碱性环境隧道排水管结晶规律室内试验研究

我国西南地区修建的隧道存在着日益突出的排水系统结晶堵塞问题。为研究该环境下排水管结晶规律,基于地下水和结晶物分析结果,在实验室以PVC管模拟隧道排水管、以纯CaCl 2和NaOH试剂配制4种pH值(8、9、10、11)饱和溶液,分别进行试验管半充水和满充水2种状态下8种工况的56 d结晶生长试验;通过对晶体质量、XRD和SEM图分析,得出结晶规律。结果表明:排水管结晶量随pH值增大而增加,但受pH值和充水状态的耦合影响;当pH值为8~10时,半充水管结晶量更高,结晶量受充水状态影响较大;当pH值为11时,在试验开始23 d后满充水管结晶量逐渐高于半充水管,结晶量受pH值影响较大。结晶体均为方解石,pH值越大,晶体晶型以纺锤形为主、堆积越紧密、晶粒尺寸越小且均匀。

高地温区隧道排水管结晶生长室内试验研究

在隧道运营甚至施工过程中常出现排水管结晶堵塞的现象,而我国西藏、云南等地区建设的高地温隧道越来越多,因此需要探究高地温对隧道排水管结晶的影响规律。依据隧道地下水和结晶物的现场取样分析,在实验室配制试验溶液以综合考虑地下水和隧道初支混凝土的相互作用;通过自制水循环和加温试验装置,进行5组水流温度区间的隧道排水管结晶56d生长模拟试验,分析水流温度对宏观结晶体生长规律和微观电镜扫描(SEM)晶体形貌的影响。研究表明:随着水流温度升高,试验管段内的结晶量呈先升高后降低的趋势;当水流温度在40~50℃范围时,试验管段内结晶生成量最多(4.11g)。水流温度高低会对结晶体晶型形貌和晶体间堆积方式产生明显差异,且与温度无明显规律;其中水流温度在40~50℃时,结晶体形态多为规则的块状晶体且晶体尺寸最大,其长边约为7μm。

基于磁处理法的隧道永磁体排水管防结晶试验

为预防隧道排水管结晶堵塞,提出永磁体排水管关键技术指标,通过自制的永磁体排水管开展室内试验和现场试验,研究磁场强度、流量、磁体布置间距对永磁体排水管内结晶的影响,根据不同条件下结晶物的质量变化和SEM图像进行试验分析。结果表明:1)磁场强度为0.1~0.3 T时永磁体排水管具有较好的防结晶效果,磁场强度超过0.2 T后防结晶效果逐渐降低,当磁场强度为0.4 T时永磁体排水管内结晶量反而大于普通排水管;2)随着试验管段内溶液流量增大,永磁体排水管的防结晶效果增强,但当流量超过450 m L/s之后,防结晶效果不再随流量增大而增强;3)经永磁体处理后,管道内的结晶物由规则的立方体形状转变为粗糙松散的不规则体,由硬质块状转变为粉末状,有从方解石向文石、球霞石转化的趋势;4)随着管道永磁体布置间距减小,管道内最终结晶量呈下降趋势,在10、40、70 cm 3种永磁体布置间距中,最佳布置间距为40 cm。

公路隧道排水管阻塞处理施工技术研究

文章分别从前期设计阶段和后期维护阶段提出一套隧道排水结构优化设计方法,推广应用一套后期维护处理的施工技术,并探索出一种排水管道结晶的处理方法,能够较全面地解决公路隧道排水管阻塞防治的难题。

铁路隧道排水系统结晶机理及应对措施研究

针对铁路隧道排水系统结晶堵塞问题,在银西铁路隧道对排水系统内外环境进行现场实测,开展结晶体X射线衍射、扫描电镜等测试及不同部位水样pH值与成分检验;模拟结晶体生成过程,分析结晶机理及影响因素,提出排水系统结晶应对措施。研究结果表明:铁路隧道排水系统结晶体主要成分为碳酸钙类矿物,以方解石和球霰石的形貌出现;初期支护喷射混凝土中的水泥及高碱性速凝剂是结晶物质主要来源,其中水泥水化过程中产生的Ca(OH)2等碱性物质溶解于地下水而流失,强碱性水体在排水系统高温高湿环境条件及CO2分压变化等的共同作用下,沉淀生成碳酸钙类矿物结晶体;增强排水系统的密封性、排水界面的光滑性与耐沾污性,提升初期支护喷射混凝土密实度等可以缓解铁路隧道排水系统结晶堵塞现象。

不同龄期隧道喷射混凝土渗流结晶规律研究

隧道排水系统结晶堵塞病害与地下水在喷射混凝土中的渗流密切相关。为了探究喷射混凝土养护龄期与结晶病害的关联性,采用自制室内模型装置模拟隧道喷射混凝土渗流-结晶全过程,通过测定结晶体质量、排水管流出溶液pH值及钙离子浓度,综合XRD、热重分析、扫描电镜和压汞测试等方法,揭示地下水渗流条件下不同龄期喷射混凝土劣化发展及排水管内结晶规律。结果表明:(1)喷射混凝土养护龄期是影响隧道结晶病害的关键因素,早龄期的影响尤为显著,2 h龄期混凝土在渗流条件下排水管内结晶量基本达到28 d混凝土的30倍;(2)混凝土养护龄期越长,pH值下降速度越快,pH值稳定时间越早,钙离子浓度稳定时间越早;(3)不同龄期混凝土内部渗流60 d后,混凝土内部仅观察到极少量钙矾石和C-S-H凝胶产物,结构分布不均匀,且总孔隙率大;混凝土内部均有氢氧化钙晶体分布,随着养护龄期增长,由少量毛絮状不稳定状态转变为大量片状—块状的较稳定状态;养护龄期越长,混凝土水化产物溶出越少;热重分析表明,28 d龄期混凝土内氢氧化钙含量是2 h龄期混凝土的5.9倍。