[實用新型]一種圍壓可調的土樣碳化實驗儀器

有效

• 申請號: 201720150831.6
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN206489154U
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 王東星;肖杰;賀揚
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/28
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本實用新型涉及巖土工程試驗技術領域，具體是一種圍壓可調的土樣碳化實驗儀器。

背景技術

目前軟土加固領域主要采用波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）作為固化劑，該類固化劑存在下列問題：①資源和能源消耗嚴重，水泥原料煅燒溫度高達1450℃，需消耗大量的熱力資源，中國水泥工業平均每生產1t水泥熟料需要消耗0.13t黏土、0.95t石灰石和0.11噸標準煤；②二氧化碳排放和大氣污染嚴重，生產1t水泥需要向大氣排放0.85t二氧化碳，水泥工業排放的二氧化碳占人為排放二氧化碳的10%左右，此外，水泥生產過程中，還會產生大量的粉塵和煙塵以及二氧化硫、氮氧化物、氟氣等有毒氣體排入大氣中，同樣對環境造成了嚴重的污染；③強度增長緩慢，水泥固化土一般需養護28d 左右才能有比較高的強度，對于時間有特殊要求的工程來說難以滿足需要。

近年來，相當多的碳化固化技術被提出，并應用于土體加固領域。該技術的基本原理是以活性氧化鎂作為土體固化劑，將土體與活性氧化鎂充分攪拌混合后，然后施加一定壓力的二氧化碳氣體對攪拌土進行碳化，通過其中的快速反應，達到快速降低土體含水率、減小土體孔隙率和提高土體強度的目的，同時吸收大量二氧化碳氣體將其固化在土體中，以消耗氧化鎂煅燒生產過程釋放的二氧化碳。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供圍壓可調的土樣碳化實驗儀器，具有圍壓穩定、氣壓可調、進出氣方向可選的優點。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種圍壓可調的土樣碳化實驗儀器，包括圍壓加載系統、供二氧化碳系統和碳化實驗平臺系統，所述碳化實驗平臺系統包括由頂蓋、基底座和壓力壁組成的壓力室，所述基底座為中間設有凸臺結構，凸臺上放置待碳化的土體試樣，所述土體試樣頂部和底部分別放置一塊透水石，所述土體試樣連同其上下的透水石通過塑膠薄膜包裹，所述土體試樣頂部的透水石上設有與供二氧化碳系統相連的進氣管，土體試樣底部的透水石上設有與壓力室外部相連且帶閥門的出氣管，所述壓力室頂部高點設有用于排氣的放氣螺栓，所述壓力室底部的基底座上設有與圍壓加載系統相連的進水管，所述圍壓加載系統提供實驗需求壓力的水。

作為改進方案，所述土體試樣的上下透水石處設有用于將塑膠薄膜扎緊的彈力繩。

作為改進方案，所述所述圍壓加載系統包括電機、加壓管和水箱構成回路，所述電機用于給水箱加壓，加壓管上裝有加壓閥，所述加壓管末端與碳化實驗平臺系統的進水管相連。

作為改進方案，所述供二氧化碳系統包括依次通過二氧化碳管道相連的二氧化碳鋼瓶、壓力表和調壓閥，所述調壓閥出口通過二氧化碳管道與碳化實驗平臺系統的進氣管相連。

作為改進方案，所述土體試樣底部的透水石上還設有帶閥門的備用出氣管。

作為改進方案，所述土體試樣頂部的透水石上設有用于將土體試樣固定的豎向桿。

作為改進方案，所述土體試樣底部透水石上的出氣管可作為供氣管路與供二氧化碳系統相連，所述土體試樣頂部透水石上的二氧化碳供氣管可作為出氣管道連接到壓力室外。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型嚴格按照土樣碳化相關的實驗規范，現有的碳化儀器，多直接在封閉室給試樣通入二氧化碳，實驗結果可以顯示在土樣強度較低時，均會發生開裂現象，這是由于沒有施加圍壓時，向土樣通入二氧化碳時，氣體并不完全從下到上或者從上到下，會有一部分氣體從側面溢出，這部分氣體會給試樣一個膨脹力，破壞土體結構，使試樣產生裂縫。

本實驗裝置可通過壓力加載系統的調控，電機控制使水從水箱流向壓力室，從而使水壓轉化為土樣周圍所承受穩定圍壓，通過供二氧化碳系統，使實驗者可以在不同二氧化碳氣壓和不同圍壓下開展土樣的碳化機理研究，實驗結果更為可靠。

本實用新型為土壤碳化的一系列試驗研究提供了一個精確平臺，使試驗具有可重復性；針對土壤碳化后的物理化學性質研究，可以通過基于本實用新型基礎上的相關試驗，來補充試驗結果，使試驗具有補充性。

本實用新型具有圍壓穩定、氣壓可調、進出氣方向可選的優點。

本實用新型通過圍壓加載系統可以實現對土樣圍壓的精準控制，更符合實驗要求，改善了以往實驗不進行圍壓控制而產生的開裂現象，另外還可以通過供二氧化碳系統中的壓力閥和微調閥來二氧化碳氣體的壓強，進氣管和出氣管的可調換性更便于具體實驗中的調整。

附圖說明

圖1是土樣碳化實驗儀器的結構示意圖；

圖2是土樣碳化實驗儀器的碳化實驗平臺系統示意圖；