[发明专利]一种围压可调的土样碳化仪

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程试验技术领域，具体涉及一种围压可调的土样碳化仪。

背景技术

目前软土加固领域主要采用波特兰水泥（硅酸盐水泥）作为固化剂，该类固化剂存在下列问题：1、资源和能源消耗严重，水泥原料煅烧温度高达1450℃，需消耗大量的热力资源，中国水泥工业平均每生产1吨水泥熟料需要消耗0.13吨黏土、0.95吨石灰石和0.11吨标准煤； 2、二氧化碳排放和大气污染严重，生产1吨水泥向大气排放0.85吨二氧化碳，水泥工业排放的二氧化碳占人为排放二氧化碳的10%左右，同时还会产生大量的粉尘、烟尘以及二氧化硫、氮氧化物、氟气等有毒气体排入到大气中，会对环境造成严重污染；3、经水凝固化后的软土达到所需强度时间较长，水泥固化土一般需养护28天左右才能有比较高的强度，难以满足对时间有特殊要求的工程。

近年来，相当多的碳化固化技术被提出，并应用于土体加固领域。该技术的基本原理是以活性氧化镁作为土体固化剂，将土体与活性氧化镁充分搅拌混合后，然后施加一定压力的二氧化碳气体对搅拌土进行碳化，通过其中的快速反应，达到快速降低土体含水率、减小土体孔隙率和提高土体强度的目的。

现有的碳化仪器，大多直接在封闭室里给试样通入二氧化碳。有学者使用密封袋包裹试样，再向密封袋中通入二氧化碳气体，使试样自我碳化，此装置有两个严重缺陷：一是在此装置下试样的碳化是由表及里，并且碳化速率会越来越慢不均匀；二是完成完全碳化需要的时间太长，一般24小时之后内部也没有完成碳化。还有部分学者从试样底部通高压二氧化碳，可以实现土体的快速碳化，一般4~6小时可以完成，但实验结果表明，在土体强度低的时候此操作会导致试样发生开裂现象，这是由于向土样通入二氧化碳时，气体并不完全从下到上或者从上到下，会有一部分气体从侧面溢出，这部分气体会给试样一个膨胀力，破坏土体结构，使试样产生裂缝，进而导致实验数据不可靠。

发明内容

本发明提供一种围压可调的土样碳化仪，旨在解决以上技术问题，达到以下目的：1、提供一种围压稳定的碳化仪，可实现利用高压二氧化碳进行碳化增加碳化速率并降低试样在碳化过程产生裂缝和变形的几率；2、碳化仪气压、围压可调，更精确控制碳化条件，有利于提高实验的可重复性，提高试样实验数据的准确性。

本发明提供如下技术方案。

一种围压可调的土样碳化仪，包括围压加载系统、二氧化碳流通系统和碳化实验平台。

围压加载系统包括压力机、水箱和加压阀，它们依次通过加压管连接到碳化实验平台围压加载系统。压力机对水增压，水充满压力室后对试样四周产生压力即围压，压力阀为水压表显示水压数值，方便控制围压大小。

二氧化碳流通系统包括二氧化碳钢瓶、压力表和调压阀，它们依次通过导管连接到碳化实验平台。调节阀可以显示气压数值，方便控制气压大小。

碳化实验平台包括压力室和基底座，所述压力室包括顶盖和压力壁，压力室扣于基底座上，顶盖上设置有进排水螺钉，所述基底座为带凸台的圆形底座，内部设置有连接通道和排气通道，凸台上由下至上依次放置下透水石、试样、上透水石和排气装置，试样由薄膜密封包裹，排气装置连接有出气管，出气管连接排气通道。透水石可使气体均匀地穿透入试样中。

围压加载系统和二氧化碳流通系统通过连通通道连接到碳化实验平台。

进一步地改进。连通通道为两个，中间一个，两侧一个；中间连通通道内部连接到下透水石，外部连接二氧化碳流通系统导管；另一个连通通道内部连接到压力室，外部连接到围压加载系统的加压管；所述排气通道设置在两侧，内部连接出气管，外部连接导管。

进一步地改进。与排气通道外部连接的导管与水箱相连。一方面避免将二氧化碳直接排入空气中，另一方面可以观察出泡速率与大小

进一步地改进。基底座与压力室通过环首螺栓和盖型螺母固定；所述基底座通道外部依次连接接头、正反牙套、两通阀门和保护套。正反牙套和保护套用于保证连接处的密封性，防止水、气泄漏，两通阀门为控制开关。

本发明装置利用水对试样的作用力为试样提供大小可控的围压，使试样在碳化过程中无侧向变形，同时二氧化碳可以在较高的气压下自下而上均匀穿透试样，可以大幅度缩短完全碳化所需要的时间。实验结果表明，使用本装置进行碳化试验，30分钟可以完成快速碳化，1~2h可以实现完全碳化。

本发明的有益效果：