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隧道建设(中英文) ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11): 2126-2139.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.11.013
陈相阁1, 2, 管少杰1, 2, 薛莲3, 何天宝4, 刘士洋1, 2, 张学富1, 2, 喻文兵1, 2, *
CHEN Xiangge1, 2, GUAN Shaojie1, 2, XUE Lian3, HE Tianbao4, LIU Shiyang1, 2, ZHANG Xuefu1, 2, YU Wenbing1, 2, *
摘要: 为解决隧道排水管易发生结晶堵塞的问题,需探究涂层材料对排水管防结晶性能的影响及其机制。在实验室条件下对高密度聚乙烯(HDPE)排水管及其表面施加的环氧树脂(DGEBA)、有机硅(SR)、聚四氟乙烯(PTFE)3种涂层材料进行结晶覆盖特征分析。通过测量结晶覆盖面积,发现无涂层HDPE表面结晶平均覆盖面积最大((19.75±1.06) mm2),而3种涂层表面结晶平均覆盖面积依次为DGEBA((14.39±0.87) mm2)>SR((7.68±0.98) mm2)>PTFE((0.38±0.31) mm2)。基于耗散型石英晶体微天平(QCMD)试验,原位监测各涂层表面的晶体生长过程,并通过Sauerbrey方程换算结晶质量,结果显示DGEBA、SR和PTFE涂层的结晶质量分别为425.72、173.46、41.01 ng/(cm2•h),SEM图像验证晶粒数量与结晶质量规律具有一致性。进一步采用分子动力学模拟计算涂层表面与CaCO3溶液间的结合能绝对值,结果为HDPE(124.49 kcal/mol)>DGEBA(87.55 kcal/mol)>SR(48.12 kcal/mol)>PTFE(24.25 kcal/mol),从微观角度揭示排水管结晶易发及涂层防结晶机制。现场试验结果与室内试验和模拟分析一致,HDPE排水管内结晶量最大(1.65 kg),3种涂层排水管内结晶量依次为DGEBA(1.05 kg)>SR(0.68 kg)>PTFE(0.20 kg)。综合多尺度试验和数值模拟结果表明,HDPE排水管防结晶性能较差,而PTFE涂层能够显著抑制CaCO3结晶吸附与生长。