CN106404913B - 隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法 - Google Patents

隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106404913B
CN106404913B CN201610931257.8A CN201610931257A CN106404913B CN 106404913 B CN106404913 B CN 106404913B CN 201610931257 A CN201610931257 A CN 201610931257A CN 106404913 B CN106404913 B CN 106404913B
Authority
CN
China
Prior art keywords
test block
tunnel
compressive force
velocity
axial compressive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610931257.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106404913A (zh
Inventor
戴鹏
吴立朋
梁甜甜
乔文涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei Sidong Environmental Protection Technology Co ltd
Original Assignee
Shijiazhuang Tiedao University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shijiazhuang Tiedao University filed Critical Shijiazhuang Tiedao University
Priority to CN201610931257.8A priority Critical patent/CN106404913B/zh
Publication of CN106404913A publication Critical patent/CN106404913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106404913B publication Critical patent/CN106404913B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，属于混凝土构件测试领域。本发明包括以下步骤：制作混凝土试块，数量不少于6个，养护后，在混凝土试块相对的两个侧面的中心位置布置超声波探头；用压力试验机测出同一轴向压力水平下每个混凝土试块的超声波传递时间；算出试块i的材料声速，求出同一轴向压力下各试块的声速平均值；以横轴为轴向压力，纵轴为平均声速，通过三次多项式数据拟合，作出声速随轴向压力变化的曲线；根据受到硫酸盐腐蚀的衬砌管片的实际工况应力，查询试验拟合曲线得出材料声速，在衬砌管片上布置超声波发射/接收探头测量超声波往返时间，通过计算可得出隧道衬砌管片已腐蚀厚度并判断强度的安全性。

Description

隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法
技术领域
本发明属于混凝土构件测试技术领域，尤其涉及一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法。
背景技术
针对我国交通事业的不断发展，隧道作为公路或铁路线上的重要建筑物，其安全性需要持续加强监测。隧道开挖后破坏了原来围岩所形成的平衡状态，导致发生了应力重分布，使得围岩需要在衬砌及围岩所受外侧荷载作用下达到新的平衡，所以衬砌对稳定隧道结构的重要性不言而喻。衬砌多是钢筋混凝土制成的永久性支护结构，沿隧道洞身周边布置以防止围岩发生过大变形或倒塌，占隧道总投资的1/4-1/3。在我国西南地区分布着大量含有硫酸盐侵蚀性物质岩层，这种侵蚀环境对隧道中的混凝土衬砌会产生严重的破坏作用。混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程，浓度较小时，会与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成钙矾石；当溶液中浓度大于1000毫克/升时，不仅会有钙矾石的生成还会有石膏结晶析出，这两种产物均具有膨胀性，将会引起混凝土开裂，强度降低；其次，还会与混凝土中的碳酸盐和水化硅酸钙反应生成无胶结作用的碳硫硅钙石，随着水化硅酸钙的不断消耗，胶凝材料逐渐变成灰白色且无强度的泥质混合物，强度下降。
目前对于的侵蚀深度，大多数是在实验室进行化学检测，尚未发现利用超声波且考虑实际受力工况并可应用于现场的硫酸盐腐蚀深度的探测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，通过压力试验得出不同应力水平下的声速和应力变化曲线，利用曲线分析实际工况应力下的材料声速以及测得超声波传递时间，通过简便的超声波往返时间测量计算出隧道衬砌管片已腐蚀厚度，能够对衬砌的安全性作出判断。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，包括以下步骤：
步骤一、制作混凝土试块：混凝土试块的配比与预探测的隧道衬砌配比相同，混凝土试块的数量不少于6个，混凝土试块的横截面为正方形，边长和高度分别记为a和c，满足c/a≧2.5；
步骤二、养护至90天，取出混凝土试块；
步骤三、在混凝土试块相对的两个侧面的中心位置布置超声波探头；
步骤四、用压力试验机对混凝土试块施加轴向压力，测出同一轴向压力水平下每个混凝土试块的超声波传递时间t；
步骤五、按照可算出试块i的材料声速，进而通过求出同一轴向压力下各试块的声速平均值；
步骤六、施加的轴向压力从0.05fck×a2起依次递增0.05fck×a2至0.85fck×a2，fck为试块的棱柱体抗压强度标准值，重复步骤四、步骤五；
步骤七、以横轴为轴向压力，纵轴为平均声速，通过三次多项式数据拟合，作出声速随轴向压力变化的曲线；
步骤八、在隧道衬砌管片上打孔至围岩，采用EDTA容量法或质量法检测的浓度；若衬砌管片含有先用密封材料填充好已打的孔，再在孔周边的安装超声波发射/接收探头，以1～10MHZ为频率发射并接收超声波，测量超声波的往返时间；随后根据真实工况应力水平，通过查询试验数据所拟合的曲线，得到实际工况应力下材料的声速，按计算未损失管片厚度，最后根据衬砌管片原厚度H与未损厚度h，通过Δh＝H-h计算出已腐蚀厚度Δh。
在孔周边的衬砌管片上涂抹0.2～0.5mm厚耦合剂，粘贴超声波发射/接收探头。
将衬砌强度安全系数记为f，若发现则发出危险警报，封闭交通，对隧道衬砌进行更换。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
该方法是先在实验室通过压力试验以及超声波探测的数据拟合出声速随应力变化曲线，便于查询，操作灵活简便；然后在现场根据实际工况应力查询上述曲线，通过简便的超声波往返时间测量计算出隧道衬砌管片已腐蚀厚度，并对衬砌的安全性作出判断。
附图说明
图1是本发明不同应力水平下混凝土声速测试示意图；
图2是本发明声速平均值随应力水平变化曲线；
图3是本发明探测的隧道衬砌示意图；
图中：1、超声波探头；2、孔；3、超声波发射/接收探头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，包括以下步骤：
步骤一、制作如图1所示的混凝土试块：混凝土试块的配比与预探测的隧道衬砌配比相同，混凝土试块的数量不少于6个，混凝土试块的横截面为正方形，边长和高度分别记为a和c，满足c/a≧2.5；
步骤二、养护至90天，取出混凝土试块；
步骤三、在混凝土试块相对的两个侧面的中心位置布置超声波探头1；
步骤四、用压力试验机对混凝土试块施加轴向压力，测出同一轴向压力水平下每个混凝土试块的超声波传递时间t；
步骤五、按照可算出试块i的材料声速，进而通过求出同一轴向压力下各试块的声速平均值；
步骤六、施加的轴向压力从0.05fck×a2起依次递增0.05fck×a2至0.85fck×a2，也即施加的轴向压力以0.05fck×a2为起始值，每次递增0.05fck×a2，直到施加的轴向压力达到0.85fck×a2为止，fck为试块的棱柱体抗压强度标准值，重复步骤四、步骤五；
步骤七、以横轴为轴向压力，纵轴为平均声速，通过三次多项式数据拟合，作出声速随轴向压力变化的曲线，如图2所示；
步骤八、参照图3，在隧道衬砌管片上打孔2至围岩，采用EDTA容量法或质量法检测的浓度；若衬砌管片含有先用密封材料填充好已打的孔2，再在孔2的周边安装超声波发射/接收探头3，以1～10MHZ为频率发射并接收超声波，测量超声波的往返时间；随后根据真实工况应力水平，通过查询试验数据所拟合的曲线，得到实际工况应力下材料的声速，按计算未损失管片厚度。最后根据衬砌管片原厚度H与未损厚度h，通过Δh＝H-h计算出已腐蚀厚度Δh；隧道衬砌已腐蚀厚度和安全性由衬砌原厚度以及未损管片厚度来计算；将衬砌强度安全系数记为f，若发现则发出危险警报，封闭交通，对隧道衬砌进行更换。
其中，在孔2周边的衬砌管片上涂抹0.2～0.5mm厚耦合剂，粘贴超声波发射/接收探头3。
以上对本发明提供的技术方案进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制作混凝土试块：混凝土试块的配比与预探测的隧道衬砌配比相同，混凝土试块的数量不少于6个，混凝土试块的横截面为正方形，边长和高度分别记为a和c，满足c/a≧2.5；
步骤二、养护至90天，取出混凝土试块；
步骤三、在混凝土试块相对的两个侧面的中心位置布置超声波探头(1)；
步骤四、用压力试验机对混凝土试块施加轴向压力，测出同一轴向压力水平下每个混凝土试块的超声波传递时间t；
步骤五、按照可算出试块i的材料声速，进而通过求出同一轴向压力下各试块的声速平均值；
步骤六、施加的轴向压力从0.05 fck×a2起依次递增0.05 fck×a2至0.85 fck×a2，为试块的棱柱体抗压强度标准值，重复步骤四、步骤五；
步骤七、以横轴为轴向压力，纵轴为平均声速，通过三次多项式数据拟合，作出声速随轴向压力变化的曲线；
步骤八、在隧道衬砌管片上打孔（2）至围岩，采用EDTA容量法或质量法检测的浓度；若衬砌管片含有，先用密封材料填充好已打的孔，再在孔（2）的周边安装超声波发射/接收探头（3），以1～10MHZ为频率发射并接收超声波，测量超声波的往返时间；随后根据真实工况应力水平，通过查询试验数据所拟合的曲线，得到实际工况应力下材料的声速，按计算未损失管片厚度，最后根据衬砌管片原厚度H与未损厚度h，通过计算出已腐蚀厚度。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，其特征在于，在孔（2）周边的衬砌管片上涂抹0.2～0.5mm厚耦合剂，粘贴超声波发射/接收探头（3）。
3.根据权利要求1所述的隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法，其特征在于，将衬砌强度安全系数记为f，若发现，则发出危险警报，封闭交通，对隧道衬砌进行更换。
CN201610931257.8A 2016-10-31 2016-10-31 隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法 Active CN106404913B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610931257.8A CN106404913B (zh) 2016-10-31 2016-10-31 隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610931257.8A CN106404913B (zh) 2016-10-31 2016-10-31 隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106404913A CN106404913A (zh) 2017-02-15
CN106404913B true CN106404913B (zh) 2019-03-05

Family

ID=58012144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610931257.8A Active CN106404913B (zh) 2016-10-31 2016-10-31 隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106404913B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110426459A (zh) * 2019-08-15 2019-11-08 朱小明 一种隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀测试方法
CN110455704B (zh) * 2019-09-09 2020-09-29 中南大学 一种混凝土材料抗硫酸盐侵蚀性能检测方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101013067A (zh) * 2007-02-06 2007-08-08 济南丰采电子科技有限公司 高温炉管剩余寿命评估方法及装置
JP2012118047A (ja) * 2010-07-21 2012-06-21 Sekisui Chem Co Ltd 埋設管の検査方法および更生工法
CN103940726A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 清华大学 一种基于非接触式超声技术的钢烟囱腐蚀监测系统及方法
CN104569150A (zh) * 2013-10-09 2015-04-29 中国矿业大学(北京) 煤岩力学参数检测仪及其测定煤岩力学参数的方法
CN105675474A (zh) * 2014-11-21 2016-06-15 中国海洋石油总公司 一种检测管件腐蚀程度的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101013067A (zh) * 2007-02-06 2007-08-08 济南丰采电子科技有限公司 高温炉管剩余寿命评估方法及装置
JP2012118047A (ja) * 2010-07-21 2012-06-21 Sekisui Chem Co Ltd 埋設管の検査方法および更生工法
CN104569150A (zh) * 2013-10-09 2015-04-29 中国矿业大学(北京) 煤岩力学参数检测仪及其测定煤岩力学参数的方法
CN103940726A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 清华大学 一种基于非接触式超声技术的钢烟囱腐蚀监测系统及方法
CN105675474A (zh) * 2014-11-21 2016-06-15 中国海洋石油总公司 一种检测管件腐蚀程度的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effect of sulfate attack on stress-strain relationship of FRP-confined concrete;Yingwu Zhou et al.;《Construction and bulding meterials》;20160217;第235-250页
荷载及水头压力作用下地下结构混凝土硫酸盐腐蚀研究;吴骏晖;《万方学位论文》;20160129;第25-131页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106404913A (zh) 2017-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Azarsa et al. Assessment of self-healing and durability parameters of concretes incorporating crystalline admixtures and Portland Limestone Cement
AU2013101531A4 (en) Deep softrock geostress test method and device based on flow stress recovery principle
Niu et al. Critical conditions and life prediction of reinforcement corrosion in coral aggregate concrete
CN105300801B (zh) 自修复水泥基材料的自修复效果评价方法
CN104730222B (zh) 一种钢筋混凝土构件锈蚀开裂后钢筋锈蚀度无损检测方法
Yan et al. Study on the service life prediction of freeze–thaw damaged concrete with high permeability and inorganic crystal waterproof agent additions based on ultrasonic velocity
Wang et al. Real-time strain monitoring of reinforced concrete under the attacks of sulphate and chloride ions based on XCT and DIC methods
CN105753397B (zh) 一种抗冻融透水混凝土
CN106370812A (zh) 一种岩体蚀变分带的综合定量判别方法
CN106404913B (zh) 隧道衬砌硫酸盐腐蚀探测方法
CN115893938B (zh) 具有渗流-化学-振动耦合特性灰岩相似材料及配制方法
CN107300513A (zh) 一种混凝土碘离子扩散系数的测试方法
Yang et al. Characteristics of energy evolution and acoustic emission response of concrete under the action of acidic drying-saturation processes cycle
Lambert et al. Influence of calcium leaching on the mechanical behavior of a rock–mortar interface: A DEM analysis
CN103278423B (zh) 一种碳化水泥基材料中碳酸钙空间分布的定量表征方法
CN110658332A (zh) 一种混凝土衬砌预压力测定试验装置及其试验方法
Bernal et al. Durability and testing–degradation via mass transport
Goushis et al. Effectiveness of polymeric and cementitious materials to secure cracks in concrete under diverse circumstances
Wang et al. Influence of cationic epoxy resin type on electrophoretic deposition effect on repair of rust-cracked reinforced concrete
Zhuang et al. Corrosion Activity on CFRP‐Strengthened RC Piles of High‐Pile Wharf in a Simulated Marine Environment
Wang et al. Effect of colloid solution concentration of epoxy resin on properties of rust-cracked reinforced concrete repaired by electrophoretic deposition
Feng et al. Experimental study on the high water pressure erosion mechanism and its influence on the submarine shield tunnel concrete segments
Galler et al. Support elements in conventional tunneling–Focus on long-term behavior
Li et al. Particle size distribution of aggregate effects on the dynamic compressive behavior of cement waste rock backfill
Liu et al. Mechanical properties and damming behaviors of gravelly solidified soil for earth-rock dam core wall

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230413

Address after: 063600 Leting Economic Development Zone, Tangshan City, Hebei

Patentee after: Hebei Sidong Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Address before: 050043 No. 17, North Second Ring Road, Hebei, Shijiazhuang

Patentee before: SHIJIAZHUANG TIEDAO University

TR01 Transfer of patent right