CN211043389U - 一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置,制造硝酸铵溶液的装置与安装在进水管上的扬程泵进口相连通，扬程泵的出口通过上水管与盛放硝酸铵溶液的装置相连通，盛放硝酸铵溶液的装置放置在平台上，盛放硝酸铵溶液的装置的出口设置有洒水连接管，洒水连接管上设置有调节阀，洒水连接管自由端设置有喷头，洒水连接管下方设置有集液箱，集液箱内设置有过滤网，过滤网上放置有隧道衬砌结构混凝土试样，隧道衬砌结构混凝土试样位于喷头正下方，集液箱通过排水管与回收处理废液装置相连通；本装置具有结构简单、操作方便、缩短试验时间、加快侵蚀的速度等优点，可推广应用到隧道防护技术领域。

Description

一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置

技术领域

本实用新型属于隧道治理防护技术领域，具体涉及到一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置。

背景技术

Ca(OH)₂是普通硅酸盐水泥的主要水化产物，它微溶于水的特点使混凝土在水环境下发生溶出性侵蚀。一定压力的流动的水体，会将混凝土中的Ca(OH)₂携带出来，然后Ca(OH)₂会与空气中的CO₂反应生成碳酸钙白色结晶体，此类现象称为混凝土的溶出性侵蚀，也称为“淡水侵蚀”或溶析现象。在隧道工程中，尤其是富水隧道中，隧道初支内壁、排水管出口处和集水沟等渗水严重部位会产生白色沉积物，水泥的水化产物一般在较高的碱度环境中才能稳定存在，而Ca(OH)₂的溶出会使混凝土的碱度降低，若混凝土孔隙内溶液的碱度小于水化产物的极限碱度，则其中的Ca(OH)₂、水化硅酸钙及水化铝酸钙等水化产物将会被进一步溶解或分解。每个隧道都或多或少出现混凝土的溶出性侵蚀问题，轻则会使隧道衬砌产生蜂窝麻面，衬砌表面析出白色或黄色结晶体，重则会“掏空”整个衬砌内部，使混凝土结构酥松，堵塞隧道排水系统，严重影响衬砌受力性能和隧道的防排水性能。据相关资料，当水泥石中的Ca(OH)₂被侵蚀16％和27％时，抗压强度将分别损失27％和40％；Ca(OH)₂被侵蚀大于50％时，强度损失殆尽。

从总体分析引起混凝土溶出性侵蚀的主要外部因素是存在侵蚀介质(流动水)。而内部因素是水泥石中含有易引起腐蚀的组分，即氢氧化钙和水化铝酸钙(3CaOAl₂O₃·6H₂O)。二是水泥石不密实，水泥水化反应时理论需水量仅为水泥质量的23％,而实际应用时拌合用水量多为40％一70％,多余的水分会形成毛细管和孔隙存在于水泥石中，侵蚀介质不仅在水泥石面起作用,而且易于通过毛细管和孔隙进入混凝土内部引起严重破坏。

除此之外，侵蚀介质的流速和压力也是影响混凝土溶出性侵蚀的重要因素。当混凝土结构承受水压时,受穿流水作用,水压越大,混凝土透水性越大,溶出性侵蚀越严重。目前对于混凝土溶出性侵蚀方面的研究主要在混凝土材料和大坝等方面，隧道方面鲜有涉及。但我国西南部多是降雨充沛区域，有大量富水隧道存在混凝土溶出性侵蚀现象，有些甚至堵塞排水管，严重影响正常施工进度和通车运营安全。

根据国内外研究现状，混凝土溶出性侵蚀的试验方法主要分为间接法和直接法两种。所谓直接法就是模拟工程的实际情况，直接用水或水溶液侵蚀水泥石、砂浆或混凝土试件。直接法侵蚀实验一般采取如下三类方法：浸析法、穿流法和喷射法。但因为混凝土的溶出性侵蚀是一个较慢的过程，间接法就是为了解决直接法试验时间长的缺点，通过一定大的手段，加快侵蚀的速度，即快速试验方法。国外研究人员采用的硝酸铵溶液加速溶蚀方法和电化学加速试验方法克服了直接法试验时间长的缺点，且实验的重复性好。但目前加试验方法多采用浸析方式，及将试件进行一定的处理放入加速溶液中，尽管这种方法极大的缩短了试验时间，但针对隧道工程并不完全试用。隧道排水系统是将经过围岩的水体通过初支，然后通过环-横-纵排水管排出隧道。由于混凝土溶出性侵蚀影响因素复杂，采用浸析方式所得试验结论对于富水隧道混凝土溶出性侵蚀现象并不准确。

针对我国大量富水隧道存在严重的混凝土溶出性侵蚀现象，结合目前有关方面的研究方法，考虑到水体流速和水压的影响，本发明将突破直接法的漫长过程和间接法的不准确性，将直接法和间接法有效结合，用于富水隧道混凝土溶出性侵蚀相关的方面的研究。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种设计合理、结构简单、操作方便、缩短试验时间、加快侵蚀的速度的用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置。

解决上述技术问题采用的技术方案是：制造硝酸铵溶液的装置与安装在进水管上的扬程泵进口相连通，扬程泵的出口通过上水管与盛放硝酸铵溶液的装置相连通，盛放硝酸铵溶液的装置放置在平台上，盛放硝酸铵溶液的装置的出口设置有洒水连接管，洒水连接管上设置有调节阀，洒水连接管自由端设置有喷头，洒水连接管下方设置有集液箱，集液箱内设置有过滤网，过滤网上放置有隧道衬砌结构混凝土试样，隧道衬砌结构混凝土试样位于喷头正下方，集液箱通过排水管与回收处理废液装置相连通。

本实用新型的盛放硝酸铵溶液的装置的出口处平行设置有4根洒水连接管，每根洒水连接管上均设置有调节阀，每根洒水连接管自由端均设置有喷头。

本实用新型的平台为可升降平台。

本实用新型相比于现有技术具有以下优点：

1、利用化学加速法，硝酸铵溶液加速混凝土的溶出性侵蚀过程。

2、通过控制升降平台的高度，调节水体的承压条件。

3、通过喷头，将配置的一定浓度的硝酸铵溶液喷洒到各个试件上，试件四周和下方分别涂抹环氧涂层，此过程中，喷头均匀冲刷试件顶部，形成一定水流压力的流水环境。

4、通过设置过滤网，收集生成的固体，通过测定固体成分和生成量，可以便于后续相关方面的研究。

5、通过设置废水处理装置，用于接收实验过程中的废水，并加以处理，便于循环利用。

本装置具有结构简单、操作方便、缩短试验时间、加快侵蚀的速度等优点，可推广应用到隧道防护技术领域。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

1、制造硝酸铵溶液的装置；2、进水管；3、扬程泵；4、上水管；5、盛放硝酸铵溶液的装置；6、平台；7、调节阀；8、洒水连接管；9、喷头；10、隧道衬砌结构混凝土试样；11、过滤网；12、集液箱；13、排水管；14、回收处理废液装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实用新型一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置,制造硝酸铵溶液的装置1与安装在进水管2上的扬程泵3进口相连通，扬程泵3的出口通过上水管4与盛放硝酸铵溶液的装置5相连通，扬程泵3提供动力，将硝酸铵溶液从制造硝酸铵溶液的装置输送到盛放硝酸铵溶液的装置5，盛放硝酸铵溶液的装置5放置在平台6上，进一步地，为了方便操作，本实用新型的平台6位可升降平台。盛放硝酸铵溶液的装置5的出口处设置有洒水连接管8，洒水连接管8为竖直弯曲状硬质管道，洒水连接管8用于连接固定喷头9，洒水连接管8上安装有调节阀7，通过调节阀7调节试验所需水流量，进一步地，为了对比同样的隧道衬砌混凝土试样10在相同溶液和相同的冲击力下以及不同的冲击力下的腐蚀情况，盛放硝酸铵溶液的装置5的出口处平行安装有4根洒水连接管8，每根洒水连接管8上均设置有调节阀7，通过调节对应的调节阀7控制喷头9产生的冲击力，每根洒水连接管8自由端均设置有喷头9。

洒水连接管8下方放置有集液箱12，集液箱12内安装有过滤网11，过滤网11上放置有隧道衬砌结构混凝土试样10，隧道衬砌结构混凝土试样10位于喷头9正下方，喷头9喷出的溶液一方面给隧道衬砌混凝土试样10一定的冲击力，一方面供给隧道衬砌混凝土试样10所需要的腐蚀溶液，过滤网11将冲击及腐蚀产生的碎石过滤，避免进入集液箱12，集液箱12通过排水管13与回收处理废液装置14相连通。

本装置的实验方法如下：

1、通过制造硝酸铵溶液的装置1，根据实验条件，制造一定浓度的硝酸氨溶液。

2、硝酸铵溶液通过扬程泵3输送至盛放硝酸铵溶液的装置5中，可通过平台6调节盛放硝酸铵溶液的装置的高度从而调节液面高度。

3、硝酸铵溶液进入洒水连接管8，通过喷头9喷出，冲击腐蚀下方混凝土试样10，混凝土试样10四周均涂有与隧道环境相同的防腐蚀装置，流经试样的硝酸铵溶液经过过滤网11过滤掉固体颗粒，而后汇集到集液箱12中，最后液体排到回收处理废液装置14中进行废液处理。

Claims (3)

1.一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置,其特征在于：制造硝酸铵溶液的装置(1)与安装在进水管(2)上的扬程泵(3)进口相连通，扬程泵(3)的出口通过上水管(4)与盛放硝酸铵溶液的装置(5)相连通，盛放硝酸铵溶液的装置(5)放置在平台(6)上，盛放硝酸铵溶液的装置(5)的出口设置有洒水连接管(8)，洒水连接管(8)上设置有调节阀(7)，洒水连接管(8)自由端设置有喷头(9)，洒水连接管(8)下方设置有集液箱(12)，集液箱(12)内设置有过滤网(11)，过滤网(11)上放置有隧道衬砌结构混凝土试样(10)，隧道衬砌结构混凝土试样(10)位于喷头(9)正下方，集液箱(12)通过排水管(13)与回收处理废液装置(14)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置，其特征在于：所述的盛放硝酸铵溶液的装置(5)的出口处平行设置有4根洒水连接管(8)，每根洒水连接管(8)上均设置有调节阀(7)，每根洒水连接管(8)自由端均设置有喷头(9)。

3.根据权利要求1所述的一种用于富水隧道中混凝土溶出性侵蚀的试验装置，其特征在于：所述的平台(6)为可升降平台。

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