將干冰應(yīng)用于清洗行業(yè)始于1945年，美國海軍利用干冰清除頑固的油脂及混合附著物。六七十年代，以美國為首的一批學(xué)者就以干冰等“可揮發(fā)性”顆粒作為介質(zhì)的噴砂清洗技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和廣泛的嘗試，奠定了干冰清洗技術(shù)的基礎(chǔ)。而國內(nèi)則是在1999年后才引入了干冰清洗技術(shù)。

國內(nèi)外對于干冰清洗技術(shù)開展了一系列的理論及試驗(yàn)研究。SpurG等介紹了干冰清洗技術(shù)及其設(shè)備，并通過試驗(yàn)優(yōu)化了設(shè)備參數(shù)。陳繼輝等研究了干冰在圓柱密閉容器中進(jìn)行了絕熱條件與有熱交換、有空氣排出與排除空氣這4種過程中的升化特性，得出了干冰升華過程中溫度與壓力的關(guān)系以及空氣對T P關(guān)系的影響。干冰清洗的應(yīng)用范圍較廣泛，干冰清洗在不同的領(lǐng)域中的運(yùn)用也進(jìn)行了研究，張毅平等研究了干冰清洗油槽車的可行性，結(jié)果表明采用干冰清洗技術(shù)清洗油槽車，具有技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用的可行性。Sherman等和Yang等將干冰微粒噴射法用于清潔硅基片、金屬、陶瓷、光學(xué)器件、聚合體表面、CMOS圖像傳感器的清洗方面，取得了良好的清洗效果。段學(xué)明等進(jìn)行了干冰清洗在清除爐管表面的灰垢及汽車行業(yè)等方面的應(yīng)用研究，結(jié)果表明清洗效果好，對被清洗物無損傷。Uh1mann等利用干冰清洗鋁，發(fā)現(xiàn)干冰清洗可提高鋁片的粘結(jié)性能。干冰微粒噴射法對硅單晶基片、真空設(shè)備零件和紅外光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等物體的清洗都取得了良好的成果。孫洪孟通過干冰清洗不同的污染物的試驗(yàn)，得出了干冰清洗對油污、灰塵和積碳等污染物效果明顯。劉溟等進(jìn)行了變電站絕緣子干冰清洗試驗(yàn)，得出了干冰清洗絕緣子的角度、距離及噴頭移動(dòng)速度等參數(shù)的最優(yōu)值及干冰清洗優(yōu)于現(xiàn)有清洗技術(shù)的結(jié)論。

隧道是加強(qiáng)各地區(qū)之間交流、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展所不可缺少的，而隧道清潔則是隧道安全運(yùn)行的重要保證。

選擇合適的清潔技術(shù)來清洗隧道不僅可以提高清洗效率，還可以提高隧道的使用壽命，而高效、安全、環(huán)保的干冰清洗技術(shù)是對隧道進(jìn)行有效清潔的不二選擇。目前，國外已將干冰清洗應(yīng)用于房屋、隧道等的清洗，如德國凱馳公司應(yīng)用干冰清洗機(jī)清洗需除污的隧道，而國內(nèi)對于混凝土干冰清洗方面的研究及應(yīng)用都較少。清洗后混凝土表面的損傷程度是干冰清洗是否適用于隧道的關(guān)鍵因素，對于橡膠、金屬等致密性較高的材料，干冰清洗后未造成損傷，對于混凝土致密性較低的材料是否會(huì)造成的損傷程度需研究。因此，選取正交試驗(yàn)研究干冰清洗過程中各關(guān)鍵因素對混凝土表面污垢剝離后表面孔隙率增長量的影響。根據(jù)國內(nèi)外干冰清洗技術(shù)的研究及應(yīng)用，基于正交試驗(yàn)，選擇混凝土干冰清洗中的干冰流量、清洗時(shí)間、清洗過程中噴嘴與混凝土的距離、角度4個(gè)因素對混凝土表面孔隙率增長量的影響進(jìn)行了試驗(yàn)分析，研究了各個(gè)因素與表面孔隙率增長量之間的關(guān)系。通過正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)極差分析，得出各因素對表面孔隙率增長量影響的主次關(guān)系，并運(yùn)用層次分析法確定各因素對表面孔隙率增長量影響的權(quán)值大小，為混凝土干冰清洗提供一定的理論基礎(chǔ)。

1.干冰清洗試驗(yàn)

1.1干冰清洗原理

干冰清洗技術(shù)是將具有一定壓力的壓縮空氣和干冰顆?；旌虾髧娚涞奖磺逑次矬w的表面，使其表面的污垢受到外力的作用而剝離脫落。污垢所受的外力主要包括干冰微爆力及混合物噴射到物體表面的沖擊力。其中，干冰微爆是指在常溫常壓（20 C，0.101 MPa）下干冰迅速吸熱升華體積膨脹至800倍［13J左右所造成的。清洗過程中，一方面干冰吸收物體表面污垢的熱量，使污垢發(fā)生龜裂；另一方面，干冰的迅速膨脹及混合物的沖擊力會(huì)使污垢剝離物體表面。

1.2試驗(yàn)條件

1）試驗(yàn)試件：混凝土試件取樣于重慶市渝中區(qū)五一路地下停車庫環(huán)道隧道二襯，尺寸為100 mm×

100 mm×100 mm，試塊表面的抗壓強(qiáng)度為24.6 MPa，表面光滑。

2）試驗(yàn)設(shè)備：四川資陽四達(dá)低溫機(jī)械有限公司生產(chǎn)的KBQX 30DG單管干冰清洗機(jī)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速與干冰用量成正比，可調(diào)節(jié)范圍為0～1500r/min，氣源壓力0.3～1.0 MPa，耗氣量3～5 m3/min，可通過隨意改變轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速而改變干冰流量。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究干冰流量、清洗距離、清洗時(shí)間及噴射角度對混凝土表面孔隙產(chǎn)生量的影響，具體試驗(yàn)步驟如下：

1）對未涂污的試件進(jìn)行拍照，以備對比使用；

2）在泥土中加入少量的液壓油充分混合作為污垢，取等量分別均勻涂抹于試件表面。等表面污垢完全干后進(jìn)行清洗試驗(yàn)；

3）先將干冰加入干冰清洗機(jī)中，然后開啟空壓機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，直到其能提供穩(wěn)定的壓縮空氣流；

4）將試件固定后，開啟清洗機(jī)，按照正交試驗(yàn)表進(jìn)行清洗試驗(yàn)，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次。清洗過程中噴嘴與被清洗面的距離保持穩(wěn)定，噴嘴移動(dòng)平穩(wěn)、勻速，各點(diǎn)清洗時(shí)間均勻；

5）對清洗后的試件拍照，將圖片導(dǎo)入MATLAB中進(jìn)行灰度分析，運(yùn)用MATLAB計(jì)算得出表面孔隙率。

1.4混凝土表面孔隙產(chǎn)生量影響因素正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隧道病害的類型主要有水害、凍害、襯砌裂損及襯砌侵害等，對隧道襯砌的穩(wěn)定性都有一定的影響。

隧道清潔是防止隧道災(zāi)害和病害最有效的手段之一，目前主要采用的隧道清洗方法有人工清洗法、滾刷式清洗法、高壓水射流清洗法等，具有能耗高、造成二次污染、安全系數(shù)低等缺點(diǎn)，因此高效、安全、環(huán)保、無水的干冰清洗技術(shù)是隧道清洗技術(shù)的發(fā)展方向。為了給隧道干冰清洗提供一定的理論基礎(chǔ)，擬用正交試驗(yàn)研究清洗參數(shù)對混凝土表面孔隙的影響。