CN220231171U - 一种批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，包括碳化压力室、围压控制系统以及CO2流通系统，所述碳化压力室包括底座、底罩以及顶罩，所述底罩设于所述底座上，且所述底座以及所述底罩上均设置有多个用于放置试样的试样基座，所述顶罩设于所述底罩上用于密封所述底座以及所述底罩，所述围压控制系统用于控制所述碳化压力室内的围压，所述CO2流通系统用于提供试样碳化所需的CO2。本实用新型不仅可同时大量碳化圆柱体试样，装样方便，可为短时间内研究碳化固化技术提供良好试验前期条件和基础，而且利用水压给试样提供围压，可在保证不会发生开裂的前提下稳定试验条件，实现充分碳化。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土工程仪器技术领域，具体涉及一种批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置。
背景技术
当下工程中应用最为普遍的固化材料当属硅酸盐水泥，而该固化材料存在如能源消耗高、CO2排放量大、早期强度低、养护周期长等诸多缺点。据统计，每吨水泥的生产需要约60～130kg/t的燃料和110kWh/t的电力，需要排放700-935kg的二氧化碳。而水泥生产时产生的二氧化碳已经占据二氧化碳排放总量的较大比例。据统计，2000年全球二氧化碳排放量的3.4％，2006年全球二氧化碳排放量的5％，工业二氧化碳排放量的18％均来自水泥工业。而另一方面，水泥固化土的凝结硬化时间较长，一般需28天以后才会有较高的符合工程要求的强度，因此难以满足所有工程的要求。
近年出现了利用可碳化物质(如活性氧化镁、粒化高炉矿渣等)碳酸化反应生成碳酸盐强的胶结支撑性能从而固化土体并实现二氧化碳矿物封存的碳化固化技术，该技术的基本原理是利用固化剂中的钙镁元素通过与水和二氧化碳化学反应降低软黏土含水率、减少孔隙率和生成碳酸盐物质等方式固化土体，并将二氧化碳封存于加固土体的矿物种，而结果也显示碳化固化技术固化效果良好，在短时间内就能达到水泥固化土养护很长时间的强度水平。
目前的碳化仪器，大多只能同时碳化3个及以下的圆柱状试样，不能实现大量碳化试样，且无法控制各试样碳化试验时的反应环境相同，难以满足碳化及后续试验需求；而同时批量制备碳化试样的装置(碳化试验箱)又有不可弥补的缺陷，一是碳化速率不均衡，碳化由表面到中心，碳化速率递减；二是试样内部难以碳化或要保证被碳化所需时间太长。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置。
具体技术方案如下：
一种批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，包括碳化压力室、围压控制系统以及CO2流通系统，所述碳化压力室包括底座、底罩以及顶罩，所述底罩设于所述底座上，且所述底座以及所述底罩上均设置有多个用于放置试样的试样基座，所述顶罩设于所述底罩上用于密封所述底座以及所述底罩，所述围压控制系统用于控制所述碳化压力室内的围压，所述CO2流通系统用于提供试样碳化所需的CO2。
可选的，所述底座、底罩以及顶罩由配套的螺柱串联相接，所述底罩以及顶罩上等距离均匀环设有供螺柱穿入的套筒，所述底座开设有与螺柱配套的螺孔供其旋入紧固，所述顶罩上设有螺母，所述螺母螺纹连接于所述螺柱上。
可选的，所述螺柱与所述顶罩连接处设置有橡胶垫圈。
可选的，所述围压控制系统包括压力机、水箱、加压阀以及第一控制阀，所述压力机与所述水箱相连通，所述水箱的另一端与所述底座的底部相连通，所述加压阀以及第一控制阀设于所述水箱与所述底座相连通的管道上。
可选的，所述CO2流通系统包括CO2钢瓶、减压阀、第二控制阀、九通接头、流量计以及排气阀，所述CO2钢瓶内存储有CO2，所述减压阀、第二控制阀设于CO2钢瓶的出气管上，所述九通接头的一端与所述CO2钢瓶出气管连通，所述九通接头的另一端分别接入所述试样基座、底罩的进气孔上，所述流量计设于所述九通接头的每个分支上，所述排气阀设于试样基座上端。
可选的，所述排气阀出口的导管通过干燥管以及流量计连接至碱液罐。
可选的，所述底座的底部设置有底座腿。
可选的，所述顶罩上设置有通气螺钉。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
(1)本申请利用水压给试样提供围压，可在保证不会发生开裂的前提下稳定试验条件，实现充分碳化；
(2)本申请可实时显示和手动调节二氧化碳气压、流量和水的围压，可让试样在短时间内充分碳化，试验条件良好，并精准确定试样对二氧化碳的吸收效率；
(3)本申请可同时大量碳化圆柱体试样，装样方便，可为短时间内研究碳化固化技术提供良好试验前期条件和基础；
(4)本申请可保证碳化室内围压一致，各组碳化试样通入气压相同，碳化试样差异小，使后续试验结果离散性低，普遍性强。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置的整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置中碳化压力室的整体结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置中底座的整体结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置中底罩的整体结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置中顶罩的整体结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置中试样装入试样基座中的结构示意图。
图中：1、碳化压力室；10、进气孔；11、底座；111、底座腿；12、底罩；120、透水口；13、顶罩；131、通气螺钉；132、玻璃罩；14、螺柱；140、螺孔；15、套筒；2、围压控制系统；20、进水口；21、压力机；22、水箱；23、加压阀以及第一控制阀；24、围压水；3、CO2流通系统；31、CO2钢瓶；32、减压阀以及第二控制阀；33、九通接头；34、流量计；4、试样基座；40、出气孔；41、橡皮膜；42、试样帽；43、透水石；5、试样。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
本实用新型中提供的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，参照图1-6，包括：碳化压力室1、围压控制系统2以及CO2流通系统3，碳化压力室1包括底座11、底罩12以及顶罩13，底罩12设于底座11上，且底座11以及底罩12上均设置有多个用于放置试样5的试样基座4，顶罩13设于底罩12上用于密封底座11以及底罩12，围压控制系统2用于控制碳化压力室1内的围压，CO2流通系统3用于提供试样5碳化所需的CO2。
在本实施例中，底座11的底部设置有底座11腿，底座11以及底罩12的侧壁均开设有进气孔10，并且试样基座4均与进气孔10相连通，底罩12与顶罩13的外侧壁均围设有玻璃罩132以保证密封，底座11、底罩12以及顶罩13由配套的螺柱14串联相接，底罩12以及顶罩13上等距离均匀环设有供螺柱14穿入的套筒15，底座11设置有与螺柱14配套的螺孔140供其旋入紧固，顶罩13上设置有螺母，螺母螺纹连接于螺柱14上，确保密封良好。
螺柱14与顶罩13连接处设置有橡胶垫圈，以确保密封性优良。
并且底罩12的顶板上设置有透水口120，以确保底座11以及底罩12上试样5的围压相同。
围压控制系统2包括压力机21、水箱22、加压阀以及第一控制阀23，压力机21与水箱22相连通，水箱22的另一端与底座11的底部相连通，围压由压力机21挤压水而提供，而碳化压力室1通过底座11下方的进水口20灌满水或排出水，加压阀以及第一控制阀23设于水箱22与底座11相连通的管道上，首先水从底座11进、出水口进入碳化压力室1，之后通过压力机21加压通过水或富二氧化碳水溶液(以下统称为水)给予试样5围压。
顶罩13上设置有通气螺钉131，可以通过拧螺钉与大气连通，使围压水24流出或卸载围压。
CO2流通系统3包括CO2钢瓶31、减压阀、第二控制阀、九通接头33、流量计34以及排气阀，CO2钢瓶31内存储有CO2，一个CO2钢瓶31对应碳化压力室1的一层，即供应8个试样5碳化所需的CO2，减压阀以及第二控制阀32设于CO2钢瓶31的出气管上，九通接头33的一端与CO2钢瓶31出气管连通，九通接头33的另一端分别接入试样基座4、底罩12上的进气孔10上，流量计34设于九通接头33的每个分支上，CO2经九通接头33分流，进入8条管道后由试样5底部起开始碳化，排气阀设于试样基座4上端，对于每层试样5，气体经试样基座4上的试样5帽42由九通接头33汇集后，再由三通接头汇集，最终从排气阀排出。
排气阀出口的导管通过干燥管以及流量计34连接至碱液罐，一方面通过干燥剂与流量计34监测出气口的二氧化碳流量，进而根据流量差计算试样5在碳化过程中的二氧化碳吸收量；另一方面，连接至碱液罐避免二氧化碳溢出。
本申请提供的一种可大量碳化圆柱体土样的碳化试验装置，可通过以下步骤实现试验操作：
(1)制作试样：将固化剂、土和水充分混合均匀，按照试验规范使用静压法制作试样5，试样5规格为39.1×80mm；
(2)装入试样：试样5两端贴有圆形滤纸与透水石43后，放入成膜筒内用橡皮膜41包裹，将橡皮膜41底部套于试样基座4上，试样基座4由下至上依次放置透水石43、试样5、透水石43，顶部套于试样帽42上，并用橡皮条固定，将底座11上的8个试样5装好后，将底罩12安置于底座11上方，安装第二层试样5；
(3)封闭碳化压力室：第二层试样5安装好后，用螺柱14将顶罩13、底罩12与底座11紧密连接，旋开顶部通气螺钉131，打开第一控制阀，从水箱22向碳化室底座11内注入围压水24；
(4)调节围压：开启压力机21，打开加压阀对碳化试验室进行加压，待水压调节到预设数值时锁定加压阀，保持围压数值稳定；
(5)通入高压二氧化碳气体：开启减压阀以及第二控制阀32，调节减压阀使得二氧化碳压力达到预设值，此时高压二氧化碳流通路径为：经过九通接头33分别进入试样基座4流通口、通过透水石43均匀碳化试样5，最后经双九通接头33与三通接头汇聚连接底座11通气孔，经过干燥管与流量计34汇入碱液中；
(6)试验结束：先将控制高压二氧化碳气体的第二控制阀关闭，之后再关闭压力机21使得围压数值下降到0kPa，最后将顶部通气螺钉131取下，将碳化室底座11的水抽出，拆下顶罩13，取出已碳化试样5。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，包括碳化压力室、围压控制系统以及CO2流通系统，所述碳化压力室包括底座、底罩以及顶罩，所述底罩设于所述底座上，且所述底座以及所述底罩上均设置有多个用于放置试样的试样基座，所述顶罩设于所述底罩上用于密封所述底座以及所述底罩，所述围压控制系统用于控制所述碳化压力室内的围压，所述CO2流通系统用于提供试样碳化所需的CO2。
2.根据权利要求1所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述底座、底罩以及顶罩由配套的螺柱串联相接，所述底罩以及顶罩上等距离均匀环设有供螺柱穿入的套筒，所述底座开设有与螺柱配套的螺孔供其旋入紧固，所述顶罩上设有螺母，所述螺母螺纹连接于所述螺柱上。
3.根据权利要求2所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述螺柱与所述顶罩连接处设置有橡胶垫圈。
4.根据权利要求1所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述围压控制系统包括压力机、水箱、加压阀以及第一控制阀，所述压力机与所述水箱相连通，所述水箱的另一端与所述底座的底部相连通，所述加压阀以及第一控制阀设于所述水箱与所述底座相连通的管道上。
5.根据权利要求1所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述CO2流通系统包括CO2钢瓶、减压阀、第二控制阀、九通接头、流量计以及排气阀，所述CO2钢瓶内存储有CO2，所述减压阀、第二控制阀设于CO2钢瓶的出气管上，所述九通接头的一端与所述CO2钢瓶出气管连通，所述九通接头的另一端分别接入所述试样基座、底罩的进气孔上，所述流量计设于所述九通接头的每个分支上，所述排气阀设于试样基座上端。
6.根据权利要求5所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述排气阀出口的导管通过干燥管以及流量计连接至碱液罐。
7.根据权利要求1所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述底座的底部设置有底座腿。
8.根据权利要求1所述的批量制备圆柱体碳化固化土样的试验装置，其特征在于，所述顶罩上设置有通气螺钉。
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