[发明专利]一种氧化镁固化土碳化过程膨胀性及碳化土抗剪强度测试装置

说明书

本发明公开了一种氧化镁固化土碳化过程膨胀性及碳化土抗剪强度测试装置，该装置将通气碳化装置、膨胀性测试装置、温度测试装置、电阻率测试装置、抗剪强度测试装置和控制器进行有序组合。温度传感器嵌入至电极板中心，实现温度和电阻率同步测试；将应变计布设在平衡板内和剪切盒的双层壳体内，通过液压杆和卷轴实现应变计自由工作；通过弹簧螺栓和柔性连接片实现剪切盒内壳的内径变化以及试样膨胀性和剪切强度精确测试。将剪切盒置于密封箱中，通过控制器实现各装置有序操作和数据采集，避免了碳化试样取样装样过程中的试样破损和应力释放，减小了外界环境对物理力学参数的影响，测试数据对碳化固化技术应用和碳化土地基设计具有重要意义。

技术领域

本发明属于土木工程仪器装置类，具体涉及一种氧化镁固化土碳化过程膨胀性及碳化土抗剪强度测试装置。

背景技术

随着我国经济和城市化发展，城市建筑和交通水利等基础建设经常遇到不同厚度的软弱土层，而软弱土具有高含水量、大孔隙比、低强度、高压缩性等特点，给工程建设和地基处理带来了巨大挑战。在常用地基处理方法中，强夯法、振冲法施工因噪声大，传统换填法因工程量大、成本高，易出现承载力分布不均，而很少被推荐采用。水泥/石灰土桩、注浆法、高压旋喷桩等桩基础加固法是目前使用最多的技术，该方法处理养护周期长，所用固化材料主要为水泥和石灰，且水泥生产过程中能源资源消耗大、环境污染严重，给经济和环境可持续发展带来了诸多负面影响，为此岩土工程学者开始寻求新的替代材料和方法。近年来课题组采用活性氧化镁和二氧化碳作固化剂代替传统水泥进行软弱土固化处理，并公开了系列发明专利：如“一种土壤的碳化固化方法(201210097042.2)”、“一种土壤的碳化固化方法及其装置(201010604013.1)”、“一种利用工业废气热加固软土地基的处理系统及方法(201310122135.0)”、“一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法(2014102039788)”、“一种软土地基的换填垫层碳化加固方法(2014102729571)”、“一种浅层软弱地基原位碳化固化处理方法(201510348797.9)”和“一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法(201710225231.6)”等等。这些发明专利均为基于氧化镁-二氧化碳固化机理而公开的软土处理施工技术。但是，软弱土经碳化处理后，土体物理特性和力学特性将产生巨大变化，对岩土工程施工产生重要影响，目前力学特性分析主要基于室内的无侧限抗压强度测试，物理特性是基于压碎土样的室内物理试验。针对软土碳化固化处理的特殊性，在碳化处理地基的工程设计过程中，对碳化固化土的膨胀性和抗剪性进行测试，合理确定物理特性、地基土承载力及强度参数(粘聚力和内摩擦角)则显得尤其重要。

众所周知，氧化镁混合土的碳化反应是一个放热、膨胀的化学加固过程，强度增长快、温度上升高、试样膨胀显著，因为现有的室内直剪试验均是基于环刀试样进行，碳化后的土样很难进行环刀取样；如果先将氧化镁混合土样压于环刀中再进行碳化，则很难反映试样的真实碳化过程。对氧化镁固化样的膨胀性评价，主要是对室内圆柱试样碳化前、后的尺寸进行测试并取平均值，还未有较准确的测试方法来评价碳化固化过程中的试样膨胀性。目前存在的膨胀性测试装置及测试方法多集中在岩土工程领域，多采用平衡加压法、反压法和减压法进行，容易导致试样破坏；且膨胀性的测试装置少、成本高。虽然文件公开了“一种膨胀注浆料固化过程膨胀性测试装置及测试方法(201710399344.8)”，但该专利是采用弹性约束零件控制材料的固化膨胀变形，测得了相应膨胀力以及不同约束条件下膨胀力随时间的变化特性，进而来揭示注浆材料的膨胀性，该方法复杂，需要准确测出约束材料膨胀力、刚度模量等，测试计算也相对复杂，很难适应碳化固化土无约束的膨胀测试。