CN105181549B - 测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，包括样品渗透率测试装置、注浆加压装置、注浆模拟装置和电化学检测装置，所述渗透率测试装置与注浆加压装置连接，注浆加压装置与注浆模拟装置连接，注浆模拟装置与电化学检测装置连接；通过加压转换装置把水压力传至注浆浆液中，从而把注浆浆液压送至盛有试验样品的试验桶中；开始加压注浆，利用电化学工作站测试样品注浆过程的电化学阻抗谱，通过转换电极测试试样不同区段的电化学阻抗谱随时间的变化特征；利用电化学阻抗谱的特征参数分析注浆渗凝的时间效应。本试验系统可以测试整个注浆过程以及在浆液渗凝的过程中样品电化学信号的变化，通过电化学特征参数分析浆液渗凝的时间效应。

Description

测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统和方法

技术领域

本发明涉及注浆效果的电化学检测问题，属于岩土工程和电化学交叉领域。

背景技术

注浆是指把浆液压送到岩土体的裂隙、断层破碎带或构筑物本身的接缝、裂缝中的一种工程加固技术。通过注浆可以提高被注浆地层或建筑物的抗渗性和整体性，改善岩土性能，保证岩土工程及构筑物安全运行。

由于注浆的作用是确保岩土层或建筑物的抗渗性和整体性，因此对注浆效果的检验也十分重要。注浆结束若干天后，通常要钻一定数量的检查孔，进行压水试验。通过对比注浆前后地层渗透系数和渗透流量的变化，对施工资料和压水试验成果逐孔逐段分析，再与其他试验观测资料一起综合评定才能得出符合实际的质量评价。检测注浆效果的方法还有：工程地球物理勘探；采集岩心试验；大口径钻孔直接观测；孔内摄影或电视等。注浆效果检测是注浆技术中的一个重要环节。以堵水为目的的注浆应检测注浆前后岩土体渗透性的变化、进行比较和判断，方法有注水试验、压水试验及潜望镜、孔内摄影等。以加固为目的的注浆，则可通过测定注浆前后受注岩土层的强度变化来判断注浆效果。如标准贯入试验、载荷试验及利用弹性波、电阻及放射性同位素的方法等。目前，注浆效果的检测仍然是注浆技术中的一个薄弱环节，实践中还有很多问题有待于进一步完善。

电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy,简称EIS）是给电化学系统施加连续变频的小振幅的交流电势波，测量交流电势与电流信号的比值（此比值即为系统的阻抗）随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变化。进而分析电极过程动力学、双电层和扩散等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。EIS对于表征地球深部物质的电学性质以及电极界面性质是一种比较新的而且是强有力的工具，它可以用来调查各种固体流体内部以及界面离子电荷的束缚和移动等动力学性能。经过几十年的发展，电化学阻抗谱已经在地球科学和岩土工程的领域中得到不同程度的应用。

本试验系统是基于上述理论设计的检测注浆质量的一种新技术，并首先在室内得到应用，今后推广到现场实践中会节省大量的检查孔造孔等费用。室内试验系统作为一种检测检验手段应用在注浆质量的检查控制问题以及注浆体凝固时间上，可视为对现行注浆工程质量检查与控制体系的一种补充。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统和方法，可以测试整个注浆过程以及在浆液渗凝的过程中样品电化学信号的变化，通过电化学特征参数分析浆液渗凝的时间效应。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，包括样品渗透率测试装置、注浆加压装置、注浆模拟装置和电化学检测装置，所述渗透率测试装置与注浆加压装置连接，注浆加压装置与注浆模拟装置连接，注浆模拟装置与电化学检测装置连接；

所述样品渗透率测试装置包括供水瓶、变水头管和渗透仪，供水瓶的出水口分别连通变水头管、渗透仪和注浆加压装置，变水头管与渗透仪的进水口相连通，变水头管上设有测量水位高度的刻度，渗透仪的出水口与容器A相通；

所述注浆加压装置包括加压转换装置，加压转换装置内设有注浆浆液容器，加压转换装置的其中一端通过管道与注浆模拟装置密封连接，加压转换装置的另外一端通过管道与供水瓶的出水口密封连通；注浆浆液容器与注浆模拟装置密封联通；

所述注浆模拟装置包括实验桶，实验桶内设有可变电极和固定电极，可变电极和固定电极与电化学检测装置连接，实验桶的进水口与注浆浆液容器密封连通；

所述电化学检测装置包括电化学工作站和指示灯，电化学工作站分别与可变电极和固定电极连接，且电化学工作站与主机连接，主机与显示器连接，可变电极和固定电极分别与指示灯连接。

所述注浆浆液容器与实验桶的进水口的连通处位于加压转换装置内。

所述供水瓶与变水头管相连通的管道上设有进水阀门，所述变水头管与渗透仪相连通的管道上设有阀门A。

所述实验桶的出水口与容器B相通，且实验桶的出水口与容器B相连通的管道上设有阀门D。

所述加压转换装置与供水瓶的出水口相连通的管道上设有阀门B。

所述注浆浆液容器与实验桶的进水口相连通的管道上设有阀门C。

对注浆体渗流和凝固时间特性进行测试的方法步骤如下：

（1）供水瓶中盛装足够量的水，打开进水阀门，使变水头管水位达到预定高度，渗透仪和试验桶中盛装相同规格的试验样品，然后通过渗透仪测试试验样品的渗透率；

（2）在试验桶中自下而上依次装入碎石Ⅰ、细砂Ⅰ、试验样品、细砂Ⅱ和碎石Ⅱ，试验桶内壁在装试验样品的同时装上固定电极和可变电极；

（3）试验样品安装结束，线路连接好，通过加压转换装置把水压力传至注浆浆液中，从而把注浆浆液容器中的注浆浆液压送至盛有试验样品的试验桶中；

（4）根据现场注浆条件开始加压注浆，注意观测记录注浆浆液的变化特征；

（5）利用电化学工作站测试样品注浆过程的电化学阻抗谱，通过可变电极测试试样不同区段的电化学阻抗谱随时间的变化特征；

（6）利用电化学阻抗谱的特征参数分析注浆渗凝的时间效应。

所述的电化学工作站为CHI660E电化学工作站。

所述的注浆浆液为水泥浆液或水玻璃。

本发明的有益效果：本试验系统及方法与现有技术相比，其效果是积极和明显的。通过本试验系统可以顺利模拟注浆过程及其浆液渗流和凝固随时间的变化特征，是一种全新的检测方法，本试验系统从电化学的角度研究注浆的渗流和凝固，检测注浆体的加固效果，是注浆效果检验的新发展。本试验系统可以测试整个注浆过程以及在浆液渗凝的过程中样品电化学信号的变化，通过电化学特征参数分析浆液渗凝的时间效应。

附图说明

图1为本发明测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，包括样品渗透率测试装置、注浆加压装置、注浆模拟装置和电化学检测装置，渗透率测试装置与注浆加压装置连接，注浆加压装置与注浆模拟装置连接，注浆模拟装置与电化学检测装置连接；

样品渗透率测试装置包括供水瓶1、变水头管4和55型渗透仪6，供水瓶的出水口分别连通变水头管4、55型渗透仪6和注浆加压装置，变水头管4与55型渗透仪6的进水口相连通，变水头管4上设有测量水位高度的刻度，55型渗透仪6的出水口与容器A7相通，供水瓶与变水头管相连通的管道上设有进水阀门3，变水头管4与55型渗透仪6相连通的管道上设有阀门A5。

注浆加压装置包括加压转换装置9，加压转换装置9内设有注浆浆液容器10，加压转换装置9的其中一端通过管道与注浆模拟装置密封连接，加压转换装置9的另外一端通过管道与供水瓶1的出水口密封连通，注浆浆液容器10与注浆模拟装置密封联通，加压转换装置9与供水瓶1的出水口相连通的管道上设有阀门B8。

注浆模拟装置包括实验桶20，实验桶20内设有可变电极18和固定电极17，可变电极18和固定电极17与电化学检测装置连接，实验桶20的进水口与注浆浆液容器10密封连通，且注浆浆液容器10与实验桶20的进水口的连通处位于加压转换装置9内，注浆浆液容器10与实验桶20的进水口相连通的管道上设有阀门C11，实验桶20的出水口与容器B21相通，且实验桶20的出水口与容器B21相连通的管道上设有阀门D19。

电化学检测装置包括电化学工作站23和指示灯22，可变电极18和固定电极17分别与指示灯连接试验桶20和指示灯22上面的数字是对应的，试验桶20的电极数字代表不同的5个电极位置，并把试验桶20分为相应部分，指示灯22上的数字和试验桶20电极数字对应，电化学工作站23分别与可变电极18和固定电极17连接，且电化学工作站23与主机24连接，主机24与显示器25连接。

对注浆体渗流和凝固时间特性进行测试的方法步骤如下：

（1）供水瓶中盛装足够量的水2，打开进水阀门3，使变水头管4水位达到预定高度，55型渗透仪6和试验桶20中盛装相同规格的试验样品，然后通过55型渗透仪6测试试验样品的渗透率；

（2）在试验桶中自下而上依次装入碎石Ⅰ12、细砂Ⅰ13、试验样品14、细砂Ⅱ15和碎石Ⅱ16，试验桶20内壁在装试验样品的同时装上固定电极17和可变电极18；

（3）试验样品安装结束，线路连接好，通过加压转换装置9把水压力传至注浆浆液水玻璃中，从而把注浆浆液容器10中的注浆浆液压送至盛有试验样品的试验桶20中；

（4）根据现场注浆条件开始加压注浆，注意观测记录注浆浆液的变化特征；

（5）利用CHI660E电化学工作站23测试样品注浆过程的电化学阻抗谱，通过可变电极测试试样不同区段的电化学阻抗谱随时间的变化特征；

（6）利用电化学阻抗谱的特征参数分析注浆渗凝的时间效应。

具体操作步骤为：按图1所示，安装连接试验系统的各个部分，在试验桶（Ф20cm×80cm）中依次加入碎石、细砂、土体试样、细砂和碎石并适当压实，在安装土样时同时在试验桶两壁安装固定电极和转换电极，电极两端与CHI660E电化学工作站相连，供水瓶中盛装足够量的水，首先利用渗透仪（渗透仪和试验桶中盛装相同规格的土体样品）测试土体样品的渗透率，通过密封加压装换装置把水压力传至的注浆浆液（水玻璃）中，从而把浆液压送至模拟试验桶中，模拟注浆过程时，利用电化学工作站测试注浆体的电化学阻抗谱，通过转换电极分别测得试验样品不同区段的电化学阻抗谱随时间的变化特征，根据不同时间、不同区段的电化学阻抗谱特征参数变化，分析注浆体渗凝的时间效应。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，包括样品渗透率测试装置、注浆加压装置、注浆模拟装置和电化学检测装置，所述渗透率测试装置与注浆加压装置连接，注浆加压装置与注浆模拟装置连接，注浆模拟装置与电化学检测装置连接；所述样品渗透率测试装置包括供水瓶（1）、变水头管（4）和渗透仪（6），供水瓶（1）的出水口分别连通变水头管（4）、渗透仪（6）和注浆加压装置，变水头管（4）与渗透仪（6）的进水口相连通，变水头管（4）上设有测量水位高度的刻度，渗透仪（6）的出水口与容器A（7）相通；

所述注浆加压装置包括加压转换装置（9），加压转换装置（9）内设有注浆浆液容器（10），加压转换装置（9）的其中一端通过管道与注浆模拟装置密封连接，加压转换装置（9）的另外一端通过管道与供水瓶（1）的出水口密封连通；注浆浆液容器（10）与注浆模拟装置密封联通；

所述注浆模拟装置包括实验桶（20），实验桶（20）内设有可变电极（18）和固定电极（17），可变电极（18）和固定电极（17）与电化学检测装置连接，实验桶（20）的进水口与注浆浆液容器（10）密封连通；

所述电化学检测装置包括电化学工作站（23）和指示灯（22），电化学工作站（23）分别与可变电极（18）和固定电极（17）连接，且电化学工作站（23）与主机（24）连接，主机（24）与显示器（25）连接，可变电极（18）和固定电极（17）分别与指示灯连接；

利用上述测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统对注浆体渗流和凝固时间特性进行测试的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：供水瓶中盛装足够量的水（2），打开进水阀门（3），使变水头管（4）水位达到预定高度，渗透仪（6）和试验桶（20）中盛装相同规格的试验样品，然后通过渗透仪（6）测试试验样品的渗透率；

步骤二：在试验桶中自下而上依次装入碎石Ⅰ（12）、细砂Ⅰ（13）、试验样品（14）、细砂Ⅱ（15）和碎石Ⅱ（16），试验桶（20）内壁在装试验样品的同时装上固定电极（17）和可变电极（18）；

步骤三：试验样品安装结束，线路连接好，通过加压转换装置（9）把水压力传至注浆浆液容器（10）中的注浆浆液中，从而把注浆浆液容器（10）中的注浆浆液压送至盛有试验样品的试验桶（20）中；

步骤四：根据现场注浆条件开始加压注浆，注意观测记录注浆浆液的变化特征；

步骤五：利用电化学工作站（23）测试样品注浆过程的电化学阻抗谱，通过可变电极测试试样不同区段的电化学阻抗谱随时间的变化特征；

步骤六：利用电化学阻抗谱的特征参数分析注浆渗凝的时间效应。

2.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述注浆浆液容器（10）与实验桶（20）的进水口的连通处位于加压转换装置（9）内。

3.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述供水瓶与变水头管相连通的管道上设有进水阀门，所述变水头管与渗透仪相连通的管道上设有阀门A。

4.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述实验桶的出水口与容器B 相通，且实验桶的出水口与容器B 相连通的管道上设有阀门D。

5.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述加压转换装置与供水瓶的出水口相连通的管道上设有阀门B。

6.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述注浆浆液容器与实验桶的进水口相连通的管道上设有阀门C。

7.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述的电化学工作站为CHI660E 电化学工作站。

8.根据权利要求1 所述的测试注浆体渗流和凝固时间特性的试验系统，其特征在于：所述的注浆浆液为水泥浆液或水玻璃。