加压渗透下隧道喷射混凝土钙析出与水环境变化试验装置研发及验证

为探究隧道初期支护喷射混凝土孔隙渗透作用下钙析出规律与水环境改变特征,考虑隧道排水路径和加压渗透作用,研制隧道初期支护喷射混凝土钙析出与水环境变化试验装置,开展隧道初期支护喷射混凝土加压渗透试验,分析围岩水渗流作用下喷射混凝土渗透断面酸碱度分布特征,明确初期支护水钙离子体积质量与水质参数的时间历程变化规律,并与文献对比验证了装置的可靠性与试验结果的正确性。研究表明:1)该试验装置由围岩水密封加压仓、初期支护喷射混凝土试件仓和排水管回液仓组成,可实现200 kPa加压渗透下初期支护喷射混凝土钙析出与水环境变化的模拟。2)渗流断面内喷射混凝土pH值降低,钙流失明显,钙析出流失引起的喷射混凝土劣化呈不均匀性。3)喷射混凝土渗透作用下初期支护水呈现高钙离子体积质量(大于100 mg/L)、高碱性(大于3000 mg/L)、高pH值(大于11.5)和高可溶解性固体总量(大于8×10^(-6) mg/L)特征;其钙离子体积质量与水质参数均经历1~4 h极速增大、4~18 h短暂稳定、18~68 h波动下降及68 h后基本稳定4个发展阶段,各阶段变化特征与试验开始时间、渗透水量与钙离子结晶沉淀相关。

白云岩隧道排水路径结晶趋势变化及影响分析

为明确公路隧道排水路径中结晶物与水环境变化特征,分析结晶趋势路径变化及趋势计算方法的适用性,以白云岩隧道排水结晶病害为背景,以排水路径“围岩水—初期支护水—排水管水”为分析脉络,对比分析排水路径中结晶矿物含量、8大离子质量浓度及水质参数的变化特征,利用Davis-Stiff饱和指数法和方解石饱和指数法,计算并阐明排水路径中结晶趋势的变化规律,并对上述方法的适用性与主要水环境参数对结晶趋势的影响进行分析。研究结果表明:1)白云岩隧道排水结晶矿物为方解石,排水路径中方解石含量(质量分数)急剧增长,在围岩内仅占0.6%,在初期支护喷射混凝内占比增至15%,在排水管结晶物中剧增至100%。2)排水路径中初期支护喷射混凝土对水离子质量浓度影响最为显著,围岩水经过喷射混凝土后,Ca^(2+)质量浓度大幅增高,pH值显著增大,HCO_(3)^(-)质量浓度大幅降低,CO_(3)^(2-)质量浓度显著增大,盐度SAL、溶解性总固体TDS和电导率Cond始终呈线性增长趋势。3)排水路径中结晶趋势呈先增大后稳定的变化规律,Ca^(2+)和CO_(3)^(2-)质量浓度对结晶趋势的影响大于温度t与pH值。4)方解石饱和指数法计算的结晶趋势结果与实际情况一致,其适用于白云岩隧道水环境结晶趋势分析。

隧道初期支护喷射混凝土阻钙析出配合比试验研究

考虑影响混凝土抗溶蚀性能的四种因素(水灰比、矿物掺和料、减水剂和速凝剂),设计正交试验,利用自制混凝土溶蚀装置模拟了不同配合比下初期支护喷射混凝土溶蚀析钙过程,分析不同配合比对初期支护喷射混凝土抗溶蚀性能、工作性能和力学性能的影响规律。研究结果表明:复掺硅灰、矿渣、速凝剂和减水剂后抗溶蚀性能提升显著,与基准组相比,钙离子质量浓度最大下降45.9%;坍落度过大或过小会使钙离子质量浓度变大,初期支护混凝土坍落度建议控制在10~17 cm;各工况孔隙率变化规律基本相似,掺入硅灰、矿渣、速凝剂和减水剂能有效降低初始孔隙率,提高混凝土初始密实度,但溶蚀作用对混凝土孔隙率没有明显影响;掺入硅灰或矿渣与速凝剂、减水剂的9种工况,初期支护混凝土28 d龄期抗压强度均高于基准组和单掺组,且抗压强度均在30 MPa以上。综合考虑抗溶蚀性能、工作性能和力学性能,建议阻钙析出喷射混凝土水灰比取0.45,矿物掺和料、减水剂和速凝剂的质量比取0.25∶0.011∶0.05。其中矿物掺和料为10%硅灰和15%矿渣。