壳聚糖改良EICP在山岭隧道衬砌渗漏修复中的应用研究

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近年来,随着我国交通运输工程的大力建设,国内公路网铺设逐渐完善,但目前许多在役公路隧道出现衬砌开裂病害,影响隧道整体结构安全。近期EICP技术成为岩土工程领域修复研究的热门,然而单一的EICP技术并不能完全满足工程需求,基于此本文尝试利用壳聚糖作为EICP技术的外掺剂,研究壳聚糖改良EICP技术在隧道衬砌渗漏修复应用中的可行性。本文通过室内EICP水溶液试验,对影响大豆脲酶活性的脲酶浓度、反应液温度和pH值进行了研究,并筛选出合适钙源及壳聚糖最佳掺量;室内制备三种不同缝宽(1.0mm、1.5mm、2.0mm)的混凝土,对其进行注浆处理,研究掺加壳聚糖处理混凝土与未掺壳聚糖处理混凝土裂缝渗透系数的变化情况,采用SEM技术对裂缝处碳酸钙沉积进行观察;并对注浆后混凝土裂缝渗透系数随环境变化(自然状态下、冻融循环)的动态特性进行研究;最后将壳聚糖改良EICP技术应用于公路隧道衬砌裂缝渗漏修复实际工程中。主要研究结果如下:(1)脲酶浓度与大豆脲酶活性成正比,过高的温度会抑制脲酶活性,当反应液pH值为中性时,脲酶活性最高;三种不同钙源经36h矿化反应后,乙酸钙(93.62%)最终Ca2+沉淀率较乳酸钙(92.59%)和葡萄糖酸钙(92.23%)要高;16g/L壳聚糖为EICP反应液最佳掺量,且掺入壳聚糖后反应液pH值未发生明显变化;(2)三种不同缝宽的混凝土(1.0mm、1.5mm、2.0mm)中注浆次数与混凝土缝宽成正比,混凝土裂缝渗透性基本呈:缓慢下降—快速下降—逐渐变缓的规律;混凝土裂缝渗透系数达到10-7量级,1.0mm缝宽混凝土中掺有壳聚糖处理混凝土较未掺壳聚糖混凝土注浆次数减少37.5%,1.5mm缝宽混凝土注浆次数减少27.3%,2.0mm缝宽混凝土则减少23.1%;扫描电镜发现,两种不同方式处理的混凝土裂缝处碳酸钙沉积物表面均会形成一层较为致密结构,但仍存在部分孔隙,掺有壳聚糖碳酸钙沉积物孔隙直径小于未掺壳聚糖;壳聚糖溶解后产生的水凝胶晶体能为碳酸钙晶体提供核位点,掺有壳聚糖沉积物中有稳定的方解石析出,而未掺壳聚糖沉积物中未发现明显方解石;(3)1.0mm缝宽混凝土在自然状态下经过七个月后渗透系数达到了10-8量级,其它两种缝宽混凝土裂缝渗透系数均维持在10-7cm·s-1左右;1.0mm缝宽混凝土经35次冻融循环后渗漏修复彻底失效,掺有壳聚糖处理混凝土质量损失率为2.45%,未掺壳聚糖处理混凝土质量损失率为2.52%;1.5mm缝宽混凝土则经历30次冻融循环后失效,掺有壳聚糖处理混凝土质量损失率为5.56%,未掺壳聚糖处理混凝土的质量损失率为5.77%;2.0mm缝宽混凝土经历20次冻融循环后失效,掺有壳聚糖和未掺壳聚糖处理混凝土最终质量损失率分别为8.52%和8.67%;(4)在较为寒冷地区,隧道衬砌裂缝在1.5mm时,采用壳聚糖改良EICP技术进行注浆修复,4~5d后衬砌裂缝渗透系数将会发生急剧变化,而2.0mm缝宽的衬砌裂缝经冻融循环后修复效果不明显,不同缝宽的修复混凝土裂缝经一定次数的冻融循环后渗透系数恢复至修复前,表面该方法不适用于存在冻融循环的地区;(5)将壳聚糖改良EICP技术应用于公路隧道衬砌裂缝渗漏修复,注浆两个月后,裂缝表面局部有少量渗水,主要集中于上部,注浆三个月后衬砌裂缝渗漏水现象得到有效解决,通过地质雷达图像分析,裂缝内壁充填较为密实沉积物,且注浆前期沉积物主要集中于裂缝下部。通过以上研究验证了壳聚糖改良EICP技术在公路隧道衬砌裂缝渗漏修复的可行性,可为往后隧道衬砌裂缝提供一种环保修复新途径。
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