本发明涉及轻质泡沫混凝土材料的性能测试技术领域，具体为一种泡沫混凝土初凝时间的测试装置及方法。
背景技术：
泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂制备成泡沫，再将泡沫加入到由水泥、轻质骨料、掺合料、外加剂和水制成的料浆中，经机械混合搅拌、浇注成型、养护而成。泡沫混凝土中分布着大量的微细气孔，其容重大大低于普通混凝土，在泡沫的“滚珠效应”下，其流动性非常大，施工方便，可以浇筑到机械和人工无法进入的隐蔽区域和地下空间，同时兼具极佳的防火和保温隔热等性能。凝结时间是泡沫混凝土的一项重要物理性能，直接关乎到具体的施工应用和工程质量。泡沫混凝土必须在初凝状态前完成浇注成型，同时泡沫混凝土也应具有合理的凝结时间范围，因为泡沫是不稳定相，如果凝结时间过长，泡沫会逐渐破灭，影响到泡沫混凝土的自身性能。如果凝结时间过短，水化反应迅速，放出热量较大，泡沫也会不稳定，从而影响到泡沫混凝土性能。目前普通水泥混凝土的凝结时间测试方法主要有贯入阻力法、电测试法、超声测试法以及水化放热曲线法等，这些方法适用于容重大于1800kg/m3、孔隙率小于10％的混凝土。相关探索性试验研究表明，由于泡沫混凝土的多孔性和非均质性，其孔隙率一般在60％以上，容重通常小于1000kg/m3，常规的混凝土凝结时间的判定指标及测试方法难以表征泡沫混凝土的凝结硬化性能。初凝时间应兼顾泡沫的稳定性，确保施工过程中不会因为泡沫的变形或者破灭而影响泡沫混凝土硬化后的性能；终凝时间是分层浇筑中，下层达到满足上层浇筑高度的强度所对应的时间。当前，关于泡沫混凝土凝结时间的研究较少，仅有的文献报道还是套用普通混凝土的凝结时间测试方法，阻碍了泡沫混凝土早期性能的提升研究。
泡沫混凝土中的泡沫是较为脆弱的物相，随着时间变化以及搅拌和浇筑过程中的摩擦作用，泡沫稳定性逐渐下降，进而导致泡沫混凝土的流动性显著降低。即使泡沫的性能足够稳定，泡沫混凝土的流动性也会随着水泥水化慢慢降低，因此新拌泡沫混凝土在达到某一临界状态之后就不适合继续浇筑，难以自行填充浇筑空间，所以泡沫混凝土的初凝状态与其流动性戚戚相关，而泡沫混凝土的流动性与其最终休止角有关。
由于泡沫随着时间变化稳定性逐渐下降，往往通过降低胶凝材料的初凝时间、使其更快的凝结，因此控制泡沫混凝土的浇筑状态更显重要。
泡沫混凝土在浇筑过程中是依靠自身的流动性实现密实填充，不能辅以高频振动，否则就会破坏泡沫的稳定性，从而劣化泡沫混凝土的性能。只能依靠其自身较大的流动性(与重力和粘聚力有关)来排出浇筑空间的空气，而由于浆料的表面张力和粘聚力影响，最难填充的往往是一些角落位置，因此泡沫混凝土浇筑时的状态必须是依靠其自身流动性能够顺利排出角落的空气。
泡沫混凝土泵送时承受较大压力，而泵送至浇筑点后压力又陡然消失，这种压力的施、放过程对泡沫混凝土中的气泡影响较大，因此泵送前有必要经过压力试验。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种测试简单、操作方便的适用于泡沫混凝土初凝时间的测试装置及测试方法，从工程应用角度真实的反映泡沫混凝土的初凝状态。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种泡沫混凝土初凝时间的测试装置，其特征在于，包括：
储料器，用于储存泡沫混凝土；所述储料器包括至少一个储料器出料口；
布料器，位于所述储料器下方；所述布料器包括至少一个布料器出料口；
接料器，位于所述布料器下方；所述接料器为截面为正多边形的开口容器；
数据测量单元，包括量高单元和计时单元；所述量高单元获取泡沫混凝土在接料器内边缘及中间凸起的高度不变化时边缘及中间凸起的高度；所述计时单元记录泡沫混凝土拌制完倒入储料器的初始时间t1及后续每次测量的时间t2、t3、﹒﹒﹒tn；
初凝时间确定单元，包括：观察泡沫混凝土充分流平后是否填充所述接料器的角落，并根据所述数据测量单元获取的高度计算休止角；判断泡沫混凝土是否达到初始凝结状态；以达到初始凝结状态时所需的时间t作为初凝时间，其中t＝tn-1-t1；
所述判断泡沫混凝土是否达到初始凝结装置的条件包括：(1)泡沫混凝土不能充分填充接料器角落；(2)泡沫混凝土休止角超过5°；当泡沫混凝土达到上述任一条件时判定泡沫混凝土已达到初始凝结状态。
泡沫混凝土的休止角α为：
α＝arctan(h2-h1)/r
其中，h2为中间凸起高度，h1为四边边缘高度平均值，r为接料器半径。
还包括加压单元，对所述布料器内的泡沫混凝土进行加压；
所述初凝时间确定单元还包括：计算加压后泡沫混凝土在接料器休止角不超过5°的体积并计算泡沫混凝土的容重；所述判断泡沫混凝土是否达到初始凝结装置的条件还包括：(3)加压后泡沫混凝土容重变化超过10％；当泡沫混凝土达到任一判定条件时判定泡沫混凝土已达到初始凝结状态。
加压后泡沫混凝土在接料器内的体积v和容重ρ分别为：
v＝a*[h1+0.707(h2-h1)]
其中，a为接料器底面正方形面积；
ρ＝m/v
其中，m为布料器内泡沫混凝土的质量。
所述三个判断条件彼此独立的同时又相互关联。独立在于有时泡沫混凝土虽然流动性很好，但是其自身填充阴角的能力欠缺，当条件(2)中休止角处于4～5°时，泡沫混凝土的流动性虽较好，但还需条件(1)来判断其是否具备自行填充阴角区域；有时自行填充能力较好，但是又不具备泵送能力。关联在于泡沫混凝土在实际工程中大规模推广使用时，此三个条件缺一不可。
在所述布料器上设置有溢浆口。
所述储料器位于立柱上端；在所述立柱上设置有可绕所述立柱转动的第一转动装置和第二转动装置；在所述第一转动装置上设置有第一布料器和第二布料器，在所述第一布料器上设置有加压单元；在所述第二转动装置上设置有第一接料器和第二接料器；所述第一接料器位于所述第一布料器出料口下方，所述第二接料器位于所述第二布料器出料口下方。
一种泡沫混凝土初凝时间的测试方法，其特征在于，包括：
待测泡沫混凝土拌制完倒入储料器中，此时开始计时；
由储料器向布料器内注入浆料，由溢浆口控制注入量；
布料器出料口打开，混凝土注入接料器，等泡沫混凝土充分流平后观察泡沫混凝土是否填充角落并且读取高度并计算休止角；
根据混凝土是否填充角落和计算得到的休止角，判断泡沫混凝土是否已达到初始凝结状态，并将泡沫混凝土已达到初始凝结状态的时间作为泡沫混凝土的初凝时间。
判断泡沫混凝土已达到初始凝结状态的两个充分条件是：(1)泡沫混凝土不能充分填充布料器角落；(2)泡沫混凝土休止角超过5°。
所述储由储料器向布料器内注入浆料包括：储料器同时向两个布料器内同时注入浆料，两个布料器一个为无压布料器，一个为加压布料器；加压布料器根据泡沫混凝土的浇筑环境调节压力，并持续压力15～30s；
无压布料器与加压布料器同时打开，混凝土注入接料器，等泡沫混凝土充分流平后观察泡沫混凝土是否填充角落并且计算休止角；待泡沫混凝土在接料器内充分流平后读取体积并计算泡沫混凝土的容重；
将容重作为判断泡沫混凝土已达到初始凝结状态的一个充分条件，即：加压后泡沫混凝土容重变化超过10％。
本发明从泡沫混凝土的自身特性及工程应用出发对其初凝状态进行了定义，规避了传统谈到混凝土凝结时间就套用贯入阻力法的定向思维，改用影响泡沫混凝土浇筑或泵送质量的指标(流动性及容重变化)来确定泡沫混凝土的初凝时间，对泡沫混凝土的发展起到积极引导作用。
流动性指标从休止角以及能否充分填充接料器角落两个方面入手，接料器的截面形状为多边形，正方形是最合适的选择，可以有4个角落供人为观察泡沫混凝土能否顺利的填充角落区域。与传统混凝土中测试坍落度、扩展度的方法也有较大不同，这是因为泡沫混凝土本身较脆弱，不能辅以振动的方式浇筑，所以只能自流平，特别是一些角落区域，其应能克服自身粘结力去填筑充满。
此外在装置中引入了加压装置，对泡沫混凝土进行压力测试，可得到加压状态下的泡沫混凝土的凝结状态。
本发明的有益效果在于：由于泡沫混凝土是一种低强度多孔结构，如果借用普通混凝土的贯入阻力法或者水泥浆体的试针法，很难表征泡沫混凝土的凝结时间，甚至在实际工程应用中会产生严重的质量事故；本发明通过加压后泡沫混凝土容重变化、填充接料器状态以及最终休止角来建立泡沫混凝土初凝状态的评价指标，无论是从材料性能研究还是施工应用，都具有显著的技术先进性，有利于保障泡沫混凝土的浇筑质量。
附图说明
图1为本发明装置的示意图。
图中编号：1-储料器；2-无压布料器；3-加压布料器；4-接料器；5-转动装置；6-出料口；7-溢浆口；8-中轴；9-底座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的介绍。
如图1所示，本发明泡沫混凝土初凝时间的测试装置，主要包括：储料器1、无压布料器2、加压布料器3以及接料器4。
储料器1、无压布料器2、加压布料器3以及接料器4均通过一根中轴8连接。中轴8从上往下依次相隔0.5m连接储料器1、无压布料器2、加压布料器3以及接料器4，并由计时器控制它们的工作。无压布料器2和加压布料器3为直径12cm的圆柱形桶，对称布置在中轴8两侧，上部8.8cm处各有一个溢浆口7，控制用料为1.024l。加压布料器3上部有密封盖板，并可用加气泵通过溢浆口对内部浆料进行加压。接料器4为棱柱型，在本实施例中为方柱，上有8个有刻度透明盘，每个盘的尺寸为16cm:16cm:10cm(长:宽:高)，由转动装置5与中轴8连接，均匀环绕在中轴周围。待测泡沫混凝土拌制完后倒入储料器，此时开始计时。储料器同时向加压布料器和无压布料器内注入浆料，由溢浆口控制注入量。加压布料器根据泡沫混凝土的浇筑环境由加气泵通入空气调节压力，并持续压力15～30s后，布料器下嘴口打开，混凝土注入接料器，待泡沫混凝土在接料器内充分流平后读取体积并计算泡沫混凝土的容重，这可检验泡沫混凝土经过泵送压力之后是否会失稳损泡；无压布料器与加压布料器同时打开，浆料流入对侧的接料器，同样等泡沫混凝土充分流平后观察泡沫混凝土是否填充角落并且计算休止角，这两项工作可以泡沫混凝土流动性大小以及能否充分的填充浇筑区的阴暗角落。初始每20min测定一次，若浆体开始变稠，间隔时间缩短至5min。泡沫混凝土同时满足：(1)加压后泡沫混凝土容重变化不超过10％；(2)泡沫混凝土能充分填充接料器角落；(3)泡沫混凝土休止角小于5°，或者无压浇筑混凝土同时满足后两个条件时混凝土才能顺利施工，当其中任一条件不满足，则取前一满足全部要求的时间作为泡沫混凝土的计算初凝时间。
本发明的测试方法是：
以800级泡沫混凝土为例，将800级泡沫混凝土拌制均匀后倒入直径为50cm，高度为10cm的圆盘储料器中。储料器将物料经由两个出料口注入加压(无压)布料器，待溢浆口中浆体稳定流出后自动关闭出料口，后计时器控制每20min打开一次储料器的出料口。加压布料口和无压布料口为直径12cm的圆筒，对称布置在中轴两侧，上部8.8cm处各有一个溢浆口，每次加满后泡沫混凝土体积为1.024l。加压布料器上的密封盖板合上，并通过加气泵经由溢浆口通入气体加压至0.1mpa，压力持续30s后加压(无压)布料器的出料口打开，泡沫混凝土流入下方接料器对应的矩形接盘中，每个盘的尺寸为16cm:16cm:10cm(长:宽:高)。待接盘中的泡沫混凝土充分流平后，观察接料盘中泡沫混凝土流动状态并读取刻度。设置控制器每20min重复上述过程一次，既从储料器出料口第一次出料完毕20min后又打开出料，同时下方的接盘顺时针转动一次，将下个接盘对准布料器出料口。待观察到泡沫混凝土开始变稠后将间隔时间调为5min。
实例现象和具体数据见表1。
表1800级泡沫混凝土的测试结果
从表1可以看出此泡沫混凝土在第50min时休止角大于5°，不满足条件(3)“泡沫混凝土休止角小于5°”。而第45min时泡沫混凝土能够顺利填充接料器四个角落区域，休止角很小，同时其容重变化为7.5％(＜10％)，三个条件均满足，因此其初凝时间为45min。