无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及检测方法
阅读说明：本技术 无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及检测方法 (Corrosion detection device and detection method for inorganic cementing material in flowing karst water ) 是由 刘乐平 刘海南 姚宏 高泽朝 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及检测方法,该检测装置,包括：第一箱体,其上开设有加液口、排液口；第二箱体,其底部设有排水口；注水管,其一端伸入第二箱体内,另一端伸入第一箱体内,注水管另一端与位于所述第一箱体内的水泵连通；pH计,其探头伸入第一箱体内；本发明的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置,用常压下流动岩溶水或流动碳酸氢钠溶液对无机胶凝材料腐蚀,与岩溶地区溶洞或地下河中水泥混凝土桩基服役环境一致,能很准确的模拟岩溶水对无机胶凝材料腐蚀情况。(The invention provides a device and a method for detecting corrosion of an inorganic cementing material in flowing karst water, wherein the detection device comprises: the first box body is provided with a liquid feeding port and a liquid discharging port; the bottom of the second box body is provided with a water outlet; one end of the water injection pipe extends into the second box body, the other end of the water injection pipe extends into the first box body, and the other end of the water injection pipe is communicated with a water pump positioned in the first box body; a probe of the pH meter extends into the first box body; the corrosion detection device for the inorganic cementing material in the flowing karst water uses the flowing karst water or the flowing sodium bicarbonate solution under normal pressure to corrode the inorganic cementing material, is consistent with the service environment of a karst cave in a karst region or a cement concrete pile foundation in an underground river, and can accurately simulate the corrosion condition of the karst water on the inorganic cementing material.)
技术领域
本发明涉及土木工程材料技术领域，尤其涉及一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及检测方法。
背景技术
岩溶是水对可溶性碳酸盐岩石进行化学侵蚀、机械侵蚀和崩塌作用，并伴随物质迁移和再沉淀形成的特殊地质结构。我国岩溶地区按含可溶岩的地层分布面积计算，可达344.4万平方公里，占国土面积的三分之一以上，其中广西、云南、贵州等地区岩溶分布广，溶洞最多。在建设过程中，岩溶隧道的突水、涌泥，地基滑动和塌陷等严重安全事故时有发生。在运营过程中，基层溶蚀冲刷，路基软化不均匀沉降，隧道围岩溶蚀渗水等问题突出。如何处理岩溶地基，防治岩溶隧道地质灾害，减少基层溶蚀冲刷，路基不均匀沉降是当前亟待解决的重要课题。
岩溶水的pH值为6.8～8.4，主要含HCO3 -(平均243mg/L)、Ca2+(平均77mg/L)、 SO4 2-(平均14mg/L)等离子。岩溶水对水泥混凝土和碱激发材料结构和性能的影响主要源于pH和HCO3 -。
国内外的研究者们制定了水泥混凝土碳化的标准规范，提出了水泥混凝土的碳化检测装置和方法。传统水泥混凝土碳化问题主要是空气中CO2在混凝土表面与水及水化产物中的钙反应形成碳酸钙，随着碳化进行，体系中的pH值不断减少，碳化产物不断增加。流动岩溶水腐蚀问题，岩溶水的pH值保持不变，主要是H+和HCO3 -对水化产物耦合腐蚀作用，因此，传统水泥混凝土的碳化检测装置无法评价水泥混凝土和碱激发混凝土结构在岩溶环境下的化学腐蚀问题。
基于此，有必要水泥混凝土和碱激发材料等无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及检测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置，包括：
第一箱体，其上开设有加液口、排液口；
第二箱体，其底部设有排水口；
注水管，其一端伸入所述第二箱体内，另一端伸入所述第一箱体内，所述注水管另一端与位于所述第一箱体内的水泵连通；
pH计，其探头伸入第一箱体内。
优选的是，所述的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置，所述第二箱体侧面还设有多个防溢水孔。
优选的是，所述的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置，所述第一箱体的内部容积为第二箱体的内部容积的2～4倍。
第二方面，本发明还提供了一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，采用所述的腐蚀检测装置对无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀进行评价，包括以下步骤：
配制岩溶水或质量浓度为1～5％的碳酸氢钠溶液；
制备无机胶凝材料并将其置于第二箱体内；
通过加液口将岩溶水或碳酸氢钠溶液加入至第一箱体，启动水泵，将第一箱体内的岩溶水或碳酸氢钠溶液通过注水管泵入至第二箱体内，使岩溶水或碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料使其腐蚀，并开启排水口，使水流过无机胶凝材料后从排水口流出；
腐蚀完成后，检测无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率以及抗压强度损失率。
优选的是，所述的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，评价过程中，利用pH计检测第一箱体内pH，若pH不在6.8-8.4之间，则通过排料口排出第一箱体内的液体，并重新向第一箱体内加入岩溶水或碳酸氢钠溶液。
优选的是，所述的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，所述岩溶水中Ca2+质量浓度为75～80mg/L，HCO3 -质量浓度为205～215mg/L，SO4 2-质量浓度为5～10mg/L，Cl-质量浓度为4～5mg/L。
优选的是，所述的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，使水流过无机胶凝材料使其腐蚀，其中腐蚀天数为60～360d。
本发明的一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置，包括第一箱体、第二箱体，第一箱体内设有水泵，注水管一端伸入第一箱体内并与水泵连通、另一端伸入第二箱体内，在使用时，通过将无机凝胶材料置于第二箱体内，通过将岩溶水或碳酸氢钠溶液加入至第一箱体内，然后开启水泵将岩溶水或碳酸氢钠溶液泵入第二箱体中，并同时打开第二箱体的排水口，这样保证岩溶水或碳酸氢钠溶液在流动的状态下对无机胶凝材料的腐蚀，同时利用pH计监控第一箱体中岩溶水或碳酸氢钠溶液的pH值，保持腐蚀溶液pH值在6.8-8.4之间，确保碳酸氢根离子腐蚀；本发明的检测装置用常压下流动岩溶水或流动碳酸氢钠溶液对无机胶凝材料腐蚀，与岩溶地区溶洞或地下河中水泥混凝土桩基服役环境一致，能很准确的模拟岩溶水对无机胶凝材料腐蚀情况；
(2)本发明的腐蚀检测装置既适用自然流动岩溶水腐蚀，也适用加速腐蚀，腐蚀试样涉及所有无机胶凝材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置，如图1所示，包括：
第一箱体1，其上开设有加液口11、排液口12；
第二箱体2，其底部设有排水口21；
注水管3，其一端伸入第二箱体2内，另一端伸入第一箱体1内，注水管3 另一端与位于第一箱1体内的水泵4连通；
pH计5，其探头伸入第一箱体1内。
需要说明的是，本申请实施例中，第二箱体2位于第一箱体1上方，第一箱体1上开设有加料口11和排料口12，通过加料口11向第一箱体1内加入岩溶水或碳酸氢钠溶液，通过排料口12排出第一箱体1内的液体；注水管3一端伸入第二箱体2内，另一端伸入第一箱体1内，同时在第一箱体1内设置水泵4，注水管3的另一端与水泵4连通，启动水泵时，可将第一箱体1内的岩溶水或碳酸氢钠溶液利用注水管3泵入第二箱体2中；该检测装置还包括pH计5，其探头伸入第一箱体1内，通过pH计5可以检测第一箱体内岩溶水或碳酸氢钠溶液的pH值。本申请实施例中无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测装置的工作原理为：将无机胶凝材料6置于第二箱体2内，向第一箱体1内加入岩溶水或碳酸氢钠溶液，开启水泵4，将第一箱体1内的岩溶水或碳酸氢钠溶液泵入第二箱体2内，同时打开排水口21，这样使得岩溶水或碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料6并经过排水口21排出，从而对无机胶凝材料6进行腐蚀，显然实际中根据腐蚀的天数，可定时向第一箱体1内补加岩溶水或碳酸氢钠溶液，以满足对无机凝胶材料的腐蚀天数要求。需要指出的是，在进行腐蚀评价过程中，通过水泵4控制进入第二箱体2中的岩溶水或碳酸氢钠溶液的流量，并且进入第二箱体2中的岩溶水或碳酸氢钠溶液的流量大于经过排水口21排出的岩溶水或碳酸氢钠溶液的流量。
在一些实施例中，第二箱体2侧面还设有多个防溢水孔22。在本申请实施例中，在第二箱体2的侧面设置防溢水孔22，在腐蚀评价过程中，第二箱体2 过多的岩溶水或碳酸氢钠溶液，可经过防溢水孔22排出，具体的，腐蚀评价过程中，无机胶凝材料6的高度低于防溢水孔22高度，即无机胶凝材料6位于防溢水孔22下方。
在一些实施例中，防溢水孔22的直径为2～6cm。
在一些实施例中，第一箱体1的内部容积为第二箱体2的内部容积的2～4 倍，优选的，第一箱体1的内部容积为第二箱体2的内部容积的2倍。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，采用上述的腐蚀检测装置对无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀进行评价，包括以下步骤：
S1、配制岩溶水或质量浓度为1～5％的碳酸氢钠溶液；
S2、制备无机胶凝材料并将其置于第二箱体内；
S3、通过加液口将岩溶水或碳酸氢钠溶液加入至第一箱体，启动水泵，将第一箱体内的岩溶水或碳酸氢钠溶液通过注水管泵入至第二箱体内，使岩溶水或碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料使其腐蚀，并开启排水口，使水流过无机胶凝材料后从排水口流出；
S4、腐蚀完成后，检测无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率以及抗压强度损失率。
需要说明的是，本申请实施例中，无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，在评价前检测无机胶凝材料的抗折强度、抗压强度，腐蚀后再次检测无机胶凝材料的抗折强度、抗压强度，通过腐蚀前后的抗折强度、抗压强度数据，即可计算出抗折强度损失率以及抗压强度损失率。
在一些实施例中，评价过程中，利用pH计检测第一箱体内pH，若pH不在6.8-8.4之间，则通过排料口排出第一箱体内的液体，并重新向第一箱体内加入岩溶水或碳酸氢钠溶液。
在一些实施例中，岩溶水中Ca2+质量浓度为75～80mg/L，HCO3 -质量浓度为205～215mg/L，SO4 2-质量浓度为5～10mg/L，Cl-质量浓度为4～5mg/L。
具体的，岩溶水是根据文献按照Ca2+质量浓度为75～80mg/L，HCO3 -质量浓度为205～215mg/L，SO4 2-质量浓度为5～10mg/L，Cl-质量浓度为4～5mg/L混合配制的复合溶液，并不是某种离子的溶液，因此，几种离子是共存。
在一些实施例中，使用NaOH溶液和醋酸溶液调节岩溶水PH值在6.8～8.4 之间。
在一些实施例中，使水流过无机胶凝材料使其腐蚀，其中腐蚀天数为60～360d。
在一些实施例中，无机凝胶材料包括水泥基灌浆材料、碱激发灌浆材料、水玻璃灌浆材料等。
以下进一步以具体实施例说明本申请的无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法。
实施例1
一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，采用上述的腐蚀检测装置对无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀进行评价，包括以下步骤：
S1、将碳酸氢钠加入至水中配制成质量浓度为5％的碳酸氢钠溶液；
S2、制备无机胶凝材料并将其置于第二箱体内；
S3、通过加料口将质量浓度为5％的碳酸氢钠溶液加入至第一箱体，启动水泵，将碳酸氢钠溶液通过注水管泵入至第二箱体内，使碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料使其腐蚀60d，并开启排水口，使碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料后从排水口流出；
S4、腐蚀完成后，检测无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率以及抗压强度损失率；
其中，无机胶凝材料的制备方法为：
A1、将矿渣与模数为2的水玻璃按照碱度为4％混合搅拌制备得到浆体；
A2、将浆体与砂子按照砂胶比为3:1混合，然后加水，使得水灰比为0.32，得到砂浆材料；
A3、再将砂浆材料注入40×40×160mm的模具中，24h脱模后，在温度为 20℃，相对湿度大于95％下，继续养护28d，得到无机胶凝材料。
实施例2
一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，采用上述的腐蚀检测装置对无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀进行评价，包括以下步骤：
S1、配制岩溶水，其中，岩溶水中Ca2+质量浓度为75～80mg/L，HCO3 -质量浓度为205～215mg/L，SO4 2-质量浓度为5～10mg/L，Cl-质量浓度为4～5mg/L；
S2、制备无机胶凝材料并将其置于第二箱体内；
S3、通过加料口将岩溶水加入至第一箱体，启动水泵，将岩溶水通过注水管泵入至第二箱体内，使岩溶水流过无机胶凝材料使其腐蚀360d，并开启排水口，使岩溶水流过无机胶凝材料后从排水口流出；
S4、腐蚀完成后，检测无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率以及抗压强度损失率；
其中，无机胶凝材料的制备方法为：
A1、以硅酸盐水泥为基准水泥，并将基准水泥与砂子按照砂胶比为3:1混合，然后加水，使得水灰比为0.5，得到水泥砂浆材料；
A2、再将水泥砂浆材料注入40×40×160mm的模具中，24h脱模后，在温度为20℃，相对湿度大于95％下，继续养护28d，得到无机胶凝材料。
实施例3
一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，采用上述的腐蚀检测装置对无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀进行评价，包括以下步骤：
S1、将碳酸氢钠加入至水中配制成质量浓度为1％的碳酸氢钠溶液；
S2、制备无机胶凝材料并将其置于第二箱体内；
S3、通过加料口将质量浓度为1％的碳酸氢钠溶液加入至第一箱体，启动水泵，将碳酸氢钠溶液通过注水管泵入至第二箱体内，使碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料使其腐蚀56d，并开启排水口，使碳酸氢钠溶液流过无机胶凝材料后从排水口流出；
S4、腐蚀完成后，检测无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率以及抗压强度损失率；
其中，无机胶凝材料的制备方法为：
A1、以硅酸盐水泥为基准水泥，并将基准水泥与砂子按照砂胶比为3:1混合，然后加水，使得水灰比为0.5，得到水泥砂浆材料；
A2、再将水泥砂浆材料注入40×40×160mm的模具中，24h脱模后，在温度为20℃，相对湿度大于95％下，继续养护28d，得到无机胶凝材料。
实施例4
一种无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀检测方法，采用上述的腐蚀检测装置对无机胶凝材料在流动岩溶水中腐蚀进行评价，包括以下步骤：
S1、配制岩溶水，其中，岩溶水中Ca2+质量浓度为75～80mg/L，HCO3 -质量浓度为205～215mg/L，SO4 2-质量浓度为5～10mg/L，Cl-质量浓度为4～5mg/L；
S2、制备无机胶凝材料并将其置于第二箱体内；
S3、通过加料口将岩溶水加入至第一箱体，启动水泵，将岩溶水通过注水管泵入至第二箱体内，使岩溶水流过无机胶凝材料使其腐蚀360d，并开启排水口，使岩溶水流过无机胶凝材料后从排水口流出；
S4、腐蚀完成后，检测无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率以及抗压强度损失率；
其中，无机胶凝材料的制备方法为：
A1、将矿渣与模数为2的水玻璃按照碱度为5％混合搅拌制备得到浆体；
A2、将浆体与砂子按照砂胶比为3:1混合，然后加水，使得水灰比为0.32，得到砂浆材料；
A3、再将砂浆材料注入40×40×160mm的模具中，24h脱模后，在温度为 20℃，相对湿度大于95％下，继续养护28d，得到无机胶凝材料。
测试实施例1～4中无机胶凝材料的腐蚀深度、抗折强度损失率、抗压强度损失率，结果如下表1所示。
表1-不同实施例中无机凝胶材料的腐蚀情况
上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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