本實(shí)用新型涉及巖土工程試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種圍壓可調(diào)的土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器。

背景技術(shù)：

目前軟土加固領(lǐng)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(wèn)題：①資源和能源消耗嚴(yán)重，水泥原料煅燒溫度高達(dá)1450℃，需消耗大量的熱力資源，中國(guó)水泥工業(yè)平均每生產(chǎn)1t水泥熟料需要消耗0.13t黏土、0.95t石灰石和0.11噸標(biāo)準(zhǔn)煤；②二氧化碳排放和大氣污染嚴(yán)重，生產(chǎn)1t水泥需要向大氣排放0.85t二氧化碳，水泥工業(yè)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(chǎn)過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)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(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染；③強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，水泥固化土一般需養(yǎng)護(hù)28d 左右才能有比較高的強(qiáng)度，對(duì)于時(shí)間有特殊要求的工程來(lái)說(shuō)難以滿足需要。

近年來(lái)，相當(dāng)多的碳化固化技術(shù)被提出，并應(yīng)用于土體加固領(lǐng)域。該技術(shù)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?jǐn)嚢杌旌虾?，然后施加一定壓力的二氧化碳?xì)怏w對(duì)攪拌土進(jìn)行碳化，通過(guò)其中的快速反應(yīng)，達(dá)到快速降低土體含水率、減小土體孔隙率和提高土體強(qiáng)度的目的，同時(shí)吸收大量二氧化碳?xì)怏w將其固化在土體中，以消耗氧化鎂煅燒生產(chǎn)過(guò)程釋放的二氧化碳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供圍壓可調(diào)的土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器，具有圍壓穩(wěn)定、氣壓可調(diào)、進(jìn)出氣方向可選的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種圍壓可調(diào)的土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器，包括圍壓加載系統(tǒng)、供二氧化碳系統(tǒng)和碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)，所述碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)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(shè)有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)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(guò)塑膠薄膜包裹，所述土體試樣頂部的透水石上設(shè)有與供二氧化碳系統(tǒng)相連的進(jìn)氣管，土體試樣底部的透水石上設(shè)有與壓力室外部相連且?guī)чy門的出氣管，所述壓力室頂部高點(diǎn)設(shè)有用于排氣的放氣螺栓，所述壓力室底部的基底座上設(shè)有與圍壓加載系統(tǒng)相連的進(jìn)水管，所述圍壓加載系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)需求壓力的水。

作為改進(jìn)方案，所述土體試樣的上下透水石處設(shè)有用于將塑膠薄膜扎緊的彈力繩。

作為改進(jìn)方案，所述所述圍壓加載系統(tǒng)包括電機(jī)、加壓管和水箱構(gòu)成回路，所述電機(jī)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的進(jìn)水管相連。

作為改進(jìn)方案，所述供二氧化碳系統(tǒng)包括依次通過(guò)二氧化碳管道相連的二氧化碳鋼瓶、壓力表和調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥出口通過(guò)二氧化碳管道與碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的進(jìn)氣管相連。

作為改進(jìn)方案，所述土體試樣底部的透水石上還設(shè)有帶閥門的備用出氣管。

作為改進(jìn)方案，所述土體試樣頂部的透水石上設(shè)有用于將土體試樣固定的豎向桿。

作為改進(jìn)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(tǒng)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(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型嚴(yán)格按照土樣碳化相關(guān)的實(shí)驗(yàn)規(guī)范，現(xiàn)有的碳化儀器，多直接在封閉室給試樣通入二氧化碳，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以顯示在土樣強(qiáng)度較低時(shí)，均會(huì)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，這是由于沒(méi)有施加圍壓時(shí)，向土樣通入二氧化碳時(shí)，氣體并不完全從下到上或者從上到下，會(huì)有一部分氣體從側(cè)面溢出，這部分氣體會(huì)給試樣一個(gè)膨脹力，破壞土體結(jié)構(gòu)，使試樣產(chǎn)生裂縫。

本實(shí)驗(yàn)裝置可通過(guò)壓力加載系統(tǒng)的調(diào)控，電機(jī)控制使水從水箱流向壓力室，從而使水壓轉(zhuǎn)化為土樣周圍所承受穩(wěn)定圍壓，通過(guò)供二氧化碳系統(tǒng)，使實(shí)驗(yàn)者可以在不同二氧化碳?xì)鈮汉筒煌瑖鷫合麻_(kāi)展土樣的碳化機(jī)理研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為可靠。

本實(shí)用新型為土壤碳化的一系列試驗(yàn)研究提供了一個(gè)精確平臺(tái)，使試驗(yàn)具有可重復(fù)性；針對(duì)土壤碳化后的物理化學(xué)性質(zhì)研究，可以通過(guò)基于本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的相關(guān)試驗(yàn)，來(lái)補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果，使試驗(yàn)具有補(bǔ)充性。

本實(shí)用新型具有圍壓穩(wěn)定、氣壓可調(diào)、進(jìn)出氣方向可選的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型通過(guò)圍壓加載系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土樣圍壓的精準(zhǔn)控制，更符合實(shí)驗(yàn)要求，改善了以往實(shí)驗(yàn)不進(jìn)行圍壓控制而產(chǎn)生的開(kāi)裂現(xiàn)象，另外還可以通過(guò)供二氧化碳系統(tǒng)中的壓力閥和微調(diào)閥來(lái)二氧化碳?xì)怏w的壓強(qiáng)，進(jìn)氣管和出氣管的可調(diào)換性更便于具體實(shí)驗(yàn)中的調(diào)整。

附圖說(shuō)明

圖1是土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器的碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)示意圖；

圖中：A1-電機(jī)，A2-加壓管，A3-水箱，A4-加壓閥，B1-二氧化碳鋼瓶，B2-壓力表，B3-調(diào)壓閥，C1-放氣螺栓，C2-頂蓋，C3-壓力壁，C4-進(jìn)氣管，C5-土體試樣，C6-進(jìn)水管，C7-二氧化碳管道，C8-出氣管，C9-備用出氣管，C10-壓力室，C11、C12-透水石，C13-基底座，C14-豎向桿。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1和圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例中，一種圍壓可調(diào)的土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器，由圍壓加載系統(tǒng)、供二氧化碳系統(tǒng)及碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)組成：所述圍壓加載系統(tǒng)包括電機(jī)A1、加壓管A2和水箱A3構(gòu)成回路，加壓管A2上裝有加壓閥A4，所述電機(jī)A1用于給水箱A3加壓；所述供二氧化碳系統(tǒng)中，二氧化碳鋼瓶B1、壓力表B2和調(diào)壓閥B3依次通過(guò)二氧化碳管道C7相連相連接，二氧化碳管道C7的末端通過(guò)一根進(jìn)氣管C4連接到土體試樣C5上方的透水石C11，土體試樣C5底部的透水石C12上設(shè)有與壓力室C10外部相連且?guī)чy門的出氣管C8和備用出氣管C9；所述碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)包括頂蓋C2、基底座C13和壓力壁C3組成的壓力室C10，壓力室C10頂部的頂蓋C2上設(shè)有用于排氣的放氣螺栓C1，在壓力壁C3包圍的壓力室C10中，土體試樣C5放置于基底座C13的凸臺(tái)上，土體試樣C5上下方布置有兩塊透水石C11、C12，所述土體試樣C5連同其上下的透水石C11、C12周圍由塑膠薄膜包裹，壓力室C10底部的基底座C13上設(shè)有用于對(duì)壓力室C10進(jìn)水的進(jìn)水管C6，進(jìn)水管C6與圍壓加載系統(tǒng)的加壓管A2末端相連，所述圍壓加載系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)需求壓力的水，水由進(jìn)水管C6注入壓力室C10內(nèi)，二氧化碳?xì)怏w由進(jìn)氣管C4和出氣管C8或備用出氣管C9構(gòu)成通路。

所述土體試樣C5的上下透水石C11、C12處設(shè)有用于將塑膠薄膜扎緊的彈力繩，所述彈力繩的設(shè)置可有效防止水從透水石處以及透水石與土體試樣C5結(jié)合處進(jìn)入土體試樣C5。

所述土體試樣C5頂部的透水石C11上設(shè)有用于將土體試樣C5固定的豎向桿C14。

所述進(jìn)氣管C4、出氣管C8、備用出氣管C9以及進(jìn)水管C6的管道上均帶有閥門。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，調(diào)壓閥B3包括閥體、止逆記泡器、電磁閥和微調(diào)閥，電磁閥采用的是BdZ系列防爆電磁閥隔爆型，配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，控制的精度和靈活性都能夠保證；微調(diào)閥采用的是GW-J-T型系列高真空微調(diào)閥，用于向碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)充入二氧化碳?xì)怏w并可精確調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量。以上兩種傳感器在試驗(yàn)過(guò)程中均受空氣濕度、溫度等的影響較小，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，本實(shí)用新型實(shí)施例中試驗(yàn)環(huán)境控制在溫度（21±1℃）和相對(duì)濕度（96%±2%）下進(jìn)行。

土體試樣C5嚴(yán)格按照土工試驗(yàn)要求制作，采用靜壓法或錘擊法制作。

所述的圍壓可調(diào)的土樣碳化實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，包括以下步驟：

（1）調(diào)試安裝儀器：將基底座C13放置在水平桌面上，整平，在鄰近位置放好二氧化碳鋼瓶B1并將其與壓力表B2和調(diào)壓閥B3通過(guò)二氧化碳管道C7連接在一起，通過(guò)二氧化碳管道C7將供二氧化碳系統(tǒng)與碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的進(jìn)氣管C4連通，檢查進(jìn)氣管C4和出氣管C8和備用出氣管C9的通氣情況。

（2）制作土體試樣C5：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求制作相應(yīng)規(guī)格的土體試樣C5，利用不同土壤、不同含水率或不同固化劑比例的土，采用錘擊法或者靜壓法制作成土體試樣C5，脫樣后用橡膠薄膜包裹，在土體試樣C5頂端和底端處分別放置透水石C11、C12，并用彈力繩在透水石C11、C12處的橡膠薄膜外纏緊以免土體試樣C5進(jìn)水，最終將土體試樣C5放置在碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)基底座C13的凸臺(tái)上。

（3）圍壓調(diào)節(jié)：打開(kāi)電機(jī)A1，并調(diào)節(jié)電機(jī)A1上的圍壓表盤(pán)直至符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期圍壓，水流從水箱A3通過(guò)加壓管A2和進(jìn)水管C6流入碳化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的壓力室C10中。在注水過(guò)程中打開(kāi)壓力室C10頂部的放氣螺栓C1排氣，水注滿壓力室C10后擰緊放氣螺栓C1，等待水壓繼續(xù)增加達(dá)到設(shè)置的圍壓后即可進(jìn)行下一步操作。

（4）開(kāi)始試驗(yàn)：打開(kāi)調(diào)壓閥B3，二氧化碳?xì)怏w通過(guò)二氧化碳管道C7和進(jìn)氣管C4從土體試樣C5上部注入，通過(guò)出氣管C8或備用出氣管C9從土體試樣C5下部流出，使二氧化碳?xì)怏w均勻地通過(guò)土體試樣C5，碳化過(guò)程持續(xù)2-4h。

（5）重復(fù)試驗(yàn)：根據(jù)不同試驗(yàn)要求，控制不同圍壓來(lái)重復(fù)性進(jìn)行步驟（1）到布置（4），獲得重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

本實(shí)用新型嚴(yán)格按照土工試驗(yàn)方面的巖土工程規(guī)范，通過(guò)電機(jī)控制圍壓，調(diào)壓閥控制二氧化碳?xì)怏w碳化時(shí)的壓強(qiáng)，成功進(jìn)行土壤碳化方面的研究，避免了因不施加圍壓而引起的土體試樣開(kāi)裂現(xiàn)象，極大的增加了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

本實(shí)用新型為土壤碳化的一系列試驗(yàn)研究提供了一個(gè)精確平臺(tái)，使試驗(yàn)具有可重復(fù)性；針對(duì)土壤碳化后的物理化學(xué)性質(zhì)研究，可以通過(guò)基于本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的相關(guān)試驗(yàn)，來(lái)補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果，使試驗(yàn)具有補(bǔ)充性。

本實(shí)用新型具有圍壓穩(wěn)定、氣壓可調(diào)、進(jìn)出氣方向可選的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型通過(guò)圍壓加載系統(tǒng)使土樣處于穩(wěn)定圍壓狀態(tài)，更接近實(shí)際情況，改善了以往實(shí)驗(yàn)直接對(duì)土樣通二氧化碳?xì)怏w的情況，另外還可以通過(guò)調(diào)壓閥來(lái)輸出不同壓強(qiáng)的二氧化碳?xì)怏w。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。