CN113029927A - 用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置及方法。其主要功能是准确测试水泥浆体对中、低放射性核废料(以铝棒代替)的固化封装效果，以及铝与水泥浆的腐蚀反应过程中水泥浆体的pH值、温度和相对湿度的变化规律。试验筒放置在恒温水浴箱中，试验筒内装有待测量的水泥净浆，并且在试验筒内部设置有温度、湿度传感器、pH值传感器以及氢气压力传感器；恒温水浴装置中设置有加热器和温度传感器，传感器以及加热器均与计算机控制系统相连；温度、湿度、pH值和氢气压力的测定均由计算机控制系统自动采集和显示。同时，通过水浴的方式来控制反应温度，以考察环境温度的影响。该设备操作方便，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置及方法。
背景技术
对于核电站的长期发电运行过程中产生的中、低放射性核废料，通常采用水泥浆进行固化封装处理，将核废料与水泥浆混合后存储于不锈钢的核废料罐中，以防止放射性核素扩散，并进行集中监测处置，待其衰减至安全水平。
中、低放射性核废料通常含有铝、锌、镁、铀等多种金属元素，铝、锌、铀等金属在碱性水泥浆体中容易被腐蚀。铝在碱溶液中的腐蚀反应，不仅会形成膨胀性产物氢氧化铝，而且产生较大的氢气压，可能诱发核废料罐开裂，导致核废料泄漏事故。在此类核废料的固化封装研究中，常以铝棒或铝片为腐蚀对象开展试验研究。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。铝棒(用来代替中、低放射性核废料)在碱性环境发生反应，生成氢气，即可通过氢气压的变化运用公式计算得到反应(腐蚀)程度及速率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置及方法，以同时测试水泥浆体的温度、相对湿度、pH值和密封试验装置内的氢气压，最终通过公式计算得到铝棒的腐蚀速率，且装置可以重复利用。
为实现该技术目的，本发明提供如下方案：
第一方面，本发明提供一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置，其特征在于：包括恒温水浴装置、计算机控制系统、水泥浆体、可重复使用的试验筒、放置于试验筒中的塑料筒；
在所述恒温水浴装置的底部设置有三块绝热板；所述试验筒放置在恒温水浴装置底部的绝热板上；所述恒温水浴装置能自由设置以保证试验筒外的恒定环境温度；
在试验筒内装有待测量的水泥浆体试样，并且在试验筒内部设置有温度、湿度传感器、氢气压力传感器和pH值传感器；所述温度、湿度传感器、氢气压力传感器和pH值传感器均通过导线与计算机控制系统相连；
所述计算机控制系统位于恒温水浴装置的外部；所述温度、湿度传感器、氢气压力传感器和pH值传感器的数值均由计算机控制系统采集和显示。
作为优选方案，所述试验筒与其筒盖间还设置有密封橡胶圈以保证气密性。
作为一个优选地具体方案，上述用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置，包括塑料筒，可重复使用的试验筒，温度、湿度传感器，氢气压力传感器，pH值传感器和计算机控制系统；为便于脱模，待测量的铝棒和水泥浆试样装于所述塑料筒内，并装于试验筒内，且在试验筒内部设置有温度、湿度传感器、pH值传感器以及氢气压力传感器；所述试验筒放置在恒温水浴装置中；所述恒温水浴装置可自由设置以保证试验筒外的恒定环境温度，所述传感器均与计算机控制系统相连；所述温度、湿度、pH值和氢气压力的测定均由计算机控制系统采集和显示。所述传感器均通过导线与所述计算机控制系统相连。所述的计算机控制系统位于恒温水浴装置的外部。所述试验筒以及铝棒等相关尺寸见附图(注：图中尺寸单位为mm)。试验筒与筒盖间用橡胶圈密封，以保证密封效果。试验筒放置于恒温水浴装置的绝热板上。
第二方面，本发明提供一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验方法，其特征在于：利用如上述的实验装置，包括如下步骤：
S1：在试验开始前需做准备工作：在试验前24h将待测的拌和用料放置在室内，使其温度与室温保持一致，使温度、湿度传感器、氢气压力传感器、恒温水浴装置以及计算机控制系统处于准备工作状态；
S2：将搅拌均匀的水泥浆装入塑料筒中，用砂纸打磨铝棒表面以去除氧化层，将铝棒竖直插入水泥浆中，继续加入水泥浆至筒顶，确保没过铝棒顶部，为便于脱模，将装有待测量的铝棒和水泥浆试样的塑料筒装于试验筒内，并盖好密封试验筒盖，将试验筒放置于恒温水浴装置里；
S3：随着水泥的水化作用持续进行，浆体内部温度逐渐升高，内部温度和湿度经温度、湿度传感器传入计算机控制系统并记录；
S4：随着水泥浆体对铝棒的腐蚀作用持续进行，内部计算机控制系统实时记录温度、湿度传感器、氢气压力传感器和pH值传感器所测的数值，并将电信号反馈到计算机内，绘制各自随时间变化的曲线并显示；
S5：待所得数据稳定后即可得到试验筒内部温度、湿度，pH值以及氢气压力的变化曲线，经过计算即得到铝棒在水泥浆体中的腐蚀速率；
S6：工作完毕后，关闭各电子仪器部件，拆卸试件，并清理残渣和水。
4、根据权利要求3所述的用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验方法，其特征在于：所述步骤S2中铝棒纯度需>99％，且铝棒上下表面和侧面均与水泥浆体充分接触。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明通过同时监测铝与水泥浆的腐蚀反应过程中水泥浆体的pH值、温度和相对湿度的变化，准确测试水泥浆体对中、低放射性核废料(以铝棒代替)的固化封装效果。且可以通过水浴的方式来控制反应温度，以考察环境温度的影响。该设备操作方便，实用性强。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为试验筒和铝棒相关尺寸剖面示意图；
图3为温度、湿度传感器安装放置及筒盖尺寸示意图；
图4为筒顶相关尺寸示意图；
图5为筒底相关尺寸示意图。
图中：恒温水浴装置1；铝棒2；计算机控制系统3；温度、湿度传感器4；氢气压力传感器5；pH值传感器6；密封橡胶圈7；水泥浆体8；塑料筒9；试验筒10；绝热板11。(注：图2-5中尺寸单位为mm)。
具体实施方式
以下通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。
图1中的实验装置包含恒温水浴装置1，铝棒2，计算机控制系统3，温度、湿度传感器4，氢气压力传感器5，pH值传感器6，密封橡胶圈7，水泥浆体8，塑料筒9，试验筒10，绝热板11。
在试验开始前需做一定的准备工作；在试验前24h将待测的拌和用料放置在室内，使其温度与室温保持一致，使电子仪器部件(温度、湿度传感器、氢气压力传感器、恒温水浴装置以及计算机控制系统)处于准备工作状态。
将搅拌均匀的水泥浆装入塑料筒中，用砂纸打磨铝棒表面以去除氧化层，将铝棒竖直插入水泥浆中，继续加入水泥浆至筒顶，确保没过铝棒顶部，将试验筒放进试验筒内，并盖好密封试验筒盖，将试验筒放置于恒温水浴装置里。
随着水泥的水化作用持续进行，浆体内部温度逐渐升高，内部温度和湿度经温度、湿度传感器4传入计算机控制系统3并记录。
随着水泥浆体对铝棒的腐蚀作用持续进行，内部计算机控制系统3实时记录温度、湿度传感器4、氢气压力传感器5和pH值传感器6所测的数值，并将电信号反馈到计算机内，绘制各自随时间变化的曲线并显示。
待一定试验时间后即可得到试验筒内部温度、湿度，pH值以及氢气压力的变化曲线，经过计算可以得到铝棒在水泥浆体中的腐蚀速率。
工作完毕后，关闭各电子仪器部件，拆卸试件，并清理残渣和水。
本发明的工作原理如下：
本发明中，试验筒10放置于恒温水浴装置1底部的绝热板11上，由恒温水浴装置1来提供稳定的环境温度；温度、湿度传感器4、氢气压力传感器5和pH值传感器6分别位于试验筒顶部；铝棒2和待测的水泥浆体8放到试验筒8中，分别采集温度、湿度、pH值和氢气压力并传输到计算机控制系统3，最终测出试件的温度、湿度和pH值变化，并通过氢气压力和相关公式计算得到腐蚀反应的速率。
Claims (4)
1.一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置，其特征在于：包括恒温水浴装置(1)、计算机控制系统(3)、水泥浆体(8)、可重复使用的试验筒(10)、放置于试验筒(10)中的塑料筒(9)；
在所述恒温水浴装置(1)的底部设置有三块绝热板(11)；所述试验筒(10)放置在恒温水浴装置(1)底部的绝热板(11)上；所述恒温水浴装置(1)能自由设置以保证试验筒(10)外的恒定环境温度；
在试验筒(10)内装有待测量的水泥浆体试样，并且在试验筒(10)内部设置有温度、湿度传感器(4)、氢气压力传感器(5)和pH值传感器(6)；所述温度、湿度传感器(4)、氢气压力传感器(5)和pH值传感器(6)均通过导线与计算机控制系统(3)相连；
所述计算机控制系统(3)位于恒温水浴装置(1)的外部；所述温度、湿度传感器(4)、氢气压力传感器(5)和pH值传感器(6)的数值均由计算机控制系统(3)采集和显示。
2.根据权利要求1所述的用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验装置，其特征在于：所述试验筒(10)与其筒盖间还设置有密封橡胶圈(7)以保证气密性。
3.一种用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验方法，其特征在于：利用如权利要求1或2所述的实验装置，包括如下步骤：
S1：在试验开始前需做准备工作：在试验前24h将待测的拌和用料放置在室内，使其温度与室温保持一致，使温度、湿度传感器、氢气压力传感器、恒温水浴装置以及计算机控制系统处于准备工作状态；
S2：将搅拌均匀的水泥浆装入塑料筒中，用砂纸打磨铝棒表面以去除氧化层，将铝棒竖直插入水泥浆中，继续加入水泥浆至筒顶，确保没过铝棒顶部，为便于脱模，将装有待测量的铝棒和水泥浆试样的塑料筒装于试验筒内，并盖好密封试验筒盖，将试验筒放置于恒温水浴装置里；
S3：随着水泥的水化作用持续进行，浆体内部温度逐渐升高，内部温度和湿度经温度、湿度传感器传入计算机控制系统并记录；
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S5：待所得数据稳定后即可得到试验筒内部温度、湿度，pH值以及氢气压力的变化曲线，经过计算即得到铝棒在水泥浆体中的腐蚀速率；
S6：工作完毕后，关闭各电子仪器部件，拆卸试件，并清理残渣和水。
4.根据权利要求3所述的用于评价金属抗水泥浆碱性腐蚀性能的实验方法，其特征在于：所述步骤S2中铝棒纯度需>99％，且铝棒上下表面和侧面均与水泥浆体充分接触。
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