以失去流动时间表征泡沫流体凝结特性的测试装置及方法

摘要

本发明公开了一种以失去流动时间表征泡沫流体凝结特性的测试装置及方法。本发明装置包括测试架和测量容器；测试架包括底板，在底板上竖向固定有两块支撑板，两块支架板互成90度角通过所述两块支撑板固定于底板上，在底板的四个角上分别设有一个调平螺丝和一个调平螺母；测量容器为长方体，其上端开口，在测量容器的器壁中部刻划有一条初始线，以测量容器一侧面的一条竖边底端至另一条竖边上部的连线作为至平线。本发明还同时提供了利用上述装置进行测试待测试泡沫流体失去流动时间的方法及步骤。采用本发明的装置及方法能获得被测试泡沫流体的凝结时间即失去流动时间。本发明的测试装置结构简单、构思巧妙，测试方法操作简便、结果准确。

说明书

技术领域

本发明属于一种泡沫流体凝结特性测试装置及方法，具体涉及一种以失去 流动时间表征泡沫流体凝结特性的测试装置及方法。

背景技术

泡沫流体具有良好的裂隙渗流和向上堆积的特点并且在凝结固化后拥有 优越的隔热能力，故其已成为未来矿井及煤田防治煤自燃的主要技术手段。因 为水泥基泡沫流体的渗流扩散形态及范围很大程度上取决于其凝结特征，并且 在现浇施工中灌注量、灌注范围的界定也取决于其凝结时间，所以水泥基泡沫 流体的凝结特征是最需要考虑的因素。但是对于水泥基泡沫流体，其凝结时间 的测定方法的研究非常少。如国内学者范丽龙提出的《泡沫混凝土凝结时间的 实验研究》中主要侧重的是泡沫剂用量对凝结时间的影响，凝结时间的测定采 用的是混凝土凝结时间的测定方法即贯入阻力法，这和水泥国家标准 GB/T1346-2011中提供的利用维卡仪的初凝针和终凝针测定水泥凝结时间的方 法一样不适用于多孔非均质的泡沫流体，原因是当测试针贯入泡沫流体材料中 时，其会通过泡沫空间和孔壁液膜，而泡沫空间中为空气，对贯入针的阻力基 本为零导致测定数据会有误差。而泡沫混凝土的行业标准JG/T266-2011中仅 提供了泡沫混凝土的稠度标准，并未给出凝结时间测定的标准。因此提出一种 准确有效的泡沫流体凝结时间的测定方法十分有必要。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种以失去流动时间表征泡沫流体凝结特 性的测试装置。为解决上述问题，通过分析水泥基泡沫流体的微观机理，得出 在凝结过程中对单个泡沫体而言其水化反应促进泡沫孔壁迅速凝结，泡孔稳定 性增强，结构不易变形，最终导致单个泡沫体流动阻力加大，流动困难。对整 体而言泡沫孔壁上水化产物增多，并且整体析出，在不同颗粒之间相互桥接， 单个泡沫颗粒连成一片，整体流动，相互阻碍，最终慢慢失去流动性，达到凝 结状态。为此我们通过本发明装置进行实验并提出失去流动时间(Lossfluidity time，LFT)指标，作为表征无机固化泡沫流体的凝结特性，LFT表示当泡沫 流体达到不再流动状态所需的时间。

本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该以失去流动时间 表征泡沫流体凝结特性的测试装置，它包括测试架和测量容器；所述测试架包 括底板，在底板上竖向固定有两块支撑板，两块支架板互成90度角通过所述 两块支撑板固定于底板上，在底板的四个角上分别设有一个调平螺丝和一个调 平螺母；所述测量容器为长方体，其上端开口，在测量容器的器壁中部刻划有 一条初始线，以测量容器一侧面的一条竖边底端至另一条竖边上部的连线作为 至平线；当测量容器放置于两块支架板所形成的90度角内时，测量容器水平 放置时位于初始线处体积量的待测泡沫流体在重力作用下缓慢流动，最后流至 水平时泡沫流体顶部水平面正好停留在至平线处。

具体的，所述测试架的底板、支撑板、支架板以及测量容器均采用有机玻 璃材料制成。

具体的，所述两块支架板分别与底板成60度和30度夹角通过支撑板固定 于底板上；所述测量容器的长、宽、高分别为10cm、10cm、23cm，初始线位于 距测量容器底面10cm的高度处，至平线位于测量容器一侧面的对角线上。

本发明的第二个目的在于提供基于上述以失去流动时间表征泡沫流体凝 结特性的测试装置的测试方法，该方法包括如下顺序的步骤：

(1)调整底板四个角上的调平螺丝使装置处于水平，再将一定孔隙率的 水泥基泡沫流体注入测量容器中，使泡沫流体体积达到初始线处；

(2)从泡沫流体制备结束开始计时，在某一时刻T_i后将测量容器倾斜放 置在支架板所形成的90度角内，同时开始计时；测量容器中已制备好的水泥 基泡沫流体会因重力顺势向下流动，最终呈现水平或者接近水平并使水泥基泡 沫流体的顶部水平面蔓延至测量容器的至平线处；当水泥基泡沫流体流至至平 线处时停止计时，此时计时为t_i，并将其称为至平时间，将至平后的测量容器 从支架板上拿下来放正，使水泥基泡沫流体恢复初始状态；

(3)在相同时间间隔T_i+1时刻，再次将测量容器放于支架板上计时，重 复之前操作，将得到另一个至平时间t_i+1；因为水泥基泡沫流体随着时间的进 行会发生反应逐渐凝结，每次至平所需要的时间会增加；在得到多组(t,T)后， 绘制该孔隙率下的t-T曲线，并对曲线进行拟合，拟合后得出曲线有条渐近线， 因相同时间间隔下，t随时间增大将无限增大，趋于无穷，我们可认为到达至 平线的时间无穷大时为水泥基泡沫流体已凝结，故渐近线对应的时刻T_LF即为 水泥基泡沫流体的失去流动性的时间，简称LFT。

本发明的测试装置结构简单、构思巧妙，测试方法操作简便、结果准确， 其创新点及有益效果主要体现在如下几点：

(1)使用通过取相同时间间隔反复倾斜容器并将泡沫流体每次到达至平 线的时间进行函数拟合后得到的渐近线对应的时间作为泡沫流体的凝结时间， 并将凝结时间称为失去流动时间(LFT)，这样测试的结果准确性更高。

(2)使用便于观察和操作的透明的有机玻璃为实验装置，较其他测试方 法便捷、科学。

附图说明

图1是本发明实施例装置的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明的实验流程示意图。

图4是本发明的函数拟合图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1、图2，本实施例的装置包括测试架1和测量容器2。测试架1 包括底板103，在底板103上竖向固定有两块支撑板102，两块支架板101互 成90度角通过所述两块支撑板102固定于底板103上，左右两块支架板101 分别与底板成60度和30度夹角，使放置其上的装有待测泡沫流体的测量容器 2中的待测泡沫流体能流至本实施例中的至平线203。在底板103的四个角上 分别设有一个调平螺丝105和一个调平螺母104，四对调平螺母104和调平螺 丝105相互配合使整个装置处于水平。上述测试架1的底板103、支撑板102、 支架板101均采用有机玻璃材料制成。测量容器2是一个长、宽、高分别为10cm、 10cm、23cm的长方体，其上端开口，测量容器2也采用有机玻璃材料制成。在 距测量容器2的底面201的10cm高度处的器壁上刻划有一条初始线202，其作 用是限定待测泡沫流体的体积。以测量容器2一侧面的对角线作为至平线203， 其作用是检测泡沫流体流动性是否丧失和记录泡沫流体流动时间。当测量容器 2放置于两块支架板101所形成的90度角内时，测量容器2水平放置时位于初 始线202处体积量的待测泡沫流体在重力作用下缓慢流动，最后流至水平时泡 沫流体顶部水平面正好停留在至平线203处。

参见图3、图4，基于上述以失去流动时间表征泡沫流体凝结特性的测量 装置的测量方法，通过下述步骤完成对待测试泡沫流体失去流动时间的测定：

步骤1：调整调平螺丝105使装置处于水平，再将密度为400g/cm³的水泥 基泡沫流体注入到长方体测量容器2中，使浆体体积到达初始线202处。

步骤2：从制备结束开始计时，在2分钟后将测试架1置于水平面上，再 把测量容器2倾斜放置在支架101上，与水平成30度角，同时开始计时；测 量容器2中已制备好的水泥基泡沫流体会因重力顺势向下流动，如图3中的① →②→③→④→⑤→⑥所示，最终呈现水平或者接近水平并蔓延至至平线203 处。当水泥基泡沫流体流至至平线203处时停止计时，此时计时为2分钟，为 第一个“至平时间”。将至平后的测量容器2从支架101上拿下来放正，使水 泥基泡沫流体恢复初始状态。

步骤3：在相同时间间隔2分钟后，再次将测量容器2放于支架101上计 时，重复之前操作，将得到第二个“至平时间”，2.25分钟。然后，一直重复 以上的操作，得到多组(t,T)。通过Matlab绘制该孔隙率下的t-T曲线，并 对曲线进行拟合，拟合后得出曲线方程为t＝19.2/(14-T)+0.48，可发现该方程 有条渐近线T＝14，因相同时间间隔下，t随时间增大将无限增大，趋于无穷， 我们可认为到达至平线的时间无穷大为无机固化泡沫已凝结，故渐近线对应的 时刻T_LF＝14即为该孔隙率下水泥基泡沫流体的失去流动性的时间，简称LFT。

以上显示和描述了发明的基本原理、主要特征以及发明的优点。本行业的 技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描 述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发 明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。