CN217180886U

CN217180886U - 一种盐渍土的碳化分层淋滤装置

Info

Publication number: CN217180886U
Application number: CN202122707527.6U
Authority: CN
Inventors: 张涵; 蔡光华; 钟煜清; 王俊阁; 张彩红; 李纪
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2031-11-05

Abstract

本实用新型公开了一种盐渍土的碳化分层淋滤装置，该装置由碳化系统、淋滤系统和测试系统组成，并旨在通过不同部件间的组合达到测试碳化处理盐渍土过程中离子分布及迁移的目的。本装置特设位移传感器及孔压传感器，可以实时测量土样在碳化和淋滤过程中的孔压与体积变化；本装置还特设离子浓度计以及时检测淋滤液中的离子种类及浓度；此外，本装置还设有数据采集器、电磁阀等，自动化程度高，可控性强，数据采集精确。本实用新型对测试碳化过程中盐渍土内离子分布及运移具有重要意义，同时对碳化固化技术在盐渍土处理领域的应用具有现实意义。

Description

一种盐渍土的碳化分层淋滤装置

技术领域

本实用新型属于土木工程仪器装置类，具体涉及一种盐渍土的碳化分层淋滤装置。

背景技术

我国“十四五”规划提出要加快建设交通强国，其关键是要完善沿江沿海城市战略骨干通道建设，而这类城市因其地理历史环境的因素，分布着大片盐渍土。盐渍土在我国分布广泛，其因含有大量的SO₄ ^2-、CO₃ ^2-、Cl^-等离子而具有溶陷性、盐胀性、腐蚀性的不良工程特性，从而对我国道路和建筑工程发展造成极大阻碍。含硫酸盐及亚硫酸盐的盐渍土，在温湿度变化时会发生反复膨胀和体缩，进而破坏土体结构；盐渍土浸水后，土中可溶盐会被溶解而流失，使盐渍土地基产生不均匀沉降，形成溶陷；此外，盐渍土还对钢筋、水泥等建筑材料产生腐蚀，造成结构构件损坏和强度下降。因此，亟需开展对盐渍土地基处理方法的探索。

水泥固化是当前处理盐渍土地基的主流技术，因其具有强度增长快、易得性好、经济效益高等优势而被广泛使用。盐渍土中的离子会阻碍水泥水化，使固化盐渍土强度较低；且水泥在生产过程中会排放大量的CO₂气体及其他有害气体，造成环境污染，不符合我国大力推进生态文明建设的国家战略。因此急需寻找一种可以替代水泥进行盐渍土固化处理的新材料或新方法。目前活性MgO-CO₂碳化固化技术因低碳环保、处理效率高而被优选，其方法为先将活性MgO与待处理盐渍土均混，再将均混后土体暴露于CO₂环境中；通过碳化反应以达到去除多余盐分和提高盐渍土强度的目的，并在一定程度上改善盐渍土的工程特性。此外，该技术还具有较强固碳效能，促进温室气体CO₂的再利用。然而，该技术在盐渍土处理领域尚不成熟，存在以下两个方面缺陷：首先，在碳化过程中，盐渍土中的离子与MgO的水化产物或碳化产物反应而影响固化效果；其次，单向通气作用下，越靠近进气口的部分碳化作用越显著，碳化产物较多，会导致土体孔隙减小，气体流通受阻，造成碳化不均。因此，需发明一种装置以研究活性MgO-CO₂碳化处理盐渍土过程中，土体内部的离子迁移情况。

目前常采用淋滤试验来研究土体内部的离子迁移情况，现有的淋滤试验装置如“土柱水化学淋滤试验试样筒(CN 101738458 B)”、“一种室内重金属污染物的淋滤试验装置和方法 (CN 104568677 B)”、“一种对原状黄土水盐迁移及元素滤失过程监测的淋滤系统(CN 111650232 A)”等。这些淋滤试验装置的特征主要是：水流从试样一端流入、另一端流出，然后收集流出的淋滤液，并测试滤液中的离子类型及浓度，以达到探究试样内部离子迁移分布的目的。但已有装置在探究碳化过程中盐渍土内部的离子迁移时，存在以下不足：1)液体流向缺陷：若横向通入淋滤液，导致液体难以流出，产生较少淋滤液，难以用于后续试验；若纵向进行淋滤，淋滤液会在重力作用下向下流动，导致下层测试结果不准确；2)淋滤方式缺陷：大部分淋滤装置仅能测试静态下土样中的离子分布，但难以应用在土体固化过程中，更不能应用在土体的碳化固化中。

因此有必要发明一种可以探究在碳化固化过程中盐渍土内部离子迁移和分布情况的装置，这不仅有利于活性MgO-CO₂碳化固化技术在盐渍土处理领域的应用，还有利于CO₂气体的资源化再利用，有助于岩土工程“碳达峰”、“碳中和”目标的实现。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出了一种盐渍土的碳化分层淋滤装置。本装置对于研究动态碳化作用下盐渍土内部离子分布及运移具有重要意义，同时对碳化固化技术在盐渍土处理领域的应用具有现实意义。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型公开了一种盐渍土的碳化分层淋滤的装置，该装置包括碳化系统、淋滤系统和测试系统，所述碳化系统包括二氧化碳气罐、碳化箱和沉淀罐，所述碳化箱固设在双层桌上，所述碳化箱的上部安设有带把手的箱盖，碳化箱的左侧通过输气管与二氧化碳气罐相连接，碳化箱的右侧通过出气管与沉淀罐相连接；所述二氧化碳气罐上设有输气阀，输气管从左至右依次设有调压阀和气压表，出气管从上到下依次设有气压表和出气阀，

所述淋滤系统包括水箱、水泵、总水管、分水管、量杯和出水管，所述水箱通过总水管与分水管连接，所述总水管从左到右依次设有水泵和水压调节器，所述分水管上设有电磁阀，分水管的下端贯穿箱盖并伸入至碳化箱内，所述量杯通过出水管连接至碳化箱底部，

所述测试系统包括位移传感器、孔压传感器、数据采集器、计算机和离子浓度计，所述位移传感器安设于碳化箱内的透水板表面，所述孔压传感器埋设于碳化箱内的试样中；量杯内设置有探针，且探针通过数据线与离子浓度计相连接；所述位移传感器和孔压传感器通过数据线与数据采集器相连，所述数据采集器与计算机相连；所述量杯置于双层桌的隔板上。

优选地，所述碳化箱通过转轴与箱盖相连接，碳化箱的深度为30～60cm，所述电磁阀通过外部遥控器控制。

优选地，所述位移传感器置于两个相邻分水管之间，所述孔压传感器数量和分水管数量依据碳化箱内试样宽度确定，分水管的间距为5～7cm，试样中至少有两根分水管，孔压传感器的间距为3～5cm；所述出水管与分水管上下对应设置。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

1)本装置将通气碳化与淋滤试验的有机结合，实现了盐渍土碳化加固处理过程中内部离子的分布监测，结构简单、易操作，可有效减少误差，提供准确试验数据。

2)本装置特设离子浓度计，当碳化过程与淋滤试验同时进行时，可实时检测淋滤液中的离子及其浓度，弥补了现有装置不能动态测量离子分布的缺陷。

3)本装置特设位移传感器及孔压传感器，可实时检测试验过程中土样的孔压和体积变化；本装置还特设沉淀罐，以处理废气，防止二次污染。

4)本装置数据采集自动化程度高，可以实现精确及时地数据采集和传输。

附图说明

图1为一种盐渍土的碳化分层淋滤装置的结构示意图；

图中：1、把手，2、碳化箱，3、分水管，4、位移传感器，5、电磁阀，6、箱盖，7、总水管，8、水压调节器，9、输气管，10、调压阀，11、气压表，12、输气阀，13、二氧化碳气罐，14、水泵，15、水箱，16、出水管，17、量杯，18、探针，19、透水板，20、孔压传感器，21、离子浓度计，22、双层桌，23、隔板，24、数据线，25、数据采集器，26、计算机，27、沉淀罐，28、出气阀，29、出气管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术手段及优势更清晰明了，以下结合示意图对本实用新型作进一步的详细说明。

一种盐渍土的碳化分层淋滤装置，其特征在于，该装置包括碳化系统、淋滤系统和测试系统，

所述碳化系统包括二氧化碳气罐13、碳化箱2和沉淀罐27，所述碳化箱2固设在双层桌 22上，所述碳化箱2的上部安设有带把手1的箱盖6，碳化箱2的左侧通过输气管9与二氧化碳气罐13相连接，碳化箱2的右侧通过出气管29与沉淀罐27相连接；所述二氧化碳气罐13上设有输气阀12，输气管9从左至右依次设有调压阀10和气压表11，出气管29从上到下依次设有气压表11和出气阀28，

所述淋滤系统包括水箱15、水泵14、总水管7、分水管3、量杯17和出水管16，所述水箱15通过总水管7与分水管3连接，所述总水管7从左到右依次设有水泵14和水压调节器8，所述分水管3上设有电磁阀5，分水管3的下端贯穿箱盖6并伸入至碳化箱2内，所述量杯17通过出水管16连接至碳化箱2底部，

所述测试系统包括位移传感器4、孔压传感器20、数据采集器25、计算机26和离子浓度计21，所述位移传感器4安设于碳化箱2内的透水板19表面，所述孔压传感器20埋设于碳化箱2内的试样中；量杯17内设置有探针18，且探针18通过数据线与离子浓度计21相连接；所述位移传感器4和孔压传感器20通过数据线24与数据采集器25相连，所述数据采集器25与计算机26相连；所述量杯17置于双层桌22的隔板23上。

优选地，所述碳化箱2通过转轴与箱盖6相连接，碳化箱2的深度为30～60cm，所述电磁阀5通过外部遥控器控制。

优选地，所述位移传感器4置于两个相邻分水管3之间，所述孔压传感器20数量和分水管3数量依据碳化箱2内试样宽度确定，分水管3的间距为5～7cm，试样中至少有两根分水管3，孔压传感器20的间距为3～5cm；所述出水管16与分水管3上下对应设置。

一种盐渍土的碳化分层淋滤装置，其操作方法通过下列步骤实现：

首先，土样装填与传感器埋设：将待处理盐渍土土样与活性MgO充分拌合，接着打开箱盖6，将拌合后的土样分层装填在碳化箱2内，均匀平铺并逐层压实；在碳化箱2内土样一半深度的位置放入孔压传感器20，土样表面放透水板19，位移传感器4置于透水板19上，位置在相邻两根分水管3中间，孔压传感器20个数为分水管3的个数少一，分水管3不少于两个；位移传感器4与孔压传感器20的数据线24通过箱盖6的小孔接出，与数据采集器25 连接后再接入计算机26，传感器埋设完成后合上箱盖2；

接着，混合土碳化与碳化土淋滤：打开二氧化碳气罐13上的输气阀12，使用调压阀10 将输气压力调整为100kPa，同时打开输气阀12，维持通气压力进行1小时碳化处理；关闭输气阀12，打开水泵14和水压调节器8，同时由外设遥控器同时打开所有分水管3，在相同水压下，淋滤30分钟，将实时检测到的离子浓度变化曲线导出，并采集第一次淋滤液，进行数据测试；

然后，离子浓度与孔压和位移的测试：第一次淋滤结束后，维持分水管3开启状态并再次打开输气阀12，使用调压阀10将输气压力调整到与第一次通气压力相同，此后每隔20分钟将收集的淋滤液进行离子及其浓度的测试；由位移传感器4与埋设在土样一定深度内的孔压传感器20检测碳化与淋滤过程中的孔压和体积变化，量杯17杯壁上的刻度线可以显示滤液的体积对比，得出土壤中盐分的析出量等；

最后，测试结束：待反复通气五次后，将相关数据采集完，先关闭水泵14和分水管3开关，接着关闭输气阀12，试验结束，清洗装置。

Claims

1.一种盐渍土的碳化分层淋滤装置，其特征在于，该装置包括碳化系统、淋滤系统和测试系统，

所述碳化系统包括二氧化碳气罐、碳化箱和沉淀罐，所述碳化箱固设在双层桌上，所述碳化箱的上部安设有带把手的箱盖，碳化箱的左侧通过输气管与二氧化碳气罐相连接，碳化箱的右侧通过出气管与沉淀罐相连接；所述二氧化碳气罐上设有输气阀，输气管从左至右依次设有调压阀和气压表，出气管从上到下依次设有气压表和出气阀，

2.根据权利要求1所述的一种盐渍土的碳化分层淋滤装置，其特征在于，所述碳化箱通过转轴与箱盖相连接，碳化箱的深度为30～60cm，所述电磁阀通过外部遥控器控制。

3.根据权利要求1所述的一种盐渍土的碳化分层淋滤装置，其特征在于，所述位移传感器置于两个相邻分水管之间，所述孔压传感器数量和分水管数量依据碳化箱内试样宽度确定，分水管的间距为5～7cm，试样中至少有两根分水管，孔压传感器的间距为3～5cm；所述出水管与分水管上下对应设置。