1.本实用新型涉及腐蚀模拟设备技术领域，尤其涉及一种隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置。
背景技术：2.我国矿产资源较为丰富，尤其是西南地区不少隧道修筑时穿越了含硫酸盐矿物的地层，宜万铁路、成昆铁路部分隧道在修筑完成后出现了不同程度疑似硫酸盐腐蚀现象。经由地下水的冲刷，腐蚀性盐类汇聚至隧道衬砌结构上，经由毛细作用进入钢筋混凝土结构内部，对混凝土结构产生腐蚀，同时隧道衬砌受外部荷载影响，腐蚀引起的裂纹扩展被进一步加剧，又进一步加速了腐蚀源与隧道结构接触，因此，混凝土结构劣化速度远高于目前室内试验的相关研究成果。
3.目前，针对混凝土结构腐蚀现象，理论研究与室内研究已有一定程度的进展，但反映到工程实际中，仍有较大的出入。原因在于室内混凝土腐蚀实验只是对混凝土试块进行加速腐蚀，即将混凝土试块浸泡或者半浸泡在高浓度硫酸盐溶液中，然后通过干湿循环缩短腐蚀周期，最后定期观察试块外观形貌和测量质量变化，并结合超声波测试数据判断试块强度衰减速率，然而实际情况侵蚀是从衬砌结构与围岩接触面开始的，即不与空气接触。混凝土试块单独浸泡在高浓度硫酸盐溶液中，与围岩结构无嵌连，也不涉及到混凝土与围岩界面之间的交互关系，且忽视了腐蚀性溶液是从围岩中渗出到混凝土界面的实际情况。另外，其混凝土试块未施加荷载，无法模拟真实隧道衬砌结构环境。因此，这种简易的试验装置及方法无法准确还原隧道衬砌结构腐蚀过程，存在脱离工程实际、模拟精度差、模拟结果较片面等问题。
技术实现要素：4.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备方式简单、结构符合工程实际且模拟结果准确有效的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
6.一种隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，放置在储存有硫酸盐溶液的储液盒中，包括衬砌结构、围岩结构、外加荷载结构和传感结构，所述围岩结构包括第一次浇筑形成的围岩下台阶，围岩下台阶位于衬砌结构的底部，围岩结构还包括在衬砌结构的外部以及围岩下台阶的顶部第二次浇筑形成的围岩上台阶；所述外加荷载结构包括多片钢板，多片钢板绕衬砌结构的轴向包覆在围岩结构的外表面上，并对围岩结构施加荷载；所述传感结构连接在衬砌结构和围岩结构上并获取传感信息。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述衬砌结构由标号为c30的混凝土浇筑成截面为半圆环形的筒状。
9.所述围岩结构在模具内完成浇筑，所述衬砌结构的两侧边缘距离模具的两侧内壁至少均存在50mm的间距。
10.所述衬砌结构和围岩上台阶的接触面上垫设有防水板。
11.所述围岩下台阶由标号为c50的混凝土浇筑成长方体块状结构，围岩上台阶由标号为c50的混凝土浇筑成中部刨除衬砌结构形状的长方体块状结构。
12.所述外加荷载结构还包括调节螺母以及预埋在围岩结构内的多根钢筋，所述钢筋的两端分别穿过相对的两片钢板，穿出的部分和调节螺母螺纹连接，钢板通过旋钮调节螺母对围岩结构施加荷载。
13.所述传感结构包括压力传感器，压力传感器夹设在钢板和围岩结构的外表面之间。
14.所述传感结构包括超声波探头，超声波探头的两个探头端贴合在衬砌结构的两端面的对应位置上。
15.所述储液盒内硫酸盐溶液的液位不超过衬砌结构的底部边缘。
16.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
17.本实用新型的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，按照实际隧道的结构设置了衬砌结构和围岩结构，围岩结构的围岩上台阶和围岩下台阶像实际隧道中一样包围住衬砌结构，模拟实际情形中的嵌合形式和交互关系。将该结构放置在储存有硫酸盐溶液的储液盒中，可以高度还原腐蚀性溶液从围岩渗出到混凝土界面的情况，并且外加荷载结构还能对装置施加荷载，准确模拟真实隧道结构环境，采用该装置进行试验更加贴合工程实际，传感结构通过试验得到的数值结果也更加全面和准确，模拟精度极高。
附图说明
18.图1是隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置的正面结构示意图；
19.图2是隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置放置在储液盒中的示意图；
20.图3是隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置的侧面结构示意图。
21.图例说明：1、衬砌结构；11、防水板；2、围岩结构；21、围岩下台阶；22、围岩上台阶；3、外加荷载结构；31、钢板；32、调节螺母；33、钢筋；4、传感结构；41、压力传感器；42、超声波探头；5、储液盒。
具体实施方式
22.为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型做更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体实施例。
23.实施例：
24.如图1和图2所示，本实施例的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，放置在储存有硫酸盐溶液的储液盒5中，包括衬砌结构1、围岩结构2、外加荷载结构3和传感结构4，围岩结构2包括第一次浇筑形成的围岩下台阶21，围岩下台阶21位于衬砌结构1的底部，围岩结构2还包括在衬砌结构1的外部以及围岩下台阶21的顶部第二次浇筑形成的围岩上台阶22；外加荷载结构3包括多片钢板31，多片钢板31绕衬砌结构1的轴向包覆在围岩结构2的外表面上，并对围岩结构2施加荷载；传感结构4连接在衬砌结构1和围岩结构2上并获取传感信息。
25.本实施例按照实际隧道的结构设置了衬砌结构1和围岩结构2，围岩结构2的围岩
上台阶22和围岩下台阶21像实际隧道中一样包围住衬砌结构1，模拟实际情形中的嵌合形式和交互关系。将该结构放置在储存有硫酸盐溶液的储液盒5中，可以高度还原腐蚀性溶液从围岩渗出到混凝土界面的情况，并且外加荷载结构3还能对装置施加荷载，准确模拟真实隧道结构环境，采用该装置进行试验更加贴合工程实际，传感结构4通过试验得到的数值结果也更加全面和准确，模拟精度极高。
26.本实施例中，衬砌结构1由标号为c30的混凝土浇筑成截面为半圆环形的筒状，该混凝土标号为一般隧道衬砌常用的标号。衬砌结构1的厚度为50mm，长度为300mm，内径为300mm。本实施例中，围岩下台阶21由标号为c50的混凝土浇筑成长方体块状结构，围岩上台阶22由标号为c50的混凝土浇筑成中部刨除衬砌结构1形状的长方体块状结构。围岩结构2整体尺寸为高度500mm，宽度500mm，长度300mm，即结构与衬砌结构1适配。围岩结构2在模具内完成浇筑，衬砌结构1的两侧边缘距离模具的两侧内壁至少均存在50mm的间距。
27.本实施例选用的结构尺寸为与实际隧道比例相应的缩小尺寸，在其他实施方式中，也可以视情况进行改变，在此不做赘述。
28.本实施例中，衬砌结构1和围岩上台阶22的接触面上垫设有防水板11，模拟实际衬砌与围岩之间的防水结构。
29.本实施例中，外加荷载结构3还包括调节螺母32以及预埋在围岩结构2内的多根钢筋33，钢筋33的两端分别穿过相对的两片钢板31，钢板31选用四块尺寸为500mm
×
300mm
×
0.5mm的板材，以便和围岩结构2的表面适配。钢筋33长度为600mm，围岩结构2的前端面和后端面各埋四根，如图1和图3所示，两纵两横布置在端面边缘处，钢筋33设有外螺纹，因此穿出钢板31的部分能够和调节螺母32螺纹连接，钢板31通过旋钮调节螺母32对围岩结构2施加荷载。
30.本实施例中，传感结构4包括压力传感器41，压力传感器41夹设在钢板31和围岩结构2的外表面之间，以获取荷载压力。传感结构4还包括超声波探头42，超声波探头42的两个探头端贴合在衬砌结构1的两端面的对应位置上，以获取衬砌结构1的内部情况。衬砌结构1的端面上可以布置多组超声波探头42，以更加全面的获取信息。压力传感器41和超声波探头42可以通过导线和外部数据处理终端连接，将获取的信息发送至外部处理。
31.本实施例中，储液盒5的尺寸为700mm
×
500mm
×
200mm。其内硫酸盐溶液的液位不超过衬砌结构1的底部边缘。
32.制备本实施例的装置以及使用本实施例的装置进行试验的过程为：
33.首先定制衬砌结构1的模具，模具为具有一定长度的半圆环状，圆环内直径为300mm，厚度为50mm，长度为300mm。然后使用定制模具浇筑衬砌结构1，浇筑所用混凝土标号为c30，浇筑前涂刷脱模剂。
34.制作围岩结构2的模具，模具尺寸为500mm
×
300mm
×
500mm，并将8根预埋钢筋33按照附图1、附图3所示的位置固定，然后浇筑围岩下台阶21，即尺寸为500mm
×
300mm
×
200mm的长方体混凝土块，浇筑所用混凝土标号为c50。
35.待已浇筑完成的围岩下台阶21达到初凝后，将制作好的衬砌结构1放置在围岩下台阶21中间位置，放置时衬砌结构1圆环轴向切面朝下，弧面朝上。
36.截取与衬砌结构1弧面同等尺寸的防水板11，并将防水板11平整的覆盖在衬砌结构1的弧面上，然后进行围岩上台阶22部分的浇筑，浇筑所用混凝土标号为c50，浇筑时手持
木棒顶住衬砌结构1，防止其移动位置。
37.浇筑24小时后，拆模并湿水养护28天。
38.养护期过后，在养护完成的混凝土装置上下左右四面几何中心位置上贴压力传感器41，并将压力传感器41的导线引出，然后将四块钢板31围在混凝土装置上下左右四面，预埋钢筋33穿越钢板31上的孔，并将调节螺母32旋进钢筋33的两端，根据实验需要，通过旋紧调节螺母32对混凝土装置施加一定的荷载。
39.将制作完成的混凝土装置放进储液盒5中，然后向储液盒中灌入一定浓度的硫酸盐溶液。
40.定期测量溶液浓度并补充溶液，视具体情况制定实验方案，根据实验方案，定期观察衬砌结构1的变化，并对其进行超声波测试。
41.超声波测试时，需要将两个探头对准衬砌结构1两边同一位置的测点，每次测试需将所有测点一次性测完，做好记录保存工作。
42.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本实用新型的保护范围。
技术特征：1.一种隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，放置在储存有硫酸盐溶液的储液盒(5)中，其特征在于：包括衬砌结构(1)、围岩结构(2)、外加荷载结构(3)和传感结构(4)，所述围岩结构(2)包括第一次浇筑形成的围岩下台阶(21)，围岩下台阶(21)位于衬砌结构(1)的底部，围岩结构(2)还包括在衬砌结构(1)的外部以及围岩下台阶(21)的顶部第二次浇筑形成的围岩上台阶(22)；所述外加荷载结构(3)包括多片钢板(31)，多片钢板(31)绕衬砌结构(1)的轴向包覆在围岩结构(2)的外表面上，并对围岩结构(2)施加荷载；所述传感结构(4)连接在衬砌结构(1)和围岩结构(2)上并获取传感信息。2.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述衬砌结构(1)由标号为c30的混凝土浇筑成截面为半圆环形的筒状。3.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述围岩结构(2)在模具内完成浇筑，所述衬砌结构(1)的两侧边缘距离模具的两侧内壁至少均存在50mm的间距。4.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述衬砌结构(1)和围岩上台阶(22)的接触面上垫设有防水板(11)。5.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述围岩下台阶(21)由标号为c50的混凝土浇筑成长方体块状结构，围岩上台阶(22)由标号为c50的混凝土浇筑成中部刨除衬砌结构(1)形状的长方体块状结构。6.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述外加荷载结构(3)还包括调节螺母(32)以及预埋在围岩结构(2)内的多根钢筋(33)，所述钢筋(33)的两端分别穿过相对的两片钢板(31)，穿出的部分和调节螺母(32)螺纹连接，钢板(31)通过旋钮调节螺母(32)对围岩结构(2)施加荷载。7.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述传感结构(4)包括压力传感器(41)，压力传感器(41)夹设在钢板(31)和围岩结构(2)的外表面之间。8.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述传感结构(4)包括超声波探头(42)，超声波探头(42)的两个探头端贴合在衬砌结构(1)的两端面的对应位置上。9.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，其特征在于：所述储液盒(5)内硫酸盐溶液的液位不超过衬砌结构(1)的底部边缘。
技术总结本实用新型公开了一种隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置，放置在储存有硫酸盐溶液的储液盒中，包括衬砌结构、围岩结构、外加荷载结构和传感结构，所述围岩结构包括第一次浇筑形成的围岩下台阶，围岩下台阶位于衬砌结构的底部，围岩结构还包括在衬砌结构的外部以及围岩下台阶的顶部第二次浇筑形成的围岩上台阶；所述外加荷载结构包括多片钢板，多片钢板绕衬砌结构的轴向包覆在围岩结构的外表面上，并对围岩结构施加荷载；所述传感结构连接在衬砌结构和围岩结构上并获取传感信息。本实用新型的隧道混凝土结构的硫酸盐腐蚀劣化模拟装置具有制备方式简单、结构符合工程实际且模拟结果准确有效等优点。模拟结果准确有效等优点。模拟结果准确有效等优点。
技术研发人员：卢国兴 靳金强 胡恒 郭建东 张建军 唐宇 刘敦文
受保护的技术使用者：中交路桥南方工程有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2022/7/5
