[发明专利]一种用于防治隧道衬砌混凝土盐侵蚀病害的修补材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种防治隧道衬砌混凝土盐侵蚀病害的水泥基修补材料，延长盐侵蚀条件下既有隧道衬砌混凝土结构服役寿命。

背景技术

隧道是一类埋于(岩)土层下的腔型结构物，外部处于围岩(土)以及岩层内的水、离子介质的作用；内部结构临空，受相对封闭的大气环境的作用；同时，在运营状态下，也受到行人、车辆等运行的影响。

隧道这类特殊的结构型式与一般的混凝土构筑物存在明显的不同，主要体现在衬砌混凝土结构内外均受到环境介质的作用，损伤劣化严重。衬砌结构物背面与岩土、环境水直接接触，受所处岩层、土体中侵蚀性物质的影响，如SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^-、CO₃^2-、H⁺、Mg²⁺、NH₄⁺等介质在压力梯度、浓度梯度的作用下的渗透、扩散作用，使得土层中水、侵蚀性离子介质迁移至混凝土内并发生物理、化学作用；衬砌结构内表面临空，暴露于一个相对封闭的大气环境中，在运营过程中，受频繁风压的影响，导致内部相对湿度变化，在毛细虹吸、蒸发作用下，进一步加速了围岩中水、离子在混凝土内的迁移过程，而且由于隧道衬砌喷射混凝土强度等级较低、密实性较差等，使得隧道极易发生渗漏，出现“无隧不漏”的怪现象。渗漏的结果，使得混凝土内部水化产物不断流失，最终导致混凝土破坏，但这个过程较为缓慢；若是岩层中水溶液还含有硫酸盐类侵蚀性离子，则进入衬砌混凝土内的硫酸根离子不仅与混凝土发生化学腐蚀作用，还在隧道衬砌内表面(临空面)出现硫酸盐结晶作用，导致衬砌混凝土快速破坏。

我国存在广泛的盐害环境，特别是在西北、西南地区广泛存在硫酸盐类环境，这些地区修建的公路、铁路隧道绝大部分遭受严重的硫酸盐侵蚀破坏，有些隧道需长年维护才能保持运营，如我国修建较早的成昆铁路沿线隧道等，大多数隧道衬砌存在严重的硫酸盐腐蚀，整个衬砌混凝土表层覆盖一层厚厚的盐结晶体，混凝土发生严重劣化。

针对隧道衬砌混凝土在硫酸盐侵蚀下侵蚀破坏严重的现象，许多专业人士进行了不懈的努力，发展了一些修补技术，如采用抗硫酸盐水泥、聚合物、专用防腐剂等对隧道衬砌混凝土硫酸盐侵蚀病害进行修补。然而，由于诸多原因，目前大部分修补技术及修补材料的综合技术经济效果欠佳，隧道结构陷入频繁修补怪圈。

盐侵蚀环境下，隧道衬砌混凝土结构处于多重侵蚀下的极端苛刻的服役环境中，实现既有隧道衬砌混凝土硫酸盐侵蚀病害的彻底根除是一件非常困难的事情，必须彻底掌握此条件隧道衬砌混凝土破坏的原因才能针对相应的病害提供有效的防治修补修补材料。根据现场调研和室内试验分析，适用于隧道衬砌混凝土硫酸盐侵蚀病害修补的材料，应至少具有如下技术特性：

(1)修补材料处于侵蚀性盐类、水的包围，修补材料应对水、离子介质很低的吸附、渗透特性；

(2)由于蒸发作用以及累积作用，混凝土表层常常处于高浓度盐溶液的侵蚀作用，因此修补材料应能抵抗高浓度盐的化学侵蚀作用(如硫酸盐的侵蚀)；

(3)隧道衬砌表层(临空面)、排水侧沟等位置极易产生盐结晶膨胀破坏作用，修补材料应具有优异的抗盐结晶破坏作用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种减少盐侵蚀条件下既有隧道衬砌混凝土的破坏及其维修工作，有效延长盐侵蚀条件下既有隧道衬砌混凝土结构的服役寿命的用于防治隧道衬砌混凝土盐侵蚀病害的修补材料。

为了解决既有隧道衬砌混凝土在盐侵蚀作用下腐蚀劣化严重的问题，本发明针对隧道结构特点以及自然环境中典型侵蚀性盐类对水泥基材料的侵蚀机理，运用水泥混凝土科学、物理化学等知识，提出以修补材料自身抵抗侵蚀性盐类化学腐蚀性能改善、盐类结晶压力的有效释放以及材料韧性的提高等抗盐侵蚀病害的技术原理。本发明提供的用于防治隧道衬砌混凝土盐侵蚀病害的修补材料，组成包括普通硅酸盐水泥、硅铝质矿物组分、膨胀组分、橡胶基聚合物组分、聚丙烯腈纤维和凝结调节组分，其质量比为：60∶30∶8∶(2～3)∶0.3∶(2～4)。

所述的普通硅酸盐水泥为PO.42.5及以上等级水泥，且所掺混合材为非石灰石粉，C₃A含量小于7％；

所述的硅铝质矿物组分为I级粉煤灰、S95级矿渣和硅灰按质量比5∶3∶2混合而成的3组份混合物；

所述的膨胀组分为硫铝酸钙型膨胀剂；