[發明專利]一種二氧化碳濃度可調的碳化試驗方法

有效

• 申請號: 202011114416.8
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112213255B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 蔡光華;鐘煜清;邵光輝;呂偉華;茅加峰;辛文青;薄冠中;張超哲
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G05D11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種二氧化碳濃度可調的碳化試驗方法，該試驗方法包括待碳化試樣安裝、二氧化碳濃度調節、試樣圍壓施加、進氣壓力施加、試樣碳化和尾氣處理等步驟。該方法在承壓桶中先后通入二氧化碳和另一種非反應氣體，通過調節兩種氣體進氣壓力之比，實現二氧化碳濃度的自動調節；通過隔離氣囊的臌脹作用將二氧化碳氣體擠迫至進氣管中，解決了傳統混凝土碳化箱僅能改變二氧化碳濃度而不能同時改變壓力的問題；圍壓施加是采用氣壓而不是水壓，避免了水體導熱和滲透對試樣碳化的影響。該試驗方法有利于解決二氧化碳濃度和通氣壓力對土體碳化固化效果的耦合影響，對促進低濃度二氧化碳氣體在氧化鎂固化材料中的有效應用具有重要意義。

技術領域

本發明屬于土木工程儀器試驗方法類，具體涉及一種二氧化碳濃度可調的碳化試驗方法。

背景技術

隨著經濟和城市化發展，城市建筑和交通水利等基礎建設經常遇到不同厚度的軟弱土層或液化粉砂土層，而這些土具有強度低、壓縮性高、孔隙比大和含水率高等不良特性，給工程建設帶來了巨大挑戰。往往需要通過人工改良處理來提高這些軟弱土或砂土的力學強度和穩定性，以適應工程建設需要。傳統的軟弱土或粉砂土處理方法分為物理處理、化學固化處理和微生物固化處理。其中物理處理方法如換填法、預壓夯實法、淤泥熱處理法等，但傳統換填法因工程量大、取料堆料難和成本高等缺陷很少被推薦大面積使用；而強夯法、振沖法因施工噪聲大、耗能高等也在很多工程中被限制使用；熱處理法是通過加熱或燒結法將淤泥轉化為建筑材料，該方法處理能力小、成本高，難于大規模利用；沉淀晾干或拋泥處置將占用大量堆放場地，淤泥占用的土地很難在短時間內重復利用，增大了工程造價，且在抽排或異位填埋過程中易造成空氣、水和土壤等的二次污染。微生物固化是一種新型的土體固化技術，通過一定手段將微生物菌液和營養液添加劑噴灑在土體中，實現了膠結物的生長和對土顆粒的膠結，但該技術成本高、周期長，對微生物的活性和生存條件要求高，不利于大面積推廣，并且該技術多適用于孔隙率較大的砂土或粉土。為此，化學固化法由于固化劑簡單、施工簡單、固化強度高而被作為一種應用最廣的技術，如水泥/石灰土樁、注漿法、高壓旋噴樁等，傳統化學固化法中所用的固化材料主要為水泥和石灰。但傳統化學固化方法的處理養護周期長，所用材料水泥在生產過程中能源資源消耗大、環境污染嚴重，給經濟和環境的可持續發展帶來了諸多負面影響。

近年來，巖土學者開始探索水泥替代材料和相應固化方法，發明人采用活性氧化鎂和二氧化碳作固化劑代替傳統水泥進行軟弱土固化處理，進行了大量研究，并公開了系列發明專利：如“一種土壤的碳化固化方法(201210097042.2)”、“一種土壤的碳化固化方法及其裝置(201010604013.1)”、“一種利用工業廢氣熱加固軟土地基的處理系統及方法(201310122135.0)”、“一種用于地基加固的處理系統及碳化成樁方法(2014102039788)”、“一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法(2014102729571)”、“一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理方法(201510348797.9)”和“一種碳化攪拌樁-透氣管樁復合地基及其施工方法(201710225231.6)”等，這些發明專利均是基于氧化鎂-二氧化碳碳化機理而公開的軟土處理技術。并且已有的研究或發明專利均采用商業高純度二氧化碳氣體，雖然能很好地實現土體的碳化固化，但商業高純度二氧化碳氣體的成本高，很難將碳化技術進行推廣應用。

為促進低濃度二氧化碳氣體在土體碳化固化中的應用，有必要研究二氧化碳濃度對碳化堿性材料固化土樣碳化性能的影響，研究二氧化碳氣體濃度、通氣壓力和通氣時間之間的相互關系，明確二氧化碳濃度對土體碳化固化效果的影響規律。盡管有些混凝土碳化箱能夠調控二氧化碳濃度，但二氧化碳濃度的調節原理是：在相同氣壓下，通過設置二氧化碳和空氣的流量比，實現了密封箱中的二氧化碳濃度調節；并且該碳化箱的氣體壓力低，且壓力不可調節，極大限制了同時對二氧化碳濃度、通氣壓力和碳化時間的碳化效果的研究。立足于碳化加固方法的優勢，結合目前二氧化碳濃度對碳化固化效果影響未知的現狀，亟待研發一種二氧化碳濃度可調的碳化試驗方法，對實現不同二氧化碳濃度在土體碳化固化中的有效應用具有重要意義，有利于碳化技術在土體固化中的推廣應用。

發明內容