CN111398347A - 一种碳化反应温升的测量装置及方法 - Google Patents

一种碳化反应温升的测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化反应温升的测量装置及方法，所述装置包括碳化箱、恒温水浴、储气罐和上位机，所述碳化箱设置在所述恒温水浴中，所述碳化箱内设置有保温箱，所述保温箱内设置有样品测试台，所述样品测试台用于放置样品，所述样品上设置有温度传感器，所述温度传感器通过导线连接所述上位机，所述箱体的侧壁上设置有与所述保温箱的内部连通的进气口，所述储气罐通过一进气管连接所述碳化箱，所述进气管穿过所述进气口并局部位于所述保温箱中，所述上盖上设置有与所述保温箱连通的出线孔和出气口，所述导线穿过所述出线孔。本发明可以有效测量碳化反应过程中的温度变化，以此来反应碳化胶凝材料的碳化反应活性。

Description

一种碳化反应温升的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及材料碳化活性技术检测领域，特别涉及一种碳化反应温升的测量装置及方法。
背景技术
随着全球变暖的不断加剧，二氧化碳的大量排放在全球范围引起了广泛的关注。作为碳排放大户的建筑材料行业正在向节能减排的方向全力发展。其中，碳化硬化制品随之产生，经研究表明，水泥中大部分硅酸钙矿物均具有较高的碳化反应，能够在有水存在的条件下迅速与二氧化碳发生反应，其制品能够在短时间内获得较高的强度。
碳化硬化胶凝材料制品的最终力学性能受材料本身碳化活性的影响，碳化活性越高，与二氧化碳发生反应越剧烈，而碳化反应是剧烈的放热反应，因此反应热的测定是表征碳化胶凝材料碳化活性的重要方法。目前，市场上已有的量热设备主要有反应量热仪、加速量热仪、差示扫描量热仪。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，特别是由于碳化反应时早期放热剧烈，后期放热缓慢，导致精度范围不好调控。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
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碳化反应温升的测量装置及方法，可有效进行测试材料碳化反应活性。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一方面，本发明公开了一种碳化反应温升的测量装置，包括碳化箱、恒温水浴、储气罐和上位机，所述恒温水浴中存储有恒温水，所述碳化箱设置在所述恒温水浴中，所述碳化箱包括箱体和与所述箱体可拆卸连接的上盖，所述箱体与所述上盖围合形成一容纳腔，所述容纳腔内设置有保温箱，所述保温箱内设置有样品测试台，所述样品测试台用于放置样品，所述样品上设置有温度传感器，所述温度传感器通过导线连接所述上位机，所述箱体的侧壁上设置有与所述保温箱的内部连通的进气口，所述储气罐通过一进气管连接所述碳化箱，所述进气管穿过所述进气口并局部位于所述保温箱中，所述上盖上设置有与所述保温箱连通的出线孔和出气口，所述导线穿过所述出线孔。
优选的，所述的碳化反应温升的测量装置中，所述进气管位于所述保温箱内的部分的侧壁上设置有若干个气体扩散孔。
优选的，所述的碳化反应温升的测量装置中，所述碳化箱的气压承受范围为1Bar-8Bar。
优选的，所述的碳化反应温升的测量装置中，所述保温箱的材质为绝缘隔热材料。
另一方面，本发明还相应的公开了一种碳化反应温升的测量方法，包括：
步骤(1)、搭建如上所述的碳化反应温升的测量装置；
步骤(2)、在参比样的表面中心位置和待测样品的表面中心位置分别放置一温度传感器，并将所述待测样品和参比样放置在所述样品测试台上，并保持所述保温箱的湿度在预设湿度以上；
步骤(3)、将所述待测样品和所述参比样的温度传感器与所述上位机连接，并预设数据采集的间隔时间；
步骤(4)、开启所述储气罐，使所述储气罐向所述保温箱内通入二氧化碳气体预设时间，以使所述保温箱内的气压上升至预设气压，并记录上升至预设气压的时刻，并记做第一时刻；
步骤(5)、由上位机获取从第一时刻开始的测试温度数据，并在减去所述参比样的温度数据后，得到所述待测样品的温度数据，并根据所述待测样品的温度数据绘制待测样品的实际温升曲线。
优选的，所述的碳化反应温升的测量方法中，所述待测样品为能够与二氧化碳发生碳化反应的材料。
优选的，所述的碳化反应温升的测量方法中，所述步骤(2)中，所述温度传感器为T型热电偶，所述温度传感器的温度采集范围为为-250℃-350℃，所述温度传感器的测量精度为±1.0℃。
优选的，所述的碳化反应温升的测量方法中，所述参比样为惰性二氧化硅粉体制备的并与所述待测样品的规格一致的制品。
相较于现有技术，本发明提供的碳化反应温升的测量装置及方法，可以有效测量碳化反应过程中的温度变化，以此来反应碳化胶凝材料的碳化反应活性，从而对实际生产提供有力的技术指导；而且易于操作，成本低廉。
附图说明
图1为本发明提供的碳化反应温升的测量装置的一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的碳化反应温升的测量方法的一较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种碳化反应温升的测量装置及方法，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。
请参阅图1，本发明实施例提供的碳化反应温升的测量装置，包括碳化箱1、恒温水浴2、储气罐3和上位机4，所述恒温水浴2中存储有恒温水，所述碳化箱1设置在所述恒温水浴2中，所述碳化箱1包括箱体11和与所述箱体11可拆卸连接的上盖12，所述箱体11与所述上盖12围合形成一容纳腔，所述容纳腔内设置有保温箱13，所述保温箱13内设置有样品测试台14，所述样品测试台14用于放置样品，所述样品上设置有温度传感器，所述温度传感器通过导线5连接所述上位机4，所述箱体11的侧壁上设置有与所述保温箱13的内部连通的进气口111，所述储气罐3通过一进气管6连接所述碳化箱1，所述进气管6穿过所述进气口111并局部位于所述保温箱13中，所述上盖12上设置有与所述保温箱13连通的出线孔121和出气口122，所述导线5穿过所述出线孔121。
具体来说，所述碳化箱1为所述样品的碳化反应提供了环境，避免外界因素的影响；所述恒温水浴2用于给所述碳化箱1提供一个恒温环境，以避免外界温度变化对碳化箱1内部的温度产生影响；所述储气罐3用于存储二氧化碳气体，并通过向所述碳化箱1中通入二氧化碳气体来实现样品的碳化反应，所述保温箱13用于进行隔热，能够有效阻隔热量的扩散，以保证数据采集的准确性；所述出气口122用于在通入二氧化碳气体是排出保温箱13内部原来存在的空气；所述上位机4集成有数据采集器和数据处理软件，能够将温度传感器采集的数据收集，并进行数据处理，以得到温升曲线，具体实施时，所述上位机4可以直接为一计算机。
在使用时，搭建好上述装置，然后将样品放置在所述样品测试台14上，打开储气罐3向所述保温箱13中通入二氧化碳气体，使保温箱13中的空气排空，所述二氧化碳气体开始与所述样品发生反应，此时温度传感器采集反应时的温度数据，并传输至所述上位机4，所述上位机4将温度数据处理得到温升曲线，进而可以有效测量碳化反应过程中的温度变化，以此来反应碳化胶凝材料的碳化反应活性，从而对实际生产提供有力的技术指导；而且易于操作，成本低廉。
优选的实施例中，所述进气管6位于所述保温箱13内的部分的侧壁上设置有若干个气体扩散孔(图中未示出)，进气管6通入的二氧化碳气体通过所述气体扩散孔进入所述保温箱13中，从而实现碳化反应。
优选的实施例中，所述碳化箱1的气压承受范围为1Bar-8Bar，可保证碳化箱1不过过压损坏。
优选的实施例中，所述保温箱13的材质为绝缘隔热材料，例如多孔陶瓷、泡沫等隔热材料，以保证能够有效的阻隔热量的扩散，进而保证数据采集的准确性。
基于上述碳化反应温升的测量装置，本发明还相应的提供一种碳化反应温升的测量方法，请参阅图2，所述方法包括如下步骤：
S100、搭建如上述实施例所述的碳化反应温升的测量装置；
S200、在参比样的表面中心位置和待测样品的表面中心位置分别放置一温度传感器，并将所述待测样品和参比样放置在所述样品测试台上，并保持所述保温箱的湿度在预设湿度以上；
S300、将所述待测样品和所述参比样的温度传感器与所述上位机连接，并预设数据采集的间隔时间；
S400、开启所述储气罐，使所述储气罐向所述保温箱内通入二氧化碳气体预设时间，以使所述保温箱内的气压上升至预设气压，并记录上升至预设气压的时刻，并记做第一时刻；
S500、由上位机获取从第一时刻开始的测试温度数据，并在减去所述参比样的温度数据后，得到所述待测样品的温度数据，并根据所述待测样品的温度数据绘制待测样品的实际温升曲线。
具体来说，本发明通过在样品测试台上放置参比样和待测样品，可通过两个样品的采集数据来进行待测样品的测试温升数据，进而获取待测样品的实际温升曲线，其中，可通过在待测样品和参比样的上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为1cm的小孔，然后将温度传感器埋入孔中，并对孔口做密闭处理来实现温度传感器的放置，所述预设湿度至少为90％；具体的测试方法在所述碳化反应温升的测量装置中已进行详细描述，在此不再赘述。
优选的实施例中，所述待测样品为能够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、钢渣等，保证碳化反应的发生。
优选的实施例中，所述步骤(2)中，所述温度传感器为T型热电偶，所述温度传感器的温度采集范围为为-250℃-350℃，所述温度传感器的测量精度为±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。
进一步的，所述参比样为惰性二氧化硅粉体制备的并与所述待测样品的规格一致的制品，所述参比样的粒径分布参照所述待测样品，以达到参照的目的。
为了更好的理解本发明，以下列举若干个实施例来对本发明的方法进行说明：
在所述碳化反应温升的测量方法的第一实施例中，所述测量方法包括：
(1)搭建所述碳化反应温升的测量装置；
(2)在γ-C2S和参比样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为1cm的小孔，将热电偶埋入孔中，并对孔口做密闭处理；
(3)将安置好热电偶的待测样品与参比样放入保温箱中，保证保温箱内湿度为90％以上；
(4)通过操作上位机，设置采集信号的间隔点，同时确定参比样与待测样品中的热电偶是否正常工作，并开始采集信息；
(5)由碳化箱的底部向内迅速通入二氧化碳气体，在5s内排出保温箱内空气后密封，使保温箱内气压升至0.2MPa，记录气压为0.2MPa的时刻；
(6)数据采集(数据采集时间)完毕后，保存数据以气压为0.2MPa的时刻为测量起点并扣除参比样所测温度，得到待测样品的实际温升曲线。
在所述碳化反应温升的测量方法的第二实施例中，所述测量方法包括：
(1)搭建所述碳化反应温升的测量装置；
(2)在C3S和参比样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为1cm的小孔，将热电偶埋入孔中，并对孔口做密闭处理；
(3)将安置好热电偶的待测样品与参比样放入碳化箱内的保温箱中，保证保温箱内湿度为90％以上；
(4)通过操作上位机，设置采集信号的间隔点，同时确定参比样与待测样品中的热电偶是否正常工作，并开始采集信息；
(5)由碳化箱的底部向内迅速通入二氧化碳气体，在5s内排出保温箱内空气后密封，使保温箱内气压升至0.2MPa，记录气压为0.2MPa的时刻；
(6)数据采集(数据采集时间)完毕后，保存数据以气压为0.2MPa的时刻为测量起点并扣除参比样所测温度，得到待测样品的实际温升曲线。
在所述碳化反应温升的测量方法的第三实施例中，所述测量方法包括：
(1)搭建所述碳化反应温升的测量装置；
(2)在CS和参比样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为1cm的小孔，将热电偶埋入孔中，并对孔口做密闭处理；
(3)将安置好热电偶的待测样品与参比样放入碳化箱内的保温箱中，保证保温箱内的湿度为90％以上；
(4)通过操作上位机，设置采集信号的间隔点，同时确定参比样与待测样品中的热电偶是否正常工作，并开始采集信息；
(5)由碳化箱的底部向内迅速通入二氧化碳气体，在5s内排出保温箱内空气后密封，使保温箱内的气压升至0.2MPa，记录气压升至0.2MPa的时刻；
(6)数据采集(数据采集时间)完毕后，保存数据以气压升至0.2MPa的时刻为测量起点并扣除参比样所测温度，得到待测样品的实际温升曲线。
在所述碳化反应温升的测量方法的第四实施例中，所述测量方法包括：
(1)搭建所述碳化反应温升的测量装置；
(2)在β-C2S和参比样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为1cm的小孔，将热电偶埋入孔中，并对孔口做密闭处理；
(3)将安置好热电偶的待测样品与参比样放入碳化箱内的保温箱中，保证保温箱内的湿度为90％以上；
(4)通过操作上位机，设置采集信号的间隔点，同时确定参比样与待测样品中的热电偶是否正常工作，并开始采集信息；
(5)由碳化箱的底部向内迅速通入二氧化碳气体，在5s内排出保温箱内空气后密封，使保温箱内的气压升至0.2MPa，记录气压升至0.2MPa的时刻；
(6)数据采集(数据采集时间)完毕后，保存数据以气压升至0.2MPa的时刻为测量起点并扣除参比样所测温度，得到待测样品的实际温升曲线。
在所述碳化反应温升的测量方法的第五实施例中，所述测量方法包括：
(1)搭建所述碳化反应温升的测量装置；
(2)在C3S2和参比样上表面中心位置钻入直径为2mm，深度为1cm的小孔，将热电偶埋入孔中，并对孔口做密闭处理；
(3)将安置好热电偶的待测样品与参比样放入碳化箱内的保温箱中，保证保温箱内的湿度为90％以上；
(3)通过操作上位机，设置采集信号的间隔点，同时确定参比样与待测样品中的热电偶是否正常工作，并开始采集信息；
(4)由碳化箱的底部向内迅速通入二氧化碳气体，在5s内排出保温箱内的空气后密封，使保温箱内气压升至0.2MPa，记录气压升至0.2MPa的时刻；
(5)数据采集(数据采集时间)完毕后，保存数据以气压升至0.2MPa的时刻为测量起点并扣除参比样所测温度，得到待测样品的实际温升曲线。
综上所述，本发明提供的碳化反应温升的测量装置及方法，可以有效测量碳化反应过程中的温度变化，以此来反应碳化胶凝材料的碳化反应活性，从而对实际生产提供有力的技术指导；而且易于操作，成本低廉。
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。

Claims (8)

1.一种碳化反应温升的测量装置，其特征在于，包括碳化箱、恒温水浴、储气罐和上位机，所述恒温水浴中存储有恒温水，所述碳化箱设置在所述恒温水浴中，所述碳化箱包括箱体和与所述箱体可拆卸连接的上盖，所述箱体与所述上盖围合形成一容纳腔，所述容纳腔内设置有保温箱，所述保温箱内设置有样品测试台，所述样品测试台用于放置样品，所述样品上设置有温度传感器，所述温度传感器通过导线连接所述上位机，所述箱体的侧壁上设置有与所述保温箱的内部连通的进气口，所述储气罐通过一进气管连接所述碳化箱，所述进气管穿过所述进气口并局部位于所述保温箱中，所述上盖上设置有与所述保温箱连通的出线孔和出气口，所述导线穿过所述出线孔。
2.根据权利要求1所述的碳化反应温升的测量装置，其特征在于，所述进气管位于所述保温箱内的部分的侧壁上设置有若干个气体扩散孔。
3.根据权利要求1所述的碳化反应温升的测量装置，其特征在于，所述碳化箱的气压承受范围为1Bar-8Bar。
4.根据权利要求1所述的碳化反应温升的测量装置，其特征在于，所述保温箱的材质为绝缘隔热材料。
5.一种碳化反应温升的测量方法，其特征在于，包括：
步骤(1)、搭建如权利要求1-4任意一项所述的碳化反应温升的测量装置；
步骤(2)、在参比样的表面中心位置和待测样品的表面中心位置分别放置一温度传感器，并将所述待测样品和参比样放置在所述样品测试台上，并保持所述保温箱的湿度在预设湿度以上；
步骤(3)、将所述待测样品和所述参比样的温度传感器与所述上位机连接，并预设数据采集的间隔时间；
步骤(4)、开启所述储气罐，使所述储气罐向所述保温箱内通入二氧化碳气体预设时间，以使所述保温箱内的气压上升至预设气压，并记录上升至预设气压的时刻，并记做第一时刻；
步骤(5)、由上位机获取从第一时刻开始的测试温度数据，并在减去所述参比样的温度数据后，得到所述待测样品的温度数据，并根据所述待测样品的温度数据绘制待测样品的实际温升曲线。
6.根据权利要求5所述的碳化反应温升的测量方法，其特征在于，所述待测样品为能够与二氧化碳发生碳化反应的材料。
7.根据权利要求5所述的碳化反应温升的测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述温度传感器为T型热电偶，所述温度传感器的温度采集范围为为-250℃-350℃，所述温度传感器的测量精度为±1.0℃。
8.根据权利要求5所述的碳化反应温升的测量方法，其特征在于，所述参比样为惰性二氧化硅粉体制备的并与所述待测样品的规格一致的制品。
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