盾構(gòu)隧道彈性密封墊成品老化檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于隧道及地下工程工程領(lǐng)域，涉及盾構(gòu)隧道彈性密封墊成品老化檢測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前密封墊老化檢測(cè)停留在用常規(guī)夾具在常溫下夾持密封墊來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。由于我 們要反映密封墊的長(zhǎng)期（百年）防水性能，所以常溫實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間難免要持續(xù)的長(zhǎng)一些。 然而密封墊老化前期主要是物理應(yīng)力松弛，后期才慢慢以化學(xué)反應(yīng)造成的應(yīng)力松弛為主， 常溫實(shí)驗(yàn)往往只能反映前者，所以結(jié)果也不能做到準(zhǔn)確有效。另外，以往在測(cè)算密封墊的應(yīng) 力松弛時(shí)，都是用夾具夾持一段時(shí)間后，取下密封墊量取其高度，求出夾持后高度與夾持前 高度之比，以此表征密封墊老化特性。密封墊防水性能主要體現(xiàn)在密封墊之間的接觸應(yīng)力， 雖然長(zhǎng)期老化引起的應(yīng)力松弛與密封墊試件的高度縮減率存在一定的關(guān)系，但并非嚴(yán)格對(duì) 應(yīng)關(guān)系，因此用高度縮減率作為老化性能的表征并不十分科學(xué)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種密封墊老化檢測(cè)方法，此檢測(cè)方法可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間， 且大大提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性與有效性，克服前述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：由于整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)品一直處于壓縮狀態(tài) 下，屬于靜態(tài)密封。因此，可采用烘箱高溫加速其老化。研宄表明，在一定的溫度范圍內(nèi)，常 溫老化和高溫烘箱加速老化的機(jī)理是相同的。
[0005] 盾構(gòu)隧道彈性密封墊成品老化檢測(cè)方法采用高溫老化箱實(shí)驗(yàn)反映長(zhǎng)期應(yīng)力松弛； 用高溫應(yīng)力計(jì)測(cè)得的接觸應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力松弛率。
[0006] 一種盾構(gòu)隧道彈性密封墊成品老化檢測(cè)方法，用高溫老化箱實(shí)驗(yàn)?zāi)M密封墊的長(zhǎng) 期應(yīng)力松弛；根據(jù)高溫應(yīng)力計(jì)測(cè)得的接觸應(yīng)力計(jì)算密封墊的應(yīng)力松弛率。
[0007] 進(jìn)一步，包括以下步驟：
[0008] (1)在常溫下用夾具夾持密封墊進(jìn)行應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，待其應(yīng)力衰減穩(wěn)定后，得到短 期的應(yīng)力松弛系數(shù)，即壓縮后高溫薄膜應(yīng)力計(jì)的值與剛壓縮時(shí)高溫薄膜應(yīng)力計(jì)取值之比；
[0009] ⑵在不同高溫下，取不同的溫度點(diǎn)分別進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，測(cè)得關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的接觸應(yīng) 力；
[0010] (3)對(duì)密封墊各接縫張開量狀態(tài)下的應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸；計(jì)算反映化學(xué)應(yīng)力 松弛的長(zhǎng)期的應(yīng)力松弛率；
[0011] (4)以短期應(yīng)力松弛率乘上長(zhǎng)期應(yīng)力松弛率可得到最終的應(yīng)力松弛率，即可反映 密封墊的老化程度。
[0012] 步驟（2)中至少取3個(gè)溫度點(diǎn)分別進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)。
[0013] 步驟（2)中用試件上貼著的高溫薄膜應(yīng)力傳感器測(cè)得關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的接觸應(yīng)力；優(yōu) 選的，所述高溫薄膜測(cè)力傳感器的適用溫度為_9°C~204°C ;優(yōu)選的，所述關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)包括 0· 5d、ld、2d、5d、7d、IOcU 15d，20d，30d，40d。
[0014] 步驟（3)中采用反應(yīng)松弛系數(shù)隨老化溫度及老化時(shí)間變化的P-T-t三元數(shù)學(xué)模 型，并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS的非線性回歸分析對(duì)密封墊各接縫張開量狀態(tài)下的應(yīng)力松弛 數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸。
[0015] 所述的P-T-t三元數(shù)學(xué)模型如下：
[0016]
[0017] 〇為壓縮后高溫薄膜應(yīng)力計(jì)的值；〇 C1為剛壓縮時(shí)高溫薄膜應(yīng)力計(jì)取值；
[0018] B、B2均為與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)；T為老化溫度；t為老化時(shí)間t。
[0019] 步驟（3)中：應(yīng)力松弛性能隨時(shí)間變化的P~t~T關(guān)系式如下：
[0020]
[0021] 式中，B。= log(A/2. 303) ;B -E/2. 303R ;B2= a ;其中：8、8。、81、82都是與溫度 無(wú)關(guān)的常數(shù);A、a均為與老化溫度T無(wú)關(guān)的常數(shù)；E為反應(yīng)活化能；R-摩爾氣體常數(shù)；
[0022] 模擬得到B、B。、B2的值，用以計(jì)算長(zhǎng)期應(yīng)力。
[0023] 步驟（3)中，非線性回歸過(guò)程根據(jù)Levenberg-Marquardt算法進(jìn)行迭代來(lái)估算回 歸參數(shù)，使得殘差平方和最小化；優(yōu)選的，設(shè)定殘差平方和相對(duì)減小量接近l.〇Xl〇_8時(shí)迭 代結(jié)束。
[0024] 步驟（3)中：對(duì)于非線性的回歸方程，判斷估計(jì)曲線的優(yōu)劣是要通過(guò)檢驗(yàn)樣本數(shù) 據(jù)聚集在樣本估計(jì)曲線的密集程度，從而判斷其對(duì)樣本數(shù)據(jù)的代表程度；估計(jì)曲線的擬合 優(yōu)度一般用判定系數(shù)R2表示：
[0025]
(4)
[0026] 式中y是實(shí)際觀測(cè)值，7是樣本均值，夕是曲線理論回歸值；若所有觀測(cè)值y都落 在回歸曲線上，那么R2= 1，擬合是完全的；如果回歸曲線沒有解釋任何離差，y的總離差全 部歸于殘差平方和，那么R2= 〇, R2越接近1，表示擬合程度越好；優(yōu)選的，通過(guò)下式計(jì)算回 歸方程的剩余標(biāo)準(zhǔn)差S :
[0027]
[0028] 其中
一一剩余平方和
[0029] fQ 剩余標(biāo)準(zhǔn)差自由度
[0030] 通過(guò)模擬得到B、B。、B2的值用以計(jì)算長(zhǎng)期的應(yīng)力松弛率。
[0031] 步驟（2)中采用60°C、80°C、100°C三個(gè)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將所獲得數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)理統(tǒng) 計(jì)分析得到常溫下的彈性密封墊應(yīng)力衰減規(guī)律。
[0032] 由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 1)、采用高溫老化箱進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)代替密封墊常溫實(shí)驗(yàn)，可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間；
[0034] 2)、采用高溫薄膜測(cè)力傳感器測(cè)得的密封墊接觸應(yīng)力取代高度縮減率來(lái)表征密封 墊的老化程度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加有效精確；
[0035] 3)、整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作流程是通過(guò)高溫老化箱實(shí)驗(yàn)得到T、t、〇〇 ^的系列數(shù)據(jù)，然 后通過(guò)非線性回歸分析得到彈性密封墊的長(zhǎng)期應(yīng)力衰減率，檢測(cè)方法科學(xué)準(zhǔn)確，可操作性 強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 以下對(duì)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0037] 為了檢測(cè)密封墊的老化程度，本發(fā)明包括以下步驟：
[0038] 第一步：在常溫下用夾具夾持密封墊進(jìn)行應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，待其應(yīng)力衰減穩(wěn)定后，得 到短期的應(yīng)力松弛系數(shù)（σ / 〇 ^，即壓縮后高溫薄膜應(yīng)力計(jì)的值與剛壓縮時(shí)高溫薄膜應(yīng)力 計(jì)取值之比）。此系數(shù)主要反映物理應(yīng)力松弛。
[0039] 第二步：在不同高溫下，至少取3個(gè)溫度點(diǎn)，
[0040] 如將高溫老化箱依次設(shè)成60°C、80°C、100°C分別進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，用試件上貼著的 高溫薄膜應(yīng)力傳感器測(cè)得關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)（一般取〇· 5d、ld、2d、5d、7d、IOcU 15d，20d，30d，40d) 的接觸應(yīng)力。一般實(shí)驗(yàn)量如表1中所示。
[0041] 表1試驗(yàn)內(nèi)容
[0042]
[0044] 第三步：采用反應(yīng)松弛系數(shù)（P = σ / σ ^隨老化溫度（T)及老化時(shí)間（t)變化的 P-T-t三元數(shù)學(xué)模型（式1)，并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS的非線性回歸分析對(duì)密封墊各接縫張 開量狀態(tài)下的應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸。
[0045] 在一定溫度范圍內(nèi)，密封墊的應(yīng)力松弛特性隨時(shí)間t的變化可以用橡膠動(dòng)力學(xué)曲 線的經(jīng)驗(yàn)公式表示：
[0046] f (t) = B · exp (_k · ta) (2)
[0047] 式中：
[0048] B，a-一與老化溫度T無(wú)關(guān)的常數(shù)；
[0049] k--與老化溫度T有關(guān)的速度常數(shù)；
[0050] 而化學(xué)反應(yīng)的速度常數(shù)與溫度T的關(guān)系服從阿累烏斯方程：
[0051] k = Ae~Jf (3)
[0052] 式中：
[0053] A--與老化溫度T無(wú)關(guān)的常數(shù)；
[0054] E一一反應(yīng)活化能；R-摩爾氣體常數(shù)；
[0055] 將式（3)代入（2)，可以得到應(yīng)力松弛性能隨時(shí)間變化的P~t~T關(guān)系式：
[0056]
[0057] 式中，Btl= log(A/2. 303) ;B -E/2. 303R ;B2= a。其中：B、B。、Bn 82都是與溫 度無(wú)關(guān)的常數(shù)。
[0058] 非線性回歸過(guò)程根據(jù)Levenberg-Marquard