交通等许多领域中得到了广 泛的应用。在修建隧道时，常用注浆法加固隧道周围松散软弱围岩，充填岩体中的空隙，限 制地下水的流动以控制施工现场岩土体的位移和塌方等。
[0003] 由于在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水及流经高炉矿渣或煤渣的水中 常含有各种酸类和盐类，注浆浆液长期接触上述几种类型的地下水后，浆液结石体就会被 侵蚀破坏，失去封堵地下水和加固岩土体的作用。要使隧道与地下工程能够长期发挥作用， 不光要依靠结构自身的稳定性和耐久性，围岩的稳定性和抗渗性也是一个关键因素。因此， 充填和渗透在岩层裂隙中浆液结石体的寿命，对于隧道与地下工程结构能否长期安全使用 起着重要的作用。
[0004] 随着地下工程的迅速发展，注浆材料的应用越来越广泛。但现阶段对于注浆材料 的使用寿命及效果的评价还处于初级阶段，许多工程进行注浆之后往往不进行效果检测和 评估，或者进行检测评估时没有科学有效的方法和指标体系，这就造成了注浆的盲目性。对 于现阶段高速发展的地下工程来说，使用未经验证的材料潜在的危险较多，竣工后期的工 程存在巨大的安全隐患，因此对于注浆材料的使用效果及寿命测试评价的研究工作亟待加 强。
【发明内容】
[0005] 为了对注浆材料的使用效果及寿命进行预测，本发明旨在提供一种注浆材料使用 寿命的测试装置及测试方法，该测试装置及测试方法可以较为准确地测试处注浆材料的使 用寿命，从而保障隧道或地下工程的安全。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种注浆材料使用寿命的测试装置，其结构特点是，包括
[0008] -浸泡槽，具有用于盛放腐蚀性溶液和注浆材料制成的试件的封闭腔体；
[0009] -加热元件，用于加热浸泡槽内的腐蚀性溶液；
[0010] 一酸度计，用于测量浸泡槽内的腐蚀性溶液的酸碱度；
[0011] 一用于固化计算公式进行计算工作的计算单元；
[0012] 一显示单元，用于显示试件的强度和腐蚀性溶液的酸碱度关系曲线图、以及试件 强度和使用寿命的关系曲线图。
[0013] 由此，将试件置于封闭的浸泡槽内，通过保持酸度计观察并保持腐蚀性溶液酸度 恒定，加热腐蚀性溶液，达到加速腐蚀试件的目的。
[0014] 以下为本发明的进一步改进的技术方案：
[0015] 进一步地，所述浸泡槽与一循环水泵相连，用于使浸泡的腐蚀溶液循环流动。
[0016] 所述浸泡槽内装有支架，所述试件置于支架上，由此，可使得结石体试块各表面充 分与腐蚀性溶液接触。
[0017] 所述加热元件装在浸泡槽底部，进一步地，所述加热元件为电热丝。
[0018] 本发明还提供了一种利用上述注浆材料使用寿命的测试装置测试注浆材料使用 寿命的方法，包括如下步骤：
[0019] 1)、试件制备，试件脱模后，放入标准养护室内养护28天，并测试试件养护后的初 始抗压强度；
[0020] 2)将试件完全浸泡于浸泡槽的酸性腐蚀性溶液内，并保持溶液的pH值和温度不 变；
[0021] 3)每隔N天取出试块进行无侧限抗压强度测试，N为正整数，得出各龄期的强度保 持率R，拟合出各龄期的强度保持率R与测试时间的函数关系，得出该测试温度下腐蚀反应 对应的反应速度常数K，然后根据Arrhenius定理得出常温下的试件腐蚀反应常数InK，从 而推算出试件的强度保持率R随时间变化的函数关系，最终得出试块的使用寿命，即强度 保持率R为初始抗压强度一半时的龄期。
[0022] 为了更精确更快速地测得注浆材料的使用寿命，在步骤1)中，同时制备多块试 件，养护28天后，分为多组，将不同组的试块置于不同温度的恒温浸泡槽内，各恒温浸泡槽 内腐蚀性液体的pH值保持为4,每隔Ν天取出试块进行强度测试，得出不同温度下各龄期 的强度保持率R，然后根据Arrhenius定理得出常温下的试件腐蚀反应常数InK，最终拟合 出不同温度下使用寿命与强度保持率R的函数关系。更进一步地，本发明同时制备12块试 件，养护28天后，分为四组，将不同组的试块分别置于451：，601：，751：，901：的恒温浸泡槽 内浸泡。
[0023] 优选地，所述腐蚀性溶液的pH值恒定为4。
[0024] 根据本发明的实施例，取出试块进行无侧限抗压强度测试的测试时间为每隔40 天测试一次，直至360天测试结束。
[0025] 本发明所述标准养护室的环境，温度为18°C?22°C，相对湿度为95%
[0026] 本发明的测试原理为：在地下工程注浆过程中，水泥类注浆材料的使用最为广泛。 在水泥浆液的各种水化产物当中，Ca (0H) 2所占的比重比较大，是水泥浆液结石体具备较高 强度的主要因素。同时，在各种水化产物中，Ca(0H) 2的溶解度最大，在流水的作用下，浆液 结石体中的Ca (0H) 2会逐渐溶出，液相中石灰浓度降低，开始由固体Ca (0H) 2的溶解加以补 偿，随后在一定浓度的氢氧化钙溶液中才能稳定的其它水化物亦分解，引起水化硅酸盐及 铝酸盐分解，最后导致结石体破坏。因此，水泥类注浆材料相对于周围水环境的酸碱度是呈 碱性的。
[0027] 随着工业污染的加剧导致大气和水体酸化严重，水泥浆液结石体在酸液腐蚀下， 其CaO成分与酸根离子会不断发生化学反应，使得水泥结石体中的Ca (0H) 2成分不断减少， 水泥石的强度则会不断下降，最终因失去强度而破坏，失去了堵水和加固的作用。前人的 研究表明，当CaO的累计消耗率在25%以下时，水泥结石体的强度能够保持在初始强度的 50%以上。当结石体中的CaO含量下降超过25%时，抗压强度将急剧下降，注浆帷幕基本上 失去了堵水和加固的作用。因此可以认为，注浆结石体的强度衰减到初始强度的50%的时 间就是使用寿命终结的临界时间。
[0028] H+离子对水泥结石体的破坏作用可以用下列反应式来说明：
【权利要求】
1. 一种注浆材料使用寿命的测试装置，其特征在于，包括 一浸泡槽（1)，具有用于盛放腐蚀性溶液和注浆材料制成的试件（7)的封闭腔体； 一加热元件（13)，用于加热浸泡槽（1)内的腐蚀性溶液； 一酸度计（2)，用于测量浸泡槽（1)内的腐蚀性溶液的酸碱度； 一用于固化计算公式进行计算工作的计算单元（3); 一显示单元（4)，用于显示试件（7)的强度和腐蚀性溶液的酸碱度关系曲线图、以及试 件（7)强度和使用寿命的关系曲线图。
2. 根据权利要求1所述的注浆材料使用寿命的测试装置，其特征在于，所述浸泡槽（1) 与一循环水泵（12)相连。
3. 根据权利要求1所述的注浆材料使用寿命的测试装置，其特征在于，所述浸泡槽（1) 内装有支架（14)，所述试件（7)置于支架（14)上。
4. 根据权利要求1所述的注浆材料使用寿命的测试装置，其特征在于，所述加热元件 (13)装在浸泡槽（1)底部。
5. -种利用权利要求1~4之一所述注浆材料使用寿命的测试装置测试注浆材料使用 寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 试件制备，试件脱模后，放入标准养护室内养护28天，并测试试件养护后的初始抗 压强度； 2) 将试件完全浸泡于浸泡槽（1)的酸性腐蚀性溶液内，并保持溶液的pH值和温度不 变； 3) 每隔N天取出试块进行无侧限抗压强度测试，N为正整数，得出各龄期的强度保持率 R，拟合出各龄期的强度保持率R与测试时间的函数关系，得出该测试温度下腐蚀反应对应 的反应速度常数I，然后根据Arrhenius定理得出常温下的试件腐蚀反应常数InJ，从而推 算出试件的强度保持率R随时间变化的函数关系，最终得出试块的使用寿命，即强度保持 率R为初始抗压强度一半时的龄期。
6. 根据权利要求5所述的测试注浆材料使用寿命的方法，其特征在于，在步骤1)中，同 时制备多块试件，养护28天后，分为多组，将不同组的试块置于不同温度的恒温浸泡槽（1) 内，各恒温浸泡槽（1)内腐蚀性液体的pH值保持为4,每隔N天取出试块进行强度测试，得 出不同温度下各龄期的强度保持率R，然后根据Arrhenius定理得出常温下的试件腐蚀反 应常数InK，最终拟合出不同温度下使用寿命与强度保持率R的函数关系。
7. 根据权利要求5所述的测试注浆材料使用寿命的方法，其特征在于，所述腐蚀性溶 液的pH值恒定为4。
8. 根据权利要求5所述的测试注浆材料使用寿命的方法，其特征在于，取出试块进行 无侧限抗压强度测试的测试时间为每隔40天测试一次，直至360天测试结束。
9. 根据权利要求6所述的测试注浆材料使用寿命的方法，其特征在于，同时制备12块 试件，养护28天后，分为四组，将不同组的试块分别置于45°C，60°C，75°C，90°C的恒温浸泡 槽（1)内浸泡。
【文档编号】G01N17/00GK104062222SQ201410327640
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】涂鹏, 胡育林, 张国祥, 冯树荣, 吴文平 申请人:中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司