一种原位监测碳化制品强度发展的测试方法与装置与流程

本发明涉及碳化制品强度发展测试技术领域，特别涉及一种原位监测碳化制品强度发展的测试方法与装置。

背景技术：

碳化制品是一种以碳化胶凝材料与骨料混合均匀后加水经过压制或搅拌成型的材料，其强度发展机制为碳化胶凝材料与二氧化碳其他的碳化反应生产以碳酸钙为连续胶结相，具有强度发展快、耐久性优良等特点。同时，通过利用钢渣等富含硅酸钙矿相的大宗工业废渣制备碳化制品对固废资源化利用和建材行业低碳可持续发展具有重要意义。

碳化制品的强度发展过程伴随碳化反应的显著放热效应和反应产物迅速生产带来的基体结构致密化。目前，水泥的水化反应放热主要通过市场上已有的量热设备测得。但是由于碳化反应的特殊性，即需要持续通入二氧化碳气体以持续碳化反应，因此这些设备都不能满足提供充分的二氧化碳气氛的反应条件。同时，混凝土的基体致密化过程虽然可以通过超声波速度来表征，但不能从反应初期连续不间断的进行测试。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种原位监测碳化制品强度发展的测试方法及装置，可解决目前无法合理进行碳化制品强度发展过程的原位监测的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一方面，本发明公开了一种原位监测碳化制品强度发展的测试装置，包括：

测试样品；

碳化环境箱，用于容纳预制好的测试样品并形成一密闭空间；

温度传感器，用于测试所述测试样品在碳化反应时的温度；

超声波传感器，用于测试所述测试样品在碳化反应时的超声波传输速度；

气体通入装置，用于向所述碳化环境箱中通过混合气体，以使所述碳化环境箱内的气压上升至预设气压，并使所述测试样品与混合气体发生碳化反应；

上位机，用于获取有效的温度数据和超声波传输速度数据并保存，并对采集的数据进行处理，以得到所述测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

另一方面，本发明还公开了一种原位监测碳化制品强度发展的测试方法，适用于上述的原位监测碳化制品强度发展的测试装置，包括：

步骤(1)、将预制好的测试样品置于碳化环境箱中；

步骤(2)、将温度传感器置于所述测试样品的表面中心位置；

步骤(3)、将超声波传感器的发射端探头和接收端探头分别置于所述测试样品的模具两侧并使所述发射端探头和接收端探头与所述测试样品保持紧密接触；

步骤(4)、密闭所述碳化环境箱，并向所述碳化环境箱中通过混合气体，以使所述碳化环境箱内的气压上升至预设气压；

步骤(5)、获取有效的温度数据和超声波传输速度数据并保存，并对采集的有效数据进行处理，以得到所述测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，所述测试样品通过预先压制成型或现场浇筑成型。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，所述测试样品为能与二氧化碳发生碳化反应的材料。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，所述测试样品的尺寸为100mm×100mm×160mm。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，所述温度传感器为t型热电偶，所述温度传感器的温度测试范围为-250℃至350℃，所述温度传感器的测试精度为±1.0℃。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，所述混合气体为二氧化碳气体或者二氧化碳气体和氮气以任意比例混合形成的气体中的其中一种。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，当所述测试样品通过预先压制成型时，

所述步骤(2)中，通过在所述测试样品的上表面钻孔并将所述温度传感器插入孔中并作密封处理后，以使所述温度传感器置于所述测试样品的表面中心位置；

所述步骤(3)中，通过在所述超声波传感器的发射端探头和接收端探头与所述测试样品的接触位置涂抹凡士林并给所述发射端探头和接收端探头施压，以使所述发射端探头和接收端探头与所述测试样品保持紧密接触。

优选的，所述的原位监测碳化制品强度发展的测试方法中，当所述测试样品通过现场浇筑成型时，

所述步骤(2)中，所述温度传感器可直接插入所述测试样品的指定位置和指定深度处；

所述步骤(3)中，将超声波传感器的发射端探头和接收端探头与所述模具的两侧平齐，以使所述测试样品在浇筑与凝结的过程中与所述发射端探头和接收端探头结合在一起。

优选的，所述的原位监测碳化强度发展的测试方法中，所述有效数据的初始获取时刻为温度传感器监测到温度首次上升的时刻点。

相较于现有技术，本发明提供的原位监测碳化制品强度发展的测试方法及装置，可以有效测量碳化反应过程中碳化制品的温升效应和超声波在制品内的传输速度，以此来表征碳化制品的强度发展历程，从而对制品配比优化与工业化生产提供指导，而且易于操作，且测试精度较高。

附图说明

图1为本发明提供的原位监测碳化制品强度发展的测试方法的一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种原位监测碳化制品强度发展的测试方法及装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种原位监测碳化制品强度发展的测试装置，包括：

测试样品；

碳化环境箱，用于容纳预制好的测试样品并形成一密闭空间；

温度传感器，用于测试所述测试样品在碳化反应时的温度；

超声波传感器，用于测试所述测试样品在碳化反应时的超声波传输速度；

气体通入装置，用于向所述碳化环境箱中通过混合气体，以使所述碳化环境箱内的气压上升至预设气压，并使所述测试样品与混合气体发生碳化反应；

上位机，用于获取有效的温度数据和超声波传输速度数据并保存，并对采集的数据进行处理，以得到所述测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

具体实施时，将所述测试样品放置在所述碳化环境箱中，以使所述测试样品在测试时不受外界因素影响，然后利用气体通入装置通入混合气体，使所述测试样品与混合气体发生碳化反应，此时再利用所述温度传感器和超声波传感器测量碳化反应时的温度数据和超声波传输速度数据，即可获取碳化温升曲线和超声波速度曲线。

本发明可以提供一个充分的二氧化碳气氛，进而能够有效测量碳化反应过程中碳化制品的温升效应和超声波在制品内的传输速度，以此来表征碳化制品的强度发展历程，从而对制品配比优化与工业化生产提供指导，而且易于操作，且测试精度较高。

基于上述测试装置，请参阅图1，本发明实施例还相应的提供的一种原位监测碳化制品强度发展的测试方法，适用于上述测试装置，包括如下步骤：

s100、将预制好的测试样品置于碳化环境箱中；

s200、将温度传感器置于所述测试样品的表面中心位置；

s300、将超声波传感器的发射端探头和接收端探头分别置于所述测试样品的模具两侧并使所述发射端探头和接收端探头与所述测试样品保持紧密接触；

s400、密闭所述碳化环境箱，并向所述碳化环境箱中通过混合气体，以使所述碳化环境箱内的气压上升至预设气压；

s500、获取有效的温度数据和超声波传输速度数据并保存，并对采集的有效数据进行处理，以得到所述测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

具体来说，本发明在进行测试时，将测试样品放置在碳化环境箱中进行测试，给测试提供了充分的二氧化碳气氛，而且可避免外部环境对测试产生影响，此外，通过利用温度传感器来采集测试样品的固定位置的温度，进而可以得到碳化反应时的碳化温升曲线，通过采集超声波传感器发射端发射的弹性波从测试样品的一端传至另一端所需的时间，进而可以得到碳化反应时的超声波速度曲线，以此表征测试样品在碳化硬化过程中的碳化反应放热、基体致密化过程和强度发展历程。

本发明可以提供一个充分的二氧化碳气氛，进而能够有效测量碳化反应过程中碳化制品的温升效应和超声波在制品内的传输速度，以此来表征碳化制品的强度发展历程，从而对制品配比优化与工业化生产提供指导，而且易于操作，且测试精度较高。

优选的实施例中，所述测试样品通过预先压制成型或现场浇筑成型，不同的成型方式安装温度传感器和超声波传感器的方式不同，但是均可以被准确的进行碳化反应的温度和超声波传输速度采集。

优选的实施例中，所述测试样品为能与二氧化碳发生碳化反应的材料，例如硅酸钙、氢氧化钙、氧化钙等，以保证在通入二氧化碳时，可以完全的进行碳化反应。

优选的实施例中，所述测试样品的尺寸为100mm×100mm×160mm，保证碳化反应的正常进行和持续时间。

优选的实施例中，所述温度传感器为t型热电偶，所述温度传感器的温度测试范围为-250℃至350℃，所述温度传感器的测试精度为±1.0℃，进而能够保证温度数据采集过程可以正常进行，且具有较高的准确性。

优选的实施例中，所述混合气体为二氧化碳气体或者二氧化碳气体和氮气以任意比例混合形成的气体中的其中一种，能够保证在通入混合气体时，所述测试样品可以与所述混合气体进行碳化反应，以达到监测碳化制品强度发展的目的。

优选的实施例中，当所述测试样品通过预先压制成型时，

所述步骤s200中，通过在所述测试样品的上表面钻孔并将所述温度传感器插入孔中并作密封处理后，以使所述温度传感器置于所述测试样品的表面中心位置；具体实施时，可通过电钻在测试样品上表面中心钻入直径为2mm，深度为50mm的小孔，将温度传感器埋入孔中后用凡士林对孔口做密闭处理；

所述步骤s300中，通过在所述超声波传感器的发射端探头和接收端探头与所述测试样品的接触位置涂抹凡士林并给所述发射端探头和接收端探头施压，以使所述发射端探头和接收端探头与所述测试样品保持紧密接触，保证数据能够准确的采集。

优选的实施例中，当所述测试样品通过现场浇筑成型时，

所述步骤s200中，所述温度传感器可直接插入所述测试样品的指定位置和指定深度处；

所述步骤s300中，将超声波传感器的发射端探头和接收端探头与所述模具的两侧平齐，以使所述测试样品在浇筑与凝结的过程中与所述发射端探头和接收端探头结合在一起；进而可以保证所述温度数据和超声波传输速度数据可以被准确的采集。

优选的实施例中，所述有效数据的初始获取时刻为温度传感器监测到温度首次上升的时刻点，当温度首次上升时，即表明此时才开始发生碳化反应，所以之后监测的数据才是碳化反应的数据，之前监测的数据均不是碳化反应的数据，可直接丢弃。

为了更好的理解本发明，以下具若干个实施例来对本发明的测试方法进行详细说明：

在原位监测碳化制品强度发展的测试方法的第一实施例中，所述方法包括：

(1)在压制成型的钢渣制品试样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为50mm的小孔，将热电偶置于孔中，并用凡士林对孔口做密闭处理；

(2)将超声波传感器发射端与接收端探头固定在样品模具两侧并与样品两端保持紧密接触；通过预加一定压力并在传感器探头与样品表面间涂抹凡士林以加强界面的结合；

(3)将测试环境箱密闭，通过操作数据采集系统，设置采集信号的间隔点为5s，随后开始数据采集；

(4)向测试环境箱的底部迅速通入浓度为99.8％的二氧化碳气体，箱内气压在5s内升至0.1mpa；

(5)采集数据完毕后，保存数据；有效数据的起点为温度开始上升的第一个时间点，由此经软件处理得到测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

在原位监测碳化制品强度发展的测试方法的第二实施例中，所述方法包括：

(1)将搅拌成型的碳化胶凝材料浆体浇筑于碳化环境箱的100×100×160mm模具内；

(2)在浇筑过程中，传感器探头与模具两侧齐平，样品在浇筑与凝结过程中与传感器探头紧密结合在一起；

(3)将测试环境箱密闭，通过操作数据采集系统，设置采集信号的间隔点为5s，随后开始数据采集；

(4)向测试环境箱的底部迅速通入浓度为99.8％的二氧化碳气体，箱内气压在5s内升至0.1mpa；

(5)采集数据完毕后，保存数据；有效数据的起点为温度开始上升的第一个时间点，由此经软件处理得到测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

在原位监测碳化制品强度发展的测试方法的第三实施例中，所述方法包括：

(1)在压制成型的钢渣制品试样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为50mm的小孔，将热电偶置于孔中，并用凡士林对孔口做密闭处理；

(2)将超声波传感器发射端与接收端探头固定在样品模具两侧并与样品两端保持紧密接触；通过预加一定压力并在传感器探头与样品表面间涂抹凡士林以加强界面的结合；

(3)将测试环境箱密闭，通过操作数据采集系统，设置采集信号的间隔点为5s，随后开始数据采集；

(4)向测试环境箱的底部迅速通入20％二氧化碳+80％氮气的混合气体，箱内气压在5s内升至0.1mpa；

(5)采集数据完毕后，保存数据；有效数据的起点为温度开始上升的第一个时间点，由此经软件处理得到测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

在原位监测碳化制品强度发展的测试方法的第四实施例中，所述方法包括：

(1)将搅拌成型的碳化胶凝材料浆体浇筑于碳化环境箱的100×100×160mm模具内；

(2)在浇筑过程中，传感器探头与模具两侧齐平，样品在浇筑与凝结过程中与传感器探头紧密结合在一起；

(3)将测试环境箱密闭，通过操作数据采集系统，设置采集信号的间隔点为5s，随后开始数据采集；

(4)向测试环境箱的底部迅速通入20％二氧化碳+80％氮气的气体，箱内气压在5s内升至0.1mpa；

(5)采集数据完毕后，保存数据；有效数据的起点为温度开始上升的第一个时间点，由此经软件处理得到测试样品的碳化温升曲线和超声波速度曲线。

综上所述，本发明提供的原位监测碳化制品强度发展的测试方法及装置，可以有效测量碳化反应过程中碳化制品的温升效应和超声波在制品内的传输速度，以此来表征碳化制品的强度发展历程，从而对制品配比优化与工业化生产提供指导，而且易于操作，且测试精度较高。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。