CN110907631A - 监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置及其测量方法，该装置测试空间的碳化养护箱外壳内部设置有连通的通风通道，通风通道的底部设置有干燥器，干燥器下方安装有质量传感器，通风通道的底部设置有温度传感器和若干激光传感器，水泥基材料试件上表面粘贴有激光标靶，激光标靶与对应激光传感器的中心线位于同一直线上，碳化养护箱外壳的内部底部设置有加热器，加热器上方安装有称重传感器，侧壁上设置有湿度传感器和二氧化碳传感器。解决了现有技术的水泥基材料测试测试方法较为繁琐，且无法无损地对在碳化养护过程中水泥基材料碳化程度的变化进行实时监测；而对碳化养护中水泥基材料的碳化收缩，也缺少有效地实时监测手段的问题。
Description
技术领域
本发明属于水泥基材料测试设备，具体涉及一种可实时监测水泥基材料碳化程度和碳化收缩的碳化养护测试装置。
背景技术
水泥基材料的碳化养护是一种新型固碳方法和加速养护技术。通过将水化早期的水泥基材料放置于二氧化碳浓度较高的环境中，水泥熟料矿物硅酸三钙、硅酸二钙及早期水化产物氢氧化钙、水化硅酸钙均会参与碳化反应。碳化养护的优势在于：一方面碳化反应中生成的碳酸钙等产物能有效提高水泥基材料的力学强度和耐久性，同时碳化产物的成核效应能进一步加速水泥水化；另一方面，碳化养护能够部分替代传统的蒸汽养护，有效地降低能耗，同时将二氧化碳转化为碳酸钙，降低水泥基材料在整个生产环节的总体碳排放。
在碳化养护中，二氧化碳的浓度、水泥基材料的含水量和环境温度对试件的碳化程度均有重要影响。随着浓度的提高，二氧化碳在水泥基材料内的扩散速率加快，有助于水泥基材料内部的碳化；由于碳化养护通常在水泥基材料成型后数小时内进行，此时水泥基材料含水量很高，孔隙被水充满，会对二氧化碳气体在水泥基材料内部的扩散造成不利影响，因此环境湿度应维持在较低范围，以加快孔隙水蒸发；环境温度的提高可以增加碳化反应速率常数，但同时也会降低二氧化碳溶解度，相应地降低反应物浓度。因此，对二氧化碳浓度、湿度和温度等参数进行精确地实时控制，对水泥基材料的碳化养护有着重要意义。除此之外，碳化养护中水泥基材料的碳化程度对水泥基材料各项性能也有着重要影响。当碳化程度过低时，碳酸钙等碳化产物生成量较少，无法有效地提高水泥基材料性能；但当碳化程度过高、碳化时间过长，水泥水化产物的碳化会导致强度降低，且会产生较大的碳化收缩，在水泥基材料内部产生微裂缝，造成不利影响。
目前，对碳化养护水泥基材料的碳化程度多采用酚酞法、热分析法等方式，测试方法较为繁琐，且无法无损地对在碳化养护过程中水泥基材料碳化程度的变化进行实时监测；而对碳化养护中水泥基材料的碳化收缩，也缺少有效地实时监测手段。
发明内容
本发明针对现有技术的水泥基材料测试测试方法较为繁琐，且无法无损地对在碳化养护过程中水泥基材料碳化程度的变化进行实时监测；而对碳化养护中水泥基材料的碳化收缩，也缺少有效地实时监测手段的问题，提出一种监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置，可以实现水泥基材料碳化养护过程中，二氧化碳浓度、温度等参数的精确控制，同时对水泥基材料碳化程度和碳化收缩的变化进行实时监测，以确定合适的碳化养护制度。
本发明提出一种监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置包括碳化养护箱外壳、通风通道、若干排气风扇、温度传感器、若干二氧化碳传感器、湿度传感器、若干激光传感器、二氧化碳气瓶、激光标靶、称重传感器、加热器、干燥器和质量传感器；所述碳化养护箱外壳内分为两个空间，分别是测试空间和非测试空间，两者通过隔板隔开，非检测空间内放置有二氧化碳气瓶，所述二氧化碳气瓶向测试空间内提供二氧化碳，所述测试空间的碳化养护箱外壳的内部顶部和一侧的侧壁上设置有连通的通风通道，位于侧壁上的通风通道的底部设置有干燥器，所述干燥器的下方安装有质量传感器，若干所述排气风扇置于通风通道内部，位于顶部的通风通道的底部设置有温度传感器和若干激光传感器，水泥基材料试件上表面粘贴有激光标靶，激光标靶与对应激光传感器的中心线位于同一直线上，所述碳化养护箱外壳的内部底部设置有加热器，所述加热器上方安装有称重传感器，水泥基材料试件放置于称重传感器上，设置有通风通道的侧壁上设置有湿度传感器和若干二氧化碳传感器。
优选地，所述二氧化碳传感器有三个，分别置于碳化养护箱外壳侧壁内部的上、中、下三个部位。
优选地，所述干燥器内部填充有氯化钙干燥剂。
一种所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置测量碳化程度的测量方法，具体包括以下步骤：
第一步：若干水泥基材料试件上对应贴上激光标靶；
第二步：然后若干水泥基材料试件放于称重传感器上，使激光标靶与对应激光传感器的中心线位于同一直线上，所述称重传感器实时监测试件的质量变化；
第三步：二氧化碳气瓶向测试空间内输送二氧化碳气体，直至测试空间内二氧化碳达到预设浓度；
第四步：通风通道中的排气风扇开动，使测试空间内部空气自下而上流通，以防止二氧化碳在箱体底部沉积；
第五步：温度传感器对测试空间内温度进行实时监测，当测试空间内温度过低时，反馈给加热器进行加热；若干二氧化碳传浓度感器对测试空间内二氧化碳气体浓度和分布的均匀程度进行监测，当测试空间内二氧化碳达到预设浓度后，反馈给二氧化碳气瓶停止充气，当二氧化碳浓度低于预设值或分布不均时，反馈给二氧化碳气瓶进行充气或加大通风通道中的排气风扇的功率；湿度传感器实时监测、记录测试空间内湿度的变化，以便于试验后不同湿度下试件碳化程度进行比较、分析，从而得到不同配合比混凝土最佳碳化养护制度；
第六步：质量传感器实时监测试件的质量变化，通风通道内的干燥器吸收测试空间内部的水蒸气，以控制箱体内湿度，同时通过质量传感器测试吸水量，即为试件的水分蒸发量；若干激光传感器测量水泥基材料试件碳化过程中激光传感器至激光标靶的距离，以实时监测、记录碳化收缩情况；
第七步：按下列公式计算试件碳化度：
其中，dc为水泥基材料试件碳化度，m0为初始时水泥基材料试件的质量，mt为t时刻水泥基材料试件质量，mw为干燥器的吸水量；
按下列公式计算t时刻试件的收缩量为：
St＝xt-x0
其中，St为t时刻试件收缩量，x0和xt分别为初始和t时刻激光传感器至激光标靶的距离。
与现有技术相比，本发明所述的一种监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置的有益效果为：
1、本发明所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置可以实现不同二氧化碳浓度和温度条件下，对水泥基材料进行碳化养护，并能实时监测水泥基材料碳化程度和碳化收缩。
2、本发明所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置可以通过二氧化碳浓度传感器、温度传感器和称重传感器实时监测装置内部各项参数的变化并实现相应的控制。
3、本发明所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置通过监测水泥基材料试件变形、质量变化和测试装置中水泥基材料试件蒸发水量的变化，获得试件在不同碳化养护条件和养护时间的碳化程度和碳化收缩量，从而为水泥基材料碳化养护制度的优化设计提供理论依据。
4、本发明所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置使用方法简单，操作便捷。
附图说明
图1为本发明所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置的结构示意图；
图中：1-碳化养护箱外壳；2-通风通道；3-排气风扇；4-温度传感器；5-二氧化碳传感器；6-湿度传感器；7-激光传感器；8-二氧化碳气瓶；9-激光标靶；10-称重传感器；11-加热器；12-干燥器；13-质量传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种监测水泥基材料碳化程度和体积变形的测试装置包括碳化养护箱外壳1、通风通道2、若干排气风扇3、温度传感器4、若干二氧化碳传感器5、湿度传感器6、若干激光传感器7、二氧化碳气瓶8、激光标靶9、称重传感器10、加热器11、干燥器12和质量传感器13；
所述碳化养护箱外壳1内分为两个空间，分别是测试空间和非测试空间，两者通过隔板隔开，非检测空间内放置有二氧化碳气瓶8，所述二氧化碳气瓶8向测试空间内提供二氧化碳，所述测试空间的碳化养护箱外壳1的内部顶部和一侧的侧壁上设置有连通的通风通道2，位于侧壁上的通风通道2的底部设置有干燥器12，所述干燥器12的下方安装有质量传感器13，若干所述排气风扇3置于通风通道2内部，位于顶部的通风通道2的底部设置有温度传感器4和若干激光传感器7，水泥基材料试件上表面粘贴有激光标靶9，激光标靶9与对应激光传感器7的中心线位于同一直线上，所述碳化养护箱外壳1的内部底部设置有加热器11，所述加热器11上方安装有称重传感器10，水泥基材料试件放置于称重传感器10上，设置有通风通道2的侧壁上设置有湿度传感器6和若干二氧化碳传感器5。
所述二氧化碳传感器5有三个，分别置于碳化养护箱外壳1侧壁内部的上、中、下三个部位。
所述干燥器12内部填充有氯化钙干燥剂。
一种所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置测量碳化程度的测量方法，具体包括以下步骤：
一种所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置测量碳化程度和体积变形的测量方法，具体包括以下步骤：
第一步：若干水泥基材料试件上对应贴上激光标靶9；
第二步：然后若干水泥基材料试件放于称重传感器10上，使激光标靶9与对应激光传感器7的中心线位于同一直线上，所述称重传感器10实时监测试件的质量变化；
第三步：二氧化碳气瓶8向测试空间内输送二氧化碳气体，直至测试空间内二氧化碳达到预设浓度；
第四步：通风通道2中的排气风扇3开动，使测试空间内部空气自下而上流通，以防止二氧化碳在箱体底部沉积；
第五步：温度传感器4对测试空间内温度进行实时监测，当测试空间内温度过低时，反馈给加热器11进行加热；若干二氧化碳传浓度感器5对测试空间内二氧化碳气体浓度和分布的均匀程度进行监测，当测试空间内二氧化碳达到预设浓度后，反馈给二氧化碳气瓶8停止充气，当二氧化碳浓度低于预设值或分布不均时，反馈给二氧化碳气瓶8进行充气或加大通风通道2中的排气风扇3的功率；湿度传感器6实时监测、记录测试空间内湿度的变化，以便于试验后不同湿度下试件碳化程度进行比较、分析，从而得到不同配合比混凝土最佳碳化养护制度；
第六步：质量传感器13实时监测试件的质量变化，通风通道2内的干燥器9吸收测试空间内部的水蒸气，以控制箱体内湿度，同时通过质量传感器11测试吸水量，即为试件的水分蒸发量；若干激光传感器7测量水泥基材料试件碳化过程中激光传感器7至激光标靶9的距离，以实时监测、记录碳化收缩情况；
第七步：按下列公式计算试件碳化度：
其中，dc为水泥基材料试件碳化度，m0为初始时水泥基材料试件的质量，mt为t时刻水泥基材料试件质量，mw为干燥器12的吸水量；
按下列公式计算t时刻试件的收缩量为：
St＝xt-x0
其中，St为t时刻试件收缩量，x0和xt分别为初始和t时刻激光传感器7至激光标靶的距离。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置，其特征在于，包括碳化养护箱外壳(1)、通风通道(2)、若干排气风扇(3)、温度传感器(4)、若干二氧化碳传感器(5)、湿度传感器(6)、若干激光传感器(7)、二氧化碳气瓶(8)、激光标靶(9)、称重传感器(10)、加热器(11)、干燥器(12)和质量传感器(13)；
所述碳化养护箱外壳(1)内分为两个空间，分别是测试空间和非测试空间，两者通过隔板隔开，非检测空间内放置有二氧化碳气瓶(8)，所述二氧化碳气瓶(8)向测试空间内提供二氧化碳，
所述测试空间的碳化养护箱外壳(1)的内部顶部和一侧的侧壁上设置有连通的通风通道(2)，位于侧壁上的通风通道(2)的底部设置有干燥器(12)，所述干燥器(12)的下方安装有质量传感器(13)，若干所述排气风扇(3)置于通风通道(2)内部，位于顶部的通风通道(2)的底部设置有温度传感器(4)和若干激光传感器(7)，水泥基材料试件上表面粘贴有激光标靶(9)，激光标靶(9)与对应激光传感器(7)的中心线位于同一直线上，所述碳化养护箱外壳(1)的内部底部设置有加热器(11)，所述加热器(11)上方安装有称重传感器(10)，水泥基材料试件放置于称重传感器(10)上，设置有通风通道(2)的侧壁上设置有湿度传感器(6)和若干二氧化碳传感器(5)。
2.根据权利要求1所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置，其特征在于，所述二氧化碳传感器(5)有三个，分别置于碳化养护箱外壳(1)侧壁内部的上、中、下三个部位。
3.根据权利要求1所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置，其特征在于，所述干燥器(12)内部填充有氯化钙干燥剂。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的监测水泥基材料碳化程度和体积变形的装置测量碳化程度和体积变形的测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
第一步：若干水泥基材料试件上对应贴上激光标靶(9)；
第二步：然后若干水泥基材料试件放于称重传感器(10)上，使激光标靶(9)与对应激光传感器(7)的中心线位于同一直线上，所述称重传感器(10)实时监测试件的质量变化；
第三步：二氧化碳气瓶(8)向测试空间内输送二氧化碳气体，直至测试空间内二氧化碳达到预设浓度；
第四步：通风通道(2)中的排气风扇(3)开动，使测试空间内部空气自下而上流通，以防止二氧化碳在箱体底部沉积；
第五步：温度传感器(4)对测试空间内温度进行实时监测，当测试空间内温度过低时，反馈给加热器(11)进行加热；若干二氧化碳传浓度感器(5)对测试空间内二氧化碳气体浓度和分布的均匀程度进行监测，当测试空间内二氧化碳达到预设浓度后，反馈给二氧化碳气瓶(8)停止充气，当二氧化碳浓度低于预设值或分布不均时，反馈给二氧化碳气瓶(8)进行充气或加大通风通道(2)中的排气风扇(3)的功率；湿度传感器(6)实时监测、记录测试空间内湿度的变化，以便于试验后不同湿度下试件碳化程度进行比较、分析，从而得到不同配合比混凝土最佳碳化养护制度；
第六步：质量传感器(13)实时监测试件的质量变化，通风通道(2)内的干燥器(9)吸收测试空间内部的水蒸气，以控制箱体内湿度，同时通过质量传感器(11)测试吸水量，即为试件的水分蒸发量；若干激光传感器(7)测量水泥基材料试件碳化过程中激光传感器(7)至激光标靶(9)的距离，以实时监测、记录碳化收缩情况；
第七步：按下列公式计算试件碳化度：
其中，dc为水泥基材料试件碳化度，m0为初始时水泥基材料试件的质量，mt为t时刻水泥基材料试件质量，mw为干燥器(12)的吸水量；
按下列公式计算t时刻试件的收缩量为：
St＝xt-x0
其中，St为t时刻试件收缩量，x0和xt分别为初始和t时刻激光传感器(7)至激光标靶的距离。
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