一种缓冲材料大型砌块长期养护监测装置及方法与流程

1.本发明涉及高放废物地质处置缓冲材料技术领域，特别是涉及一种缓冲材料大型砌块长期养护监测装置及方法。


背景技术：

2.在高放废物地质处置领域，缓冲材料通常以高压实砌块堆砌的形式包裹在废物罐周围，是地质处置库安全性和稳定性的有效保障。缓冲材料砌块一般是采用静力压实方式，将特定含水率的膨润土粉末原料压制成具有一定形状和密实度的砌体结构形式。
3.在地面实验室或者加工车间制备出的缓冲材料大型砌块，在地下实验室或者高放废物处置库使用之前需要经历相当长一段时间，期间如果不采取相应的长期养护措施，砌块将很难维持相应的原始状态，导致砌块存在劣化的风险，这将严重影响其工程性能。
4.砌块在长期保存和运输搬运过程可能会经历环境温湿度变化，其对水分变化十分敏感，干燥失水会产生收缩开裂，吸湿会产生膨胀开裂，砌块变形会影响后续安装和服役期间的工程性能；故了解缓冲材料大型砌块在温湿度环境下的变化是很重要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种缓冲材料大型砌块长期养护监测装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，监测缓冲材料大型砌块在潮湿环境中的长期变化，为缓冲材料大型砌块长期养护和存储提供技术参考。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供了一种缓冲材料大型砌块长期养护监测装置，包括透明的密封箱，所述密封箱内设置有通过隔板隔开的监测区和过渡区，所述隔板与所述密封箱密封且可拆卸连接，所述密封箱的侧壁上设置有两套分别位于所述监测区和所述过渡区的操控手套；所述监测区内设置有称重装置，所述称重装置的称重盘上放置有支架，所述支架上设置有多个将待监测的缓冲材料大型砌块包围的变形传感器，所述变形传感器的触头与所述缓冲材料大型砌块的外表面接触，且所述缓冲材料大型砌块与所述支架之间存在间隙；所述监测区通过第一回气管与第一循环泵的进气口连接，所述第一循环泵的出气口通过第一出气管与密闭的溶液池连通，所述过渡区通过第二回气管与第二循环泵的进气口连接，所述第二循环泵的出气口通过第二出气管与所述溶液池连通，所述第一出气管和所述第二出气管均一端伸入所述溶液池中的饱和盐溶液中，第一进气管一端与所述监测区连通、另一端伸入所述溶液池中且位于所述溶液池中的饱和盐溶液的液面的上方，第二进气管一端与所述过渡区连通、另一端伸入所述溶液池中且位于所述溶液池中的饱和盐溶液的液面的上方；所述过渡区内设置有扫描设备。
8.优选的，所述监测区内放置有多个盛有饱和盐溶液的均衡容器，所述均衡容器的顶端开口。
9.优选的，所述监测区内设置有第一温湿度传感器，所述过渡区内设置有第二温湿
度传感器；所述第一温湿度传感器、所述第二温湿度传感器、所述称重装置和所述变形传感器分别与数据采集系统连接。
10.优选的，所述称重装置为电子称重仪。
11.优选的，所述第一进气管、所述第二进气管、所述第一回气管、所述第二回气管、所述第一出气管和所述第二出气管的材质均为塑料。
12.本发明还提供一种缓冲材料大型砌块长期养护监测方法，包括以下步骤：
13.(1)根据待监测的缓冲材料大型砌块的含水率确定饱和盐溶液的湿度，并将所述饱和盐溶液盛放在溶液池和均衡容器中；
14.(2)将称重装置放置在密封箱的监测区内，将所述缓冲材料大型砌块放置在支架的中央位置，并使支架上的多个变形传感器均与所述缓冲材料大型砌块的外表面接触；
15.(3)在所述监测区内均匀放置多个所述均衡容器；
16.(4)将称重装置、所述变形传感器、第一温湿度传感器和第二温湿度传感器分别与数据采集系统连接，设置数据采集系统的采集频率为10分钟采集一次，启动所述称重装置、所述变形传感器、所述第一温湿度传感器和所述第二温湿度传感器的数据采集；
17.(5)将所述缓冲材料大型砌块放在所述称重装置的称重盘上，然后通过操控手套用扫描设备对所述缓冲材料大型砌块进行三维扫描；
18.(6)通过操控手套将隔板与密封箱密封连接，使所述监测区与过渡区相互隔绝，启动第一循环泵，实时监测所述缓冲材料大型砌块在温湿度环境下的变形和质量参数；
19.(7)实时监测固定时间段后，启动第二循环泵，待所述过渡区内的第二温湿度传感器的数据与所述监测区内的第一湿度传感器的数据相同后，通过所述操控手套将所述隔板取下，利用所述扫描设备对所述缓冲材料大型砌块进行三维扫描；
20.(8)扫描完成后，通过所述操控手套安装隔板，关闭第二循环泵，继续监测所述缓冲材料大型砌块的变化；
21.(9)重复进行步骤(7)和步骤(8)；直至所述缓冲材料大型砌块的变形和质量稳定，试验结束。
22.优选的，所述步骤(7)中的所述固定时间段为一周。
23.优选的，准备多个待监测的所述缓冲材料大型砌块，不同所述缓冲材料大型砌块的含水率不同，并对不同的所述缓冲材料大型砌块设定不同湿度的所述饱和盐溶液，对多个待监测的所述缓冲材料大型砌块分别进行长期养护监测，获取不同含水率的所述缓冲材料大型砌块在不同温湿度条件下的监测数据。
24.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
25.本发明的缓冲材料大型砌块长期养护监测装置及方法能够监测缓冲材料大型砌块在潮湿环境中的长期变化，为缓冲材料大型砌块长期养护和存储提供技术参考。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明缓冲材料大型砌块长期养护监测装置的结构示意图；
28.图2为本发明缓冲材料大型砌块长期养护监测装置的部分结构示意图；
29.其中：100、缓冲材料大型砌块长期养护监测装置；1、第一回气管；2、第一温湿度传感器；3、支架；4、变形传感器；5、均衡容器；6、称重装置；7、隔板；8、砌块；9、扫描设备；10、密封箱；11、第二温湿度传感器；12、操控手套；13、第二回气管；14、第二循环泵；15、第二出气管；16、第二进气管；17、溶液池；18、第一进气管；19、第一出气管；20、第一循环泵。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明的目的是提供一种缓冲材料大型砌块长期养护监测装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，监测缓冲材料大型砌块在潮湿环境中的长期变化，为缓冲材料大型砌块长期养护和存储提供技术参考。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.如图1至图2所示：本实施例提供了一种缓冲材料大型砌块长期养护监测装置100，包括透明的密封箱10，密封箱10内设置有通过隔板7隔开的监测区和过渡区，隔板7与密封箱10密封且可拆卸连接，密封箱10的侧壁上设置有两套分别位于监测区和过渡区的操控手套12；操作人员通过操控手套12能够在不打开密封箱10的前提下，去操控或拿取密封箱10内部的物品。
34.监测区内设置有称重装置6，称重装置6的称重盘上放置有支架3，支架3上设置有多个将待监测的缓冲材料大型砌块8包围的变形传感器4，变形传感器4的触头与缓冲材料大型砌块8的外表面接触，且缓冲材料大型砌块8与支架3之间存在间隙；进一步的，在缓冲材料大型砌块8的每个侧面和顶面均分布有变形传感器4，以完整监测缓冲材料大型砌块8的变形。
35.监测区通过第一回气管1与第一循环泵20的进气口连接，第一循环泵20的出气口通过第一出气管19与密闭的溶液池17连通，过渡区通过第二回气管13与第二循环泵14的进气口连接，第二循环泵14的出气口通过第二出气管15与溶液池17连通，第一出气管19和第二出气管15均一端伸入溶液池17中的饱和盐溶液中，第一进气管18一端与监测区连通、另一端伸入溶液池17中且位于溶液池17中的饱和盐溶液的液面的上方，第二进气管16一端与过渡区连通、另一端伸入溶液池17中且位于溶液池17中的饱和盐溶液的液面的上方；
36.监测区内放置有多个盛有饱和盐溶液的均衡容器5，均衡容器5的顶端开口。过渡区内设置有扫描设备9，扫描设备9用于对缓冲材料大型砌块8进行三维扫描，多个均衡容器5的设置有利于加速监测区内的环境平衡，并保持稳定。
37.监测区内设置有第一温湿度传感器2，过渡区内设置有第二温湿度传感器11；第一温湿度传感器2、第二温湿度传感器11、称重装置6和变形传感器4分别与数据采集系统连接。
38.在本实施例中，称重装置6为电子称重仪。第一进气管18、第二进气管16、第一回气管1、第二回气管13、第一出气管19和第二出气管15的材质均为塑料，以防止被盐溶液水汽腐蚀和堵塞。
39.本发明还提供一种缓冲材料大型砌块长期养护监测方法，基于上述的缓冲材料大型砌块长期养护监测装置100，包括以下步骤：
40.(1)根据待监测的缓冲材料大型砌块8的含水率确定饱和盐溶液的湿度，并将饱和盐溶液盛放在溶液池17和均衡容器5中；
41.(2)将称重装置6放置在密封箱10的监测区内，将缓冲材料大型砌块8放置在支架3的中央位置，并使支架3上的多个变形传感器4均与缓冲材料大型砌块8的外表面接触；
42.(3)在监测区内均匀放置多个均衡容器5；
43.(4)将称重装置6、变形传感器4、第一温湿度传感器2和第二温湿度传感器11分别与数据采集系统连接，设置数据采集系统的采集频率为10分钟采集一次，启动称重装置6、变形传感器4、第一温湿度传感器2和第二温湿度传感器11的数据采集；
44.(5)将缓冲材料大型砌块8放在称重装置6的称重盘上，然后通过操控手套12用扫描设备9对缓冲材料大型砌块8进行三维扫描；
45.(6)通过操控手套12将隔板7与密封箱10密封连接，使监测区与过渡区相互隔绝，启动第一循环泵20，实时监测缓冲材料大型砌块8在温湿度环境下的变形和质量参数；
46.(7)实时监测一周后，启动第二循环泵14，待过渡区内的第二温湿度传感器11的数据与监测区内的第一湿度传感器的数据相同后，通过操控手套12将隔板7取下，利用扫描设备9对缓冲材料大型砌块8进行三维扫描；
47.(8)扫描完成后，通过操控手套12安装隔板7，关闭第二循环泵14，继续监测缓冲材料大型砌块8的变化；
48.(9)重复进行步骤(7)和步骤(8)；直至缓冲材料大型砌块8的变形和质量稳定，试验结束。需要说明的是，缓冲材料大型砌块8的变形和质量稳定具体是指缓冲材料大型砌块8的变形和质量不再发生变化，具体的判断标准为，就是缓冲材料大型砌块8在24小时内，变形不超过0.001mm，质量变化不超过0.001g就认为达到稳定状态了。
49.进一步的，可以准备多个待监测的缓冲材料大型砌块8，不同缓冲材料大型砌块8的含水率不同，并对不同的缓冲材料大型砌块8设定不同湿度的饱和盐溶液，对多个待监测的缓冲材料大型砌块8分别进行长期养护监测，获取不同含水率的缓冲材料大型砌块8在不同温湿度条件下的监测数据(通过实验室的空调对温度进行控制，使室温能够具有多种不同的温度，并能够保持恒温，从而控制实验室内的缓冲材料大型砌块长期养护监测装置100的实验温度)，以能够综合分析得到缓冲材料大型砌块8的适宜的养护环境条件。
50.需要说明的是，不同盐的饱和水溶液具有不同的相对湿度值，前述的盐可以为licl、mgcl2、nabr、nacl、kcl或kno3等，即不同类型的饱和盐溶液会具有不同的相对湿度值，故完全可以通过改变溶液池17中饱和盐溶液的类型来调整密封箱10中空间内能够达到的相对湿度。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能
理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。