一种基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法。


背景技术：

2.当前，我国交通工程建设正向中西部转移，受地形条件的影响，中西部交通工程选线过程中常采用隧道方案穿山越岭，在山峦起伏地区常出现大量隧道群，其所占线路总长度的比例越来越大。隧道施工中不可避免地要产生大量洞渣，处理这些洞渣，不仅需要大量征用永久用地，而且运输和后期维护需要巨额费用，且有潜在污染环境和溃坝的风险。与此同时，受河砂资源限采政策以及季节性影响，满足要求的隧道衬砌混凝土用河砂原材料资源严重短缺，以云、贵、川地区为主的山区尤为显著。如将隧道洞渣加以利用，不但可减少弃渣场数量和降低对环境的危害，还可以变废为宝，产生巨大的社会效益和经济效益。然而隧道洞渣与母岩矿山不同，其存在性能波动大、有害物质含量较多等典型特点，为了保证隧道洞渣应用的可靠性，有必要开展隧道洞渣母岩性能快速评价研究。
3.目前，关于隧道洞渣性能的快速评价主要集中在力学性能方面，同时缺少关于洞渣粉流动度及硫化物和硫酸盐含量的快速测试。发明专利cn111596030a《一种适用于制备机制骨料隧道洞渣性能快速评价方法》使用摔碎指标快速评价相同势能范围内隧道洞渣的性能，但该方法仅适用于力学性能的表征；发明专利cn 114791402a《一种机制砂石用隧道洞渣性能快速综合评价方法与装置》提出的评价方法与装置可同时快速测试洞渣物理力学和耐久性能，但该方法缺少对洞渣有害物质含量的分析，同时尚未考虑洞渣粉对水泥基材料工作性能的影响。《石灰石粉混凝土》(gb/t 14685-2011)提出了石灰石粉流动度比测试方法和指标，但该方法测试需要额外的水泥、标准砂等材料，且测试指标仅适用于石灰石粉；《建设用砂》(gb/t 14684-2022)提出了砂的硫化物和硫酸盐含量测试方法，但该方法测试过程比较繁琐。
4.因此如何提供一种方法理念先进、操作简单、测试快速、评价准确和适用现场等优点的基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法，包括以下步骤：
8.(1)取样：随机选取表面洁净、自然风干的隧道洞渣；
9.(2)制粉：将获取的隧道洞渣进行粉磨，并过0.075mm筛，收集粒径小于0.075mm的洞渣粉；
10.(3)测试：快速测试收集的洞渣粉浆体流动度，以so3质量计，快速测试收集的洞渣粉硫化物和硫酸盐含量；
11.(4)评价：通过洞渣粉浆体流动度、硫化物和硫酸盐含量的综合性能来评价隧道洞渣的质量。
12.进一步，上述步骤(1)具体包括以下步骤：取样之前先观察隧道洞渣的状态及尺寸，随机选取多个样品组成洞渣试样的集合体，洞渣试样应选取表面洁净、自然风干且长宽高均大于5cm的隧道洞渣。
13.采用上述进一步技术方案的有益效果：明确了隧道洞渣应选取表面洁净、自然风干且长宽高均大于5cm，这样可减少泥土等杂质的混入，影响洞渣粉性能，同时自然风干有利于制粉，不用额外加热烘干，节约时间；大于5cm的洞渣一般较干净，通过随机选取多个样品主要是基于概率统计，使得取样更具有代表性。
14.上述随机选取指隧道开挖方向每隔5-10米进行一次取样，每次取样2～5个，质量为10kg～30kg。
15.进一步，上述步骤(2)中，收集的洞渣粉的比表面积为300～1000m2/kg。
16.进一步，上述步骤(3)中，快速测试收集的洞渣粉浆体流动度的方法具体包括以下步骤：
17.称取洞渣粉300g，加入150g水，搅拌5min制得洞渣粉浆体，然后装入上口直径36mm、下口直径60mm、高60mm的截锥试模，提起试模后，以洞渣粉浆体在玻璃板上流动30s时垂直方向上最大直径的平均值为洞渣粉浆体流动度。
18.采用上述进一步技术方案的有益效果：与普通水泥净浆标准相比，加入的水量变多，同时搅拌时间延长，这样更有助于洞渣粉浆体搅拌均匀，同时创新只采用洞渣粉作为浆体，不添加水泥，操作更简单；此外，该指标测试方便。
19.进一步，上述步骤(3)中，快速测试收集的洞渣粉硫化物和硫酸盐含量的方法具体包括以下步骤：
20.将50-300g的洞渣粉进行充分混合，将混合后的洞渣粉放入样品盘里，使用便携式xrf检测仪进行测量，将仪器对准样品，对样品的不同部位进行测量，不同部位so3质量分数，取平均值。
21.采用上述进一步技术方案的有益效果：与常规国标规定的化学滴定方法相比，使用xrf可以快速获取so3质量分数。
22.进一步，上述不同部位指上、中、下部位。
23.进一步，上述混合转速为475r/min，混合时间为5min。
24.进一步，上述步骤(4)中，当洞渣粉浆体流动度≥160mm、so3质量分数≤0.8％时，隧道洞渣为i类合格洞渣；当洞渣粉浆体流动度≥160mm、0.8％＜so3质量分数≤1.2％或120mm≤洞渣粉浆体流动度＜160mm、so3质量分数≤0.8％时，隧道洞渣为ii类合格洞渣；当120mm≤洞渣粉浆体流动度＜160mm、0.8％＜so3质量分数≤1.2％时，隧道洞渣为iii类合格洞渣；当洞渣粉浆体流动度＜120mm或so3质量分数＞1.2％时，隧道洞渣为不合格洞渣。
25.采用上述进一步技术方案的有益效果：创新提出了综合考虑洞渣粉浆体流动度、so3质量分数来表征洞渣性能，同时给出了洞渣粉浆体及so3质量分数的评价等级。
26.本声明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
27.1、可综合反映隧道洞渣的有害物质含量及其对混凝土工作性能的影响：所提出的方法可同时快速测试洞渣粉浆体流动度及硫化物和硫酸盐含量等二项指标，可以综合反映隧道洞渣的有害物质含量及其对混凝土工作性能的影响，攻克了测试性能指标单一的难题，同时建立了隧道洞渣与混凝土工作性能之间的联系。
28.2、基于概率统计评价方法提升洞渣性能可靠性：采用多个样品组成洞渣试样的集合体，基于概率统计评价方法可实现对洞渣波动性能的均一化处理，从而确保了洞渣粉测试和评价结果的真实性和可靠性。
29.3、测试过程快速便捷、准确率高：洞渣粉浆体流动度的测试仅需要洞渣粉、水及简单测试装置即可实现，硫化物和硫酸盐含量可通过手持式xrf快速测试，测试过程中的影响因素较少，准群率较高。
30.4、适用于隧道洞渣出渣后的现场即时评价：本方法可以在隧道洞渣出渣后在现场进行即时评价，可实现洞渣的快速分拣，从源头保障洞渣品质的合格。
具体实施方式
31.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例1使用的便携式xrf检测仪为钢研纳克port-x600型手持式xrf；
33.实施例2使用的便携式xrf检测仪为赛默飞世尔尼通(niton)xl2500。
34.实施例1
35.采用100m的隧道区段作为研究对象，每隔20m进行一次洞渣性能评价，共需评价5个试样批，隧道洞渣岩性为石灰岩，围岩级别为iii级。
36.基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法，包括以下步骤：
37.(1)取样：每隔20m隧道区段内，随机选取20个不同区段的样品组成洞渣试样的集合体，洞渣试样应选取表面洁净、自然风干且长宽高均为5～20cm的隧道洞渣；
38.(2)制粉：使用小型粉磨机将获取的隧道洞渣进行粉磨1h，并过0.075mm筛，收集粒径小于0.075mm的洞渣粉1000g，收集的洞渣粉的比表面积为300～1000m2/kg；
39.(3)测试：称取洞渣粉300g倒入搅拌锅中，加入150g水，搅拌5min制得洞渣粉浆体，然后装入上口直径36mm、下口直径60mm、高60mm的截锥试模，提起试模后，以洞渣粉浆体在玻璃板上流动30s时垂直方向上最大直径的平均值为洞渣粉浆体流动度。
40.将100g洞渣粉进行充分混合，混合转速为475r/min，混合时间为5min，将混合后的少部分洞渣粉放入样品盘里，使用便携式xrf检测仪进行测量，将仪器对准样品，对样品的上、中、下部位进行测量，获取so3质量分数，取平均值。
41.(4)评价：通过洞渣粉浆体流动度、硫化物和硫酸盐含量的综合性能来评价隧道洞渣的质量。当洞渣粉浆体流动度≥160mm、so3质量分数≤0.8％时，隧道洞渣为i类合格洞渣；当洞渣粉浆体流动度≥160mm、0.8％＜so3质量分数≤1.2％或120mm≤洞渣粉浆体流动度＜160mm、so3质量分数≤0.8％时，隧道洞渣为ii类合格洞渣；当120mm≤洞渣粉浆体流动度＜160mm、0.8％＜so3质量分数≤1.2％时，隧道洞渣为iii类合格洞渣；当洞渣粉浆体流
动度＜120mm或so3质量分数＞1.2％时，隧道洞渣为不合格洞渣。
42.具体测试结果如表1所示。
43.表1洞渣粉性能指标测试结果
[0044][0045]
通过表1可以看出，100m区段内的隧道洞渣粉性能优良，基本为i类合格洞渣，表明该区段洞渣质量好。
[0046]
实施例2
[0047]
采用120m的隧道区段作为研究对象，每隔24m进行一次洞渣性能评价，共需评价5个试样批，隧道洞渣岩性为花岗岩，围岩级别为iii级。
[0048]
基于洞渣粉综合性能的隧道洞渣质量快速评价方法，包括以下步骤：
[0049]
(1)取样：每隔24m隧道区段内，随机选取30个不同区段的样品组成洞渣试样的集合体，洞渣试样应选取表面洁净、自然风干且长宽高均为10～30cm的隧道洞渣；
[0050]
(2)制粉：使用小型粉磨机将获取的隧道洞渣进行粉磨2h，并过0.075mm筛，收集粒径小于0.075mm的洞渣粉1500g，收集的洞渣粉的比表面积为300～1000m2/kg；
[0051]
(3)测试：称取洞渣粉300g倒入搅拌锅中，加入150g水，搅拌5min制得洞渣粉浆体，然后装入上口直径36mm、下口直径60mm、高60mm的截锥试模，提起试模后，以洞渣粉浆体在玻璃板上流动30s时垂直方向上最大直径的平均值为洞渣粉浆体流动度；
[0052]
将150g洞渣粉进行充分混合，混合转速为475r/min，混合时间为5min，将混合后的少部分洞渣粉放入样品盘里，使用便携式xrf检测仪进行测量，将仪器对准样品，对样品的上、中、下部位进行测量，获取so3质量分数，取平均值；
[0053]
(4)评价：通过洞渣粉浆体流动度、硫化物和硫酸盐含量的综合性能来评价隧道洞渣的质量。当洞渣粉浆体流动度≥160mm、so3质量分数≤0.8％时，隧道洞渣为i类合格洞渣；当洞渣粉浆体流动度≥160mm、0.8％＜so3质量分数≤1.2％或120mm≤洞渣粉浆体流动度＜160mm、so3质量分数≤0.8％时，隧道洞渣为ii类合格洞渣；当120mm≤洞渣粉浆体流动度＜160mm、0.8％＜so3质量分数≤1.2％时，隧道洞渣为iii类合格洞渣；当洞渣粉浆体流动度＜120mm或so3质量分数＞1.2％时，隧道洞渣为不合格洞渣。
[0054]
具体测试结果如表2所示。
[0055]
表2洞渣粉性能指标测试结果
[0056][0057][0058]
通过表2可以看出，120m区段内的隧道洞渣粉性能较差，基本为不合格洞渣，少部分为ii类和iii类合格洞渣，表明该区段洞渣质量较差。
[0059]
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。