CN112924656B - 一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置及方法，装置包括泡沫轻质土容器、温度控制机构和气压控制机构，泡沫轻质土容器包括底座、透明泡沫轻质土存储桶、底板和顶板，底板固定在透明泡沫轻质土存储桶的底端，顶板固定在透明泡沫轻质土存储桶的顶端，底板固定在底座上，在透明泡沫轻质土存储桶的侧壁上从上到下设有若干导流管；温度控制装置包括加热管和控温器，加热管安装在透明泡沫轻质土存储桶内，控温器与加热管电连接；气压控制装置包括导气管、控压器和气泵，导气管的一端伸入桶内，导气管的另一端与气泵连接，在导气管上设有控压器。本发明测试得出的气泡衰减率，可用于预测低气压地区大体积泡沫轻质土构筑物浇筑量。
Description
技术领域
本发明属于泡沫轻质土领域，尤其是涉及一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置及方法。
背景技术
泡沫轻质土主要由水泥、水、发泡剂组成，采用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，并与水泥浆按照一定比例搅拌，进而经过养生形成的轻质水泥基材料。由于泡沫轻质土轻质性、高流动性、施工便捷性等优点，广泛应用于桥梁台背回填、高填路基、软土基地加固等工程。泡沫轻质土浇筑物通常体积较大，属于大体积水泥基材料，浇筑阶段内部存在流动性气泡，随着施工时间的推移，部分气泡由于大体积上部压力破碎，同时，大体积水泥水化热导致的温度升高和区域高低气压也会加速气泡破碎，导致泡沫轻质土气泡衰减。准确预测大体积泡沫轻质土施工中气泡衰减过程，对于估算泡沫轻质土用量、确定最佳浇筑层厚度、预测泡沫轻质土力学性能具有重要意义。目前对于泡沫轻质土的研究，主要集中在力学性能和施工和易性等方面，并且开发材料制备装置、搅拌装置和流动性测试装置，缺乏针对大体积泡沫轻质土的不同温度和气压条件气泡衰减状态的测试装置。因此，针对上述问题，有必要设计一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置及方法，可实现对大体积泡沫轻质土的不同温度和气压条件气泡衰减状态的测试，可用于预测低气压地区大体积泡沫轻质土构筑物浇筑量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，包括泡沫轻质土容器、温度控制机构和气压控制机构，所述泡沫轻质土容器包括底座、透明泡沫轻质土存储桶、底板和顶板，所述底板固定在透明泡沫轻质土存储桶的底端，顶板固定在透明泡沫轻质土存储桶的顶端，底板固定在底座上，在透明泡沫轻质土存储桶的侧壁上从上到下设有若干导流管；所述温度控制装置包括加热管和控温器，所述加热管安装在透明泡沫轻质土存储桶内，所述控温器与加热管电连接；所述气压控制装置包括导气管、控压器和气泵，所述导气管的一端经顶板伸入透明泡沫轻质土存储桶内，导气管的另一端与气泵连接，在导气管上设有控压器。
进一步的，所述透明泡沫轻质土存储桶的桶壁标有刻度，量程为30L，最小刻度为10mL。
进一步的，所述透明泡沫轻质土存储桶的高度为100cm，内径为20cm，外径为22cm。
进一步的，在所述透明泡沫轻质土存储桶的侧壁上从上到下设有三个导流管，相邻两个导流管的中轴线间距为25cm，且在每个导流管处设有一导流管开关。
进一步的，在透明泡沫轻质土存储桶底端与底板之间设有下橡胶垫圈，在透明泡沫轻质土储存桶顶端与顶板之间设有上橡胶垫圈。
进一步的，所述加热管为电阻型加热管，所述电阻型加热管通过导线与控温器相连，通过控温器设置温度，保证透明泡沫轻质土存储桶内部温度恒定。
进一步的，加热管的直径为4cm，长度为80cm，调温范围为0-99℃，功率为1000W。
进一步的，顶板与透明泡沫轻质土存储桶的顶端之间通过上螺栓连接，底板与透明泡沫轻质土存储桶的底端之间通过下螺栓连接。
进一步的，控压器的调解压力范围为50kPa-150kPa。
一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置的测试方法，具体包括以下步骤：
步骤1、通过下螺栓将底板和底座与透明泡沫土储存桶相连，透明泡沫土储存桶和底板之间通过下橡胶垫圈密封；
步骤2、向透明泡沫土储存桶中加入泡沫轻质土，达到桶壁30L刻度线停止，记录原始读数L0；
步骤3、在透明泡沫土储存桶顶部放置顶板，顶板与透明泡沫土储存桶之间由上橡胶垫圈密封，并通过上螺栓相连；
步骤4、开启温度控制器，设置温度为90℃，保持10分钟；
步骤5、开启气压控制器，设置气压为50Kpa，当气压稳定后，开始计时；
步骤6、分别在开始后5分钟、10分钟、15分钟、20分钟记录桶壁读数，分别记录为L1、L2、L3、L4；
步骤7、开启导流管开关一、导流管开关二和导流管开关三，从导流管一、导流管二和导流管三分别放出200ml泡沫轻质土；
步骤8、结合步骤6的测试结果，采用下式计算泡沫轻质土不同时刻泡沫衰减率：
其中P5min、P10min、P15min和P20min分别为5分钟时泡沫衰减率、10分钟时泡沫衰减率、15分钟时泡沫衰减率和20分钟时泡沫衰减率。
相对于现有技术，本发明所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置及方法具有以下优势：
(1)目前本领域目前主要是根据浇筑物的体积和泡沫轻质土的密度，预测泡沫轻质土的质量，但是由于泡沫轻质土的气泡衰减导致密度变大，使得难以准确预测泡沫轻质土的质量，因此有必要设计一种泡沫轻质土在不同气压和温度环境下气泡衰减测试装置，本发明通过在泡沫轻质土容器中内置加热管和外置控压装置，实现不同气压和温度条件，并且在容器外部标有刻度，进而读取气泡衰减值。本装置测试得出的气泡衰减率，可用于预测低气压地区大体积泡沫轻质土构筑物浇筑量，对于200m3的大体积构筑物，泡沫轻质土用量预测误差不超过0.5％。
(2)对于大体积泡沫轻质土气泡衰减后不同层位材料缺乏相应的获取装置，尤其是考虑不同温度和气压条件。本发明容器侧壁安装3个导流管，可以获取不同层位泡沫轻质土材料，结合后续材料性能测试，最终可确定大体积泡沫轻质土材料最佳浇筑高度，在最佳浇筑高度条件下，泡沫轻质土材料力学性能提高约为10％。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-底座；2-控温器；3-下螺栓；4-底板；5-下橡胶垫圈；6-泡沫轻质土存储桶；7-加热管；8-导流管一；9-导流管开关一；10-导流管二；11-导流管开关二；12-导流管三；13-导流管开关三；14-上橡胶垫圈；15-顶板；16-上螺栓；17-导气管；18-控压器；19-气泵。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，包括泡沫轻质土容器、温度控制机构和气压控制机构，所述泡沫轻质土容器包括底座1、透明泡沫轻质土存储桶6、底板4和顶板15，所述底板4固定在透明泡沫轻质土存储桶6的底端，顶板15固定在透明泡沫轻质土存储桶6的顶端，底板4固定在底座1上，在透明泡沫轻质土存储桶6的侧壁上从上到下设有若干导流管；所述温度控制装置包括加热管7和控温器2，所述加热管7安装在透明泡沫轻质土存储桶6内，所述控温器2与加热管7电连接；所述气压控制装置包括导气管17、控压器18和气泵19，所述导气管17的一端经顶板15伸入透明泡沫轻质土存储桶6内，导气管17的另一端与气泵19连接，在导气管17上设有控压器18。
所述透明泡沫轻质土存储桶6的桶壁标有刻度，量程为30L，最小刻度为10mL。所述透明泡沫轻质土存储桶6的高度为100cm，内径为20cm，外径为22cm。
在所述透明泡沫轻质土存储桶6的侧壁上从上到下设有三个导流管，相邻两个导流管的中轴线间距为25cm，且在每个导流管处分别设有一导流管开关。
在透明泡沫轻质土存储桶6底端与底板4之间设有下橡胶垫圈5，在透明泡沫轻质土储存桶6顶端与顶板15之间设有上橡胶垫圈14。顶板15与透明泡沫轻质土存储桶6的顶端之间通过上螺栓16连接，底板4与透明泡沫轻质土存储桶6的底端之间通过下螺栓3连接。
所述加热管7为电阻型加热管，所述电阻型加热管通过导线与控温器2相连，加热管7的直径为4cm，长度为80cm，调温范围为0-99℃，功率为1000W，通过控温器2设置温度，保证透明泡沫轻质土存储桶6内部温度恒定。气泵主要用于向泡沫轻质土容器导出和抽出空气，调解内部气压主要由控压器18实现，控压器18的调解压力范围为50kPa-150kPa。
本发明主要工作原理是将搅拌后的泡沫轻质土置于泡沫轻质土存储桶6内部，并通过气泵19和控压器18调整容器内部压力，同时，通过加热管7和控温器2调节容器内部温度；当容器内部压力和温度达到设置值后，开始计时，并通过桶壁的刻度线读取泡沫轻质土高度下降数据；规定时间之后，通过3个导流管8、10、12流出不同位置的泡沫轻质土材料，用于后续材料性能测试；最终，通过泡沫轻质土下降高度计算出不同气压和温度条件下气泡衰减性能。
下面具体给出一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置的测试方法，具体包括以下步骤：
步骤1、通过下螺栓3将底板4和底座1与透明泡沫土储存桶6相连，透明泡沫土储存桶6和底板4之间通过下橡胶垫圈5密封；
步骤2、向透明泡沫轻质土存储桶6中加入泡沫轻质土，达到桶壁30L刻度线停止，记录原始读数L0；
步骤3、在透明泡沫轻质土存储桶6的顶部放置顶板15，顶板15与透明泡沫轻质土存储桶6之间由上橡胶垫圈14密封，并通过上螺栓16相连；
步骤4、开启温度控制器2，设置温度为90℃，保持10分钟；
步骤5、开启气压控制器18，设置气压为50Kpa，当气压稳定后，开始计时；
步骤6、分别在开始后5分钟、10分钟、15分钟和20分钟记录桶壁读数，分别记录为L1、L2、L3、L4；
步骤7、开启导流管开关一9、导流管开关二11、导流管开关三13，从导流管一8、导流管二10和导流管三12分别放出200ml泡沫轻质土；测试不同位置导流管放出的泡沫轻质土密度，来判断高度影响整体密度的均匀性，选择一个合适的浇筑高度使泡沫轻质土具有均匀的密度；
步骤8、结合步骤6的测试结果，采用下式计算泡沫轻质土不同时刻泡沫衰减率：
其中P5min、P10min、P15min和P20min分别为5分钟时泡沫衰减率、10分钟时泡沫衰减率、15分钟时泡沫衰减率和20分钟时泡沫衰减率。
本装置测试得出的气泡衰减率，可用于预测低气压地区大体积泡沫轻质土构筑物浇筑量，对于200m3的大体积构筑物，泡沫轻质土用量预测误差不超过0.5％。
本发明容器侧壁安装3个导流管，可以获取不同层位泡沫轻质土材料，结合后续材料性能测试，如测试密度和粘度，最终可确定大体积泡沫轻质土材料最佳浇筑高度，在最佳浇筑高度条件下，泡沫轻质土材料力学性能提高约为10％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：包括泡沫轻质土容器、温度控制机构和气压控制机构，所述泡沫轻质土容器包括底座(1)、透明泡沫轻质土存储桶(6)、底板(4)和顶板(15)，所述底板(4)固定在透明泡沫轻质土存储桶(6)的底端，顶板(15)固定在透明泡沫轻质土存储桶(6)的顶端，底板(4)固定在底座(1)上，在透明泡沫轻质土存储桶(6)的侧壁上从上到下设有若干导流管；所述温度控制机构包括加热管(7)和控温器(2)，所述加热管(7)安装在透明泡沫轻质土存储桶(6)内，所述控温器(2)与加热管(7)电连接；所述气压控制机构包括导气管(17)、控压器(18)和气泵(19)，所述导气管(17)的一端经顶板(15)伸入透明泡沫轻质土存储桶(6)内，导气管(17)的另一端与气泵(19)连接，在导气管(17)上设有控压器(18)；所述透明泡沫轻质土存储桶(6)的桶壁标有刻度。
2.根据权利要求1所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：刻度量程为30L，最小刻度为10mL。
3.根据权利要求2所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：所述透明泡沫轻质土存储桶(6)的高度为100cm，内径为20cm，外径为22cm。
4.根据权利要求3所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：在所述透明泡沫轻质土存储桶(6)的侧壁上从上到下设有三个导流管，相邻两个导流管的中轴线间距为25cm，且在每个导流管处分别设有一导流管开关。
5.根据权利要求1所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：在透明泡沫轻质土存储桶(6)底端与底板(4)之间设有下橡胶垫圈(5)，在透明泡沫轻质土存储桶(6)顶端与顶板(15)之间设有上橡胶垫圈(14)。
6.根据权利要求1所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：所述加热管(7)为电阻型加热管，所述电阻型加热管通过导线与控温器(2)相连，通过控温器(2)设置温度，保证透明泡沫轻质土存储桶(6)内部温度恒定。
7.根据权利要求3所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：加热管(7)的直径为4cm，长度为80cm，调温范围为0-99℃，功率为1000W。
8.根据权利要求5所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：顶板(15)与透明泡沫轻质土存储桶(6)的顶端之间通过上螺栓(16)连接，底板(4)与透明泡沫轻质土存储桶(6)的底端之间通过下螺栓(3)连接。
9.根据权利要求1所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置，其特征在于：控压器(18)的调解压力范围为50kPa-150kPa。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种可调温调压的泡沫轻质土气泡衰减测试装置的测试方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1、通过下螺栓(3)将底板(4)和底座(1)与透明泡沫轻质土存储桶(6)相连，透明泡沫轻质土存储桶(6)和底板(4)之间通过下橡胶垫圈(5)密封；
步骤2、向透明泡沫轻质土存储桶(6)中加入泡沫轻质土，达到桶壁30L刻度线停止，记录原始读数L0；
步骤3、在透明泡沫轻质土存储桶(6)的顶部放置顶板(15)，顶板(15)与透明泡沫轻质土存储桶(6)之间由上橡胶垫圈(14)密封，并通过上螺栓(16)相连；
步骤4、开启控温器(2)，设置温度为90℃，保持10分钟；
步骤5、开启控压器(18)，设置气压为50Kpa，当气压稳定后，开始计时；
步骤6、分别在开始后5分钟、10分钟、15分钟和20分钟记录桶壁读数，分别记录为L1、L2、L3、L4；
步骤7、开启导流管开关一(9)、导流管开关二(11)、导流管开关三(13)，从导流管一(8)、导流管二(10)和导流管三(12)分别放出200ml泡沫轻质土；
步骤8、结合步骤6的测试结果，采用下式计算泡沫轻质土不同时刻泡沫衰减率：
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