基于CT理论的隧道及地下工程防水材料效能及耐久性评判方法研究

隧道及地下工程防水材料的失效（效能、耐久性）是该领域十分关注的热点问题，一直未能得到有效的解决。本项目是利用计算机断层成像CT技术，研究隧道工程使用的防水材料效能和耐久性；通过被扫描材料在射线下的穿透能力（CT数）的变化，反映防水材料试样的密度变化，表达材料结构成分及损伤的差异。对比CT图像，研究建立CT指标和传统方法、化学物理微观方法、力学方法对防水材料效能及耐久性的对应关系；探索材料在水及化学腐蚀性介质(酸、碱、盐)环境和围岩作用的力环境下，物理力学性能、耐候性指标的变化规律；通过对比研究和数理统计来预测隧道工程在不同复杂环境下的使用寿命。该研究是一项应用基础性研究，其成果可为建立适合于隧道及地下工程防水效能和耐久性技术标准与检测方法提供理论依据和技术支撑。前期探索性研究表明，该方法对隧道及地下工程防水材料效能和耐久性测试和检测具有简单、快捷、准确的特点，是该领域方法上的一项重要创新。

X射线CT扫描技术作为一种研究材料微观领域的无损手段，已受到工业生产及科学研究行业的青睐。本课题主要利用显微CT技术，同时结合宏观力学试验与微观SEM电镜扫描，对防水材料在腐蚀性地下水环境下的损伤失效机理、CT检测与传统宏观检测指标、指标评价体系及耐久性寿命预测进行了研究。主要研究内容与成果包括：利用显微CT扫描技术从微观层面分析了防水材料在腐蚀性地下水环境下损伤失效的机理；通过宏观实验和SEM电镜扫描比较了不同腐蚀性地下水环境随时间对防水材料的破坏影响程度；研究了CT检测与传统宏观检测的表征指标，基于CT扫描图像进行模型重构，然后进行数值模拟与宏观试验数据对比验证其一致性，据此建立其对应关系；基于这些表征指标构建效能和耐久性的评价指标体系，提出了计算机寿命预测模型，对该环境下的防水材料进行寿命预测；根据微观研究成果，进行材料的抗碱性研究，提出了相应对策。