CN110779854A - 一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法 - Google Patents

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谢茂佳
熊剑平
周胜波
陈杰
王彬
王鹏
任少博
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Guangxi Transportation Research and Consulting Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，包括以下步骤：（1）配制质量浓度为0～4%的碳酸盐溶液；（2）地质聚合物灌浆材料标准试样抗碳酸盐腐蚀持续浸泡60天；（3）分析不同浸泡时间下，试样的质量变化、强度变化和线性收缩率，评价地质聚合物灌浆材料在碳酸盐中的性能演变规律。本发明主要用于评价地质聚合物灌浆在碳酸盐地区的抗腐蚀性能，为地质聚合物灌浆材料应用于碳酸盐地区中路基、隧道和桩基的灌浆和加固提供可靠的评价方法。

Description

一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法。
背景技术
我国国土面积中有三分之一是碳酸盐地区，尤其是南方地区雨水充沛，部分碳酸根离子解离进入地下水中或以游离态存在土壤中。随着我国交通建设飞速发展，许多公路、铁路、地铁经过碳酸盐地区，路基加固、桥梁桩基浸泡、隧道围岩稳定等都需要抗腐蚀优良的新型灌浆材料。地质聚合物灌浆材料是由铝硅酸盐材料（包括偏高岭土、粉煤灰、矿渣等）与氢氧化钠、氢氧化钾或其硅酸盐溶液生成的新型灌浆材料。与传统灌浆材料比较，该灌浆材料具有高流动、高渗透、结石强度高、快硬早强、耐酸碱盐腐蚀等优点，但是，目前国内外尚未有地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀的评价方法。这将影响地质聚合物灌浆材料在交通领域的广泛应用。
国内外的研究者们从地质聚合物碳化的角度出发，参照水泥混凝土碳化的标准做了一些研究，但是尚未有针对地质聚合物灌浆材料碳酸盐腐蚀的专利。
发明内容
本发明的目的是提出一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀的评价方法，为地质聚合物灌浆材料在公路和铁路的路基、桩基、隧道等不同部位的大规模灌浆浸泡提供一种耐久性评价方法。
本发明的方案是通过这样实现的：
一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，包括以下步骤：
步骤一，配制质量浓度为0～4%的碳酸盐溶液：分析纯的碳酸盐0～4份，去离子水100份，在室温下，将碳酸盐固体溶解在去离子水中，配制成质量浓度为0～4%的碳酸盐溶液；
步骤二，采用尺寸为40×40×160mm的标准模具成型地质聚合物灌浆材料试样，24h脱膜后，完全浸泡在步骤一配制的碳酸盐溶液中持续浸泡60天，分析试样的质量变化、长度变化和强度变化并评价地质聚合物灌浆材料的抗碳化腐蚀性能。
本发明进一步说明，分析试样的质量变化评价方法为：采用精度为0.001g、量程为 1000g的电子天平，先称量步骤二中24h脱膜试样的质量，做为原始基准质量m0，并标记试样 编号，从试样放入碳酸盐溶液时开始计算时间，每隔4天取出试样称量质量，计为mi，i代表 实验次数1,2,3…，质量变化公式为：
Figure 276547DEST_PATH_IMAGE001
，每组实验做三个平行实验，取 算术平均值。
本发明进一步说明，分析试样的长度变化评价方法为：采用BY-160型水泥砂浆比 长仪，根据《水泥胶砂干缩试验方法》(GB751-81)的要求测试试样的长度，先测量步骤二中 24h脱膜试样的长度，做为原始基准长度l0，并标记试样编号，从试样放入碳酸盐溶液时开 始计算时间，每隔4天取出试样采用同样方法测量试样的长度，计为li，i代表实验次数1,2, 3…，长度变化公式为：L =
Figure 543449DEST_PATH_IMAGE002
，每组实验做三个平行实验，取算术平均值。
本发明进一步说明，分析试样的强度变化评价方法为：测量在碳酸盐质量溶液中 浸泡60天试样的抗压强度，以在碳酸盐质量浓度为0中浸泡60天试样的抗压强度为基准p0， 在其它浓度的碳酸盐溶液中浸泡60天试样的抗压强度pi，i=1,2,3,4（分别对应碳酸盐溶液 的质量浓度1%、2%、3%、4%），强度变化公式为
Figure 506857DEST_PATH_IMAGE003
，每组实验做三个平行实 验，取算术平均值。
本发明进一步说明，当试样浸泡60天质量损失小于1%，长度变化小于0.1%，抗压强度损失小于5%时试样抗碳酸盐腐蚀为优；当试样浸泡60天质量损失在1%～3%之间，长度变化小于0.1%～0.5%，抗压强度损失5%～10%时试样抗碳酸盐腐蚀为良；当三个指标中，质量损失小于3%，其它两个指标有一个不合格，最后评定试样的抗碳化腐蚀为合格；当试样浸泡60天质量损失大于3%，长度变化大于0.5%，抗压强度损失大于10%，或者两项指标不合格时，试样抗碳酸盐腐蚀为不合格。
本发明进一步说明，所述的地质聚合物灌浆材料试样采用活性铝硅酸盐粉体与碱激发剂混合搅拌注入40×40×160mm的标准模具中，在20℃、相对湿度大于95%的条件下放置24h后脱模获得。
本发明进一步说明，所述的碳酸盐优选为碳酸钠。碳酸盐还可以选用其他碳酸盐，例如碳酸钾、碳酸镁等等。
本发明采用质量变化、长度变化和强度变化分别代表试样在碳酸盐环境下的溶蚀、化学收缩和强度劣化，这三个评价指标反应灌浆材料抗碳化腐蚀的能力。
本发明具备以下良好效果：
a.本发明采用的简单的实验过程，科学评价了地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀的评价方法，本发明为地质聚合物在公路和铁路的路基、桩基、隧道等部位浸泡的灌浆材料提供一种耐久性评价方法，对提升我国公路和铁路耐久性具有重要意义。
b.本发明采用质量变化、长度变化和强度变化科学评价灌浆材料在碳酸盐环境下的溶蚀、收缩和强度劣化，使灌浆材料的耐久性评价和质量控制方面更加科学和可靠。
具体实施方式
以下结合实施例描述本发明一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。
实施例1：
碳酸钠溶液的配制：在去离子水中加入分析纯碳酸钠，搅拌溶解，配制成质量浓度为1%的碳酸钠溶液；
地质聚合物的制备与浸泡：矿渣与2.0模数水玻璃按照碱度为4%混合搅拌制备成均匀浆体，注入40×40×160mm的标准模具中，在标准条件下（20℃，相对湿度大于95%）浸泡24h，脱模后放入质量浓度为0和1%的碳酸钠溶液中，持续浸泡60天。试样的质量变化为-1.34%至0，小于1%，试样的长度变化-1.08%至0.08%，试样强度变化为4.36%，因此试样的抗碳化腐蚀为优。
实施例2：
碳酸钠溶液的配制：在去离子水中加入分析纯碳酸钠，搅拌溶解，配制成质量浓度为1%的碳酸钠溶液；
地质聚合物的制备与浸泡：偏高岭土与1.3模数水玻璃按照碱度为12%混合搅拌制备成均匀浆体，注入40×40×160mm的标准模具中，在标准条件下（20℃，相对湿度大于95%）浸泡24h，脱模后放入质量浓度为0和4%的碳酸钠溶液中，持续浸泡60天。试样的质量变化为0.03%至0.31%，小于1%，试样的长度变化-1.6%至1.4%，试样强度变化为2.47%，因此试样的抗碳化腐蚀为合格。
实施例3：
碳酸钠溶液的配制：在去离子水中加入分析纯碳酸钠，搅拌溶解，配制成质量浓度为4%的碳酸钠溶液；
地质聚合物的制备与浸泡：偏高岭土与1.3模数水玻璃按照碱度为11%混合搅拌制备成均匀浆体，注入40×40×160mm的标准模具中，在标准条件下（20℃，相对湿度大于95%）浸泡24h，脱模后放入质量浓度为0和4%的碳酸钠溶液中，持续浸泡60天。试样的质量变化为0.24%至0.63%，小于1%，试样的长度变化-0.02%至-0.13%，试样强度变化为3.63%，因此试样的抗碳化腐蚀为优。
实施例4：
碳酸钠溶液的配制：在去离子水中加入分析纯碳酸钠，搅拌溶解，配制成质量浓度为4%的碳酸钠溶液；
地质聚合物的制备与浸泡：矿渣与2.0模数水玻璃按照碱度为6%混合搅拌制备成均匀浆体，注入40×40×160mm的标准模具中，在标准条件下（20℃，相对湿度大于95%）浸泡24h，脱模后放入质量浓度为0和1%的碳酸钠溶液中，持续浸泡60天。试样的质量变化为-1.46%至0，小于1%，试样的长度变化为0.63%至1.48%，大于0.5%，试样强度变化为10.39%，大于10%，因此试样的抗碳化腐蚀为不合格。

Claims (7)

1.一种地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，配制质量浓度为0～4%的碳酸盐溶液：分析纯的碳酸盐0～4份，去离子水100份，在室温下，将碳酸盐固体溶解在去离子水中，配制成质量浓度为0～4%的碳酸盐溶液；
步骤二，采用尺寸为40×40×160mm的标准模具成型地质聚合物灌浆材料试样，24h脱膜后，完全浸泡在步骤一配制的碳酸盐溶液中持续浸泡60天，分析试样的质量变化、长度变化和强度变化并评价地质聚合物灌浆材料的抗碳酸盐腐蚀性能。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在 于：分析试样的质量变化评价方法为：采用精度为0.001g、量程为1000g的电子天平，先称量 步骤二中24h脱膜试样的质量，做为原始基准质量m0，并标记试样编号，从试样放入碳酸盐 溶液时开始计算时间，每隔4天取出试样称量质量，计为mi，i代表实验次数1,2,3…，质量变 化公式为：
Figure 374096DEST_PATH_IMAGE001
，每组实验做三个平行实验，取算术平均值。
3.根据权利要求2所述的地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在 于：分析试样的长度变化评价方法为：采用BY-160型水泥砂浆比长仪，根据《水泥胶砂干缩 试验方法》(GB751-81)的要求测试试样的长度，先测量步骤二中24h脱膜试样的长度，做为 原始基准长度l0，并标记试样编号，从试样放入碳酸盐溶液时开始计算时间，每隔4天取出 试样采用同样方法测量试样的长度，计为li，i代表实验次数1,2,3…，长度变化公式为：L = ，每组实验做三个平行实验，取算术平均值。
4.根据权利要求3所述的地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在 于：分析试样的强度变化评价方法为：测量在碳酸盐溶液中浸泡60天试样的抗压强度，以在 碳酸盐质量浓度为0中浸泡60天试样的抗压强度为基准p0，在其它浓度的碳酸盐溶液中浸 泡60天试样的抗压强度pi，i=1,2,3,4，强度变化公式为
Figure 930028DEST_PATH_IMAGE003
，每组实验做 三个平行实验，取算术平均值。
5.根据权利要求4所述的地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在于：当试样浸泡60天质量损失小于1%，长度变化小于0.1%，抗压强度损失小于5%时试样抗碳酸盐腐蚀为优；当试样浸泡60天质量损失在1%～3%之间，长度变化小于0.1%～0.5%，抗压强度损失5%～10%时试样抗碳酸盐腐蚀为良；当三个指标中，质量损失小于3%，其它两个指标有一个不合格，最后评定试样的抗碳化腐蚀为合格；当试样浸泡60天质量损失大于3%，长度变化大于0.5%，抗压强度损失大于10%，或者两项指标不合格时，试样抗碳酸盐腐蚀为不合格。
6.根据权利要求1-5任一所述的地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在于：所述的地质聚合物灌浆材料试样采用活性铝硅酸盐粉体与碱激发剂混合搅拌注入40×40×160mm的标准模具中，在20℃、相对湿度大于95%的条件下放置24h后脱模获得。
7.根据权利要求1-5任一所述的地质聚合物灌浆材料抗碳酸盐腐蚀及其评价方法，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸钠。
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