一種透水混凝土透水係數的測試裝置及方法與流程
2023-11-10 16:58:57
本發明涉及的是一種透水混凝土透水係數的測試裝置和方法，屬於土木工程材料中透水混凝土測試技術領域。
背景技術：
透水混凝土是一種由粗骨料、水泥和水拌制而成的多孔混凝土，它不含或只含少量細骨料，是由粗骨料表面包裹一層水泥漿體粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構，具有透水、透氣和重量輕等特點。目前透水混凝土主要用於透水路面、河堤邊坡加固及城市綠化等工程。透水混凝土可以快速將地表徑流水排入地下，有效補充地下水，緩解城市地下水位下降帶來的環境問題，並能有效固土防砂，保持邊坡穩定，孔隙提供植物生長的空間，兼顧城市綠化要求。透水係數是檢驗透水混凝土透水性能的重要指標。
目前透水混凝土透水係數測試方法可以分為兩種：固定水位法和變動水位法。其中固定水位法是根據達西定律，在透水套筒上部持續注入水，使之在試驗時間內保持固定水位高度，通過量取在試驗時間內流過透水混凝土的出水量，來計算得到的透水係數，這種試驗方法得到的透水係數被稱為固定水位透水係數。日本混凝土工學學會推薦的大孔混凝土透水性試驗方法和住建部標準cjjt135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》所採用的透水係數測試方法即為固定水位法。變動水位法是採用變化水頭的方法，從一定的水頭高度開始，通過測量試件表面水位下降一定高度所需要的時間，來計算得到變動水位透水係數。北京市地方標準db11/t775-2010《透水混凝土路面技術規程》中附b所建議的透水混凝土路面透水性試驗方法等所採用的透水係數測試方法為變動水位法。
兩種測試方法所依據的理論是不同的，所得到的透水係數有著不同的物理意義。從測試方法的簡便程度來看，固定水位法由於要求在測試時間內保持固定的水位高度，相對於變動水位法，測試更加複雜，對試驗條件的要求更加嚴格。因此在透水混凝土路面的現場檢測中常採用變動水位法。同時在現場檢測中變動水位法不需要鑽孔取樣，破壞透水混凝土路面，是一種無損檢測方法。但是固定水位法依據達西定律，有著更加嚴謹的物理意義。兩種不同類型的透水係數之間的關係如何，以及它們之間如何轉化，目前尚無有效精確的測試裝置進行研究驗證。
公開號為cn103398929a的透水水泥混凝土滲透係數測試裝置及方法，改進了透水混凝土透水係數測試裝置結構複雜及密封性不佳等技術問題，是測試固定水位透水係數的測試裝置，不適用與測試變動水位透水係數。
公開號為cn203824874u的一種測量透水混凝土透水係數的試驗裝置，通過使用防水布和橡膠套包裹試件，解決現有裝置準確度和穩定度低的問題。是測試變動水位透水係數測試裝置，不適用與測試固定水位透水係數。
技術實現要素：
為解決透水混凝土透水係數測試裝置只能測量一種透水係數以及透水係數測試裝置結構複雜等技術問題。本發明提供一種可以便捷測量固定水位透水係數和變動水位透水係數的測試裝置和方法，可以利用同一套測試裝置，測試兩種不同的透水係數，對於研究兩種不同透水係數之間的轉化關係，具有一定的幫助。
本發明的技術方案如下：
本發明提供一種透水混凝土透水係數的測試裝置，包括供水閥門、透水混凝土試樣、量杯，還包括依次連通且內徑相同的透水圓筒、橡膠套管、連接管、溢流管，連接管上設置有不可調節流量的止水閥門，所述供水閥門為可調節流量閥門，其一端與供水管相連，另一端對準透水圓筒的上口，所述透水混凝土試樣被緊密裹於橡膠套管中，且其外徑與橡膠套管的內徑相同，所述透水圓筒上帶有刻度標識，所述溢流管為透明材質圓筒，其上設置有溢流口，所述量杯設置於溢流口下，量杯中設置有溫度計，所述溢流口的高度高於橡膠套管上口的高度，所述透水圓筒上口的高度高於溢流管中溢流口的高度。
作為本發明的進一步改進，所述透水混凝土試樣的四周塗有防水塗料，並纏繞防水帶。
作為本發明的進一步改進，所述連接管包括過渡管、第一連接管和第二連接管，所述橡膠套管與過渡管通過第一連接管相連，所述過渡管與溢流管通過第二連接管相連，且第一連接管和第二連接管的內徑與透水圓筒、橡膠套管、過渡管和溢流管相同，所述止水閥門設置於過渡管上。
作為本發明的進一步改進，所述橡膠套管的上端套設於透水圓筒的下端外部，且採用第一金屬環箍固定連接；所述橡膠套管的下端套設於第一連接管的上端外部，且採用第二金屬環箍固定連接。
本發明還提供一種透水混凝土透水係數的測試裝置的測試方法，所述透水係數包括固定水位法透水係數和變動水位法透水係數；
測試所述固定水位法透水係數包括以下步驟：
步驟1：取圓柱體透水混凝土試樣，用測量圓柱體透水混凝土試樣的直徑d和高度l，計算圓柱體透水混凝土試樣的表面積a；
步驟2：將試樣四周密封內裹於橡膠套管中，以防止水流從試件與橡膠套管之間流過；
步驟3：將橡膠套管連接於透水圓筒和過渡管之間；
步驟4：將止水閥門打開，打開供水閥門，使水流入透水圓筒中，並通過試樣滲透至溢流管內，待溢流管中溢流口有水流出後，調節供水閥門進水量，使透水圓筒內保持規定的水位高度，待溢流管的溢流口和透水圓筒的流水量穩定後，用量筒從溢流管的溢流口處接水，同時記錄時間t內流出的水量q；
步驟5：測量透水圓筒的水位與溢流口水位之差h，用溫度計測量量杯中水的溫度t；
步驟6：重複步驟4、5若干次，取q、h、t平均值；計算透水係數式中，kt是水溫為t℃時試樣的透水係數；q是時間t秒內溢流出的水量；l是試樣的高度；a是試樣的上表面積；h是水位差；t是時間；
測試所述變動水位法透水係數包括以下步驟：
步驟1：取圓柱體透水混凝土試樣，用測量圓柱體透水混凝土試樣的直徑d和高度l，計算圓柱體透水混凝土試樣的表面積a；
步驟2：將試樣四周密封內裹於橡膠套管中，以防止水流從試件與橡膠套管之間流過；
步驟3：將橡膠套管連接於透水圓筒和過渡管之間；
步驟4：將止水閥門打開，打開供水閥門，使水流入透水圓筒中，並通過試樣滲透至溢流管內，待溢流管中溢流口有水流出後，關閉供水閥門和止水閥門；此時透水圓筒和溢流管中保持一定水位差；打開止水閥門，待透水圓筒中水位降至第一刻度h1時開始計時，至水位降至第二刻度h2時計時終止；
步驟5：記錄透水圓筒的兩次水位之差h＝h1-h2，用溫度計測量試驗中溢流水槽中水的溫度t；計算透水係數式中，kt′是水溫為t℃時試樣的透水係數；h是試驗水位差；t是試驗持續時間。
進一步，所述步驟4中供水閥門提供的水流是無氣水。
進一步，所述透水混凝土試樣在進行試驗前進行抽真空操作，排除透水混凝土中的空氣。
本發明的有益效果如下：
本發明的透水混凝土透水係數測試裝置和方法，可以用於測量固定水位透水係數和變動水位透水係數。測試裝置使用橡膠套管包裹密封透水混凝土試件，外側使用金屬環箍同透明圓筒和連接管固定，保證測試裝置的密封性。測試裝置中帶有可調節水量供水閥門，便於調節流入透水圓筒水量，保證固定水位透水係數測試的準確性，帶有止水閥門，保證變動水位透水係數測試的準確性。同時，試樣安裝完成後，可以先後測量兩種透水係數，減少由於試樣密封及測試裝置安裝差異帶來的誤差，便於兩種透水係數的比較。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為本發明透水混凝土透水係數測試裝置的示意圖；
圖中，1、透水圓筒，2、供水閥門，3第一金屬環箍，4、第二金屬環箍，5、第一連接管，6、橡膠套管，7、溢流管，8、量杯，9、過渡管，10、第二連接管，11、供水管，12、溢流口，13、止水閥門。
具體實施方式
現結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
本發明一種測量透水混凝土透水係數的測試裝置，用於測量圓柱體透水混凝土試樣的固定水位透水係數和變動水位透水係數。該裝置包括供水閥門2、供水管11、透水圓筒1、橡膠套管6、金屬箍、連接管、止水閥門13、溢流管7和量杯8等。供水閥門2和供水管11連接入水管道為測試裝置提供無氣水，供水閥門2為可調節流量閥門。透水圓筒1為內徑與透水混凝土試樣直徑相同或相仿的透明材質圓筒，並帶有刻度標識。橡膠套管6內徑略小於透水圓筒1外徑。溢流管7為透明材質圓筒，上裝有漏鬥形的溢流口12。量杯8設置在溢流管7的溢流口12下，在量杯8中應設有溫度計。溢流口12高度高於橡膠套管6，透明圓筒1高度高於溢流管7中溢流口12的高度。13止水閥門位於透水圓筒1和溢流管7之間。
本技術方案用於測量透水混凝土的固定水位和變動水位透水係數，測量裝置一側為透水圓筒1，下部為試樣，試樣四周塗抹凡士林或防水塗料，並纏繞防水膠帶或防水布，外用橡膠套管6包裹試件，橡膠套管6下側為連接管，連接管中裝有止水閥門13，測試裝置另一側為溢流管7，溢流管7下側與連接管相連。透水混凝土試件包裹在橡膠套管6內，橡膠套管6通過環箍與透水圓筒1和連接管相連。凡士林或防水塗料、防水膠帶或防水布及橡膠套筒1保證了透水混凝土試件側面的密封性，提高了透水係數測試的精度。
為保證測試裝置的密封性，透水圓筒1與連接管及溢流管的外徑和厚度相一致。所用橡膠套管長度大於試樣高度，兩端同透水圓筒與連接管相連，橡膠套管外側使用金屬環箍旋緊以保證測試裝置的密封性。
為保證測試裝置的穩定性，測試裝置安裝完畢後應使用支撐腳安放於水平桌面，並在測試過程中保持測試裝置呈垂直狀態。
為保證測試裝置上下銜接緊密，所述透水圓筒、連接管和溢流管外徑保持一致，並與橡膠套管內徑相同。透水混凝土試件外徑同橡膠套管內徑相同。
為保證測試裝置水流的調節與止回，所述供水閥門2為可調節流量閥門，止水閥門13為不可調節流量的止水閥。
如圖1所示，是本發明的優選實施例，透水混凝土透水係數的測試裝置包括供水閥門2、供水管、透水圓筒1、橡膠套管6、第一金屬環箍3、第二金屬環箍4、連接管、止水閥門9、溢流管7和量杯8。連接管優選為如圖1所示的分體式結構，即連接管包括第一連接管5、過渡管9和第二連接管10。供水閥門2和供水管11連接入水管道，為測試裝置提供無氣水，供水閥門2為可調節流量閥門。透水圓筒1為內徑與透水混凝土試樣直徑相同或相仿的透明材質圓筒，並帶有刻度標識。橡膠套管6內徑略小於透水圓筒1外徑。溢流管7為透明材質圓筒，上裝有漏鬥形的溢流口；量杯8設置在溢流管7的溢流口下，在量杯中應設有溫度計；溢流口高度高於橡膠套管6，透明圓筒1高度高於溢流管中溢流口的高度。止水閥門9位於透水圓筒1和溢流管7之間。
測量裝置一側為透水圓筒1，下部為試樣，試樣四周塗抹凡士林或防水塗料，並纏繞防水膠帶或防水布，外用橡膠套管6包裹試件，橡膠套管6下側為第一連接管5，第一連接管5與過渡管9的一端連接，過渡管9中裝有止水閥門9，測試裝置另一側為溢流管7，溢流管7下側與第二連接管10相連，第二連接管10與過渡管9的另一端連接。透水混凝土試件包裹在橡膠套管6內，橡膠套管6通過第一金屬環箍3和第二金屬環箍4分別與透水圓筒1和連接管5相連。凡士林或防水塗料、防水膠帶或防水布及橡膠套管6保證了透水混凝土試件側面的密封性，提高了透水係數測試的精度。
本實例中，透水圓筒1和溢流管7採用透明有機玻璃材質，連接管採用pvc材料，橡膠套管6採用橡膠材質。透水圓筒1外徑為80mm，高度為600mm，為便於讀取水位，圓筒外壁帶有刻度標識。溢流管7外徑為80mm，高度為500mm。透水混凝土試件外徑為80mm，高度為100mm。橡膠套管6內徑為80mm，高度為140mm。
下面結合圖1對本發明的操作步驟進行說明，透水混凝土透水係數測試方法，採用上述透水混凝土透水係數測試裝置，包括如下步驟：
1.取圓柱體透水混凝土試樣，用鋼直尺測量圓柱試樣的直徑(d)和高度(l),分別測量兩次，取平均值，讀數精確值1mm，計算圓柱體試樣的表面積(a)。
2.將試樣四周塗抹凡士林或防水塗料，並纏繞防水膠帶或防水布，外用橡膠套管包裹，以防止水流從試件與橡膠套管之間流過。調整透水混凝土試樣至橡膠套管中間位置，上下各留出20mm。
3.將橡膠套管上下端套在透水圓筒、連接管上，使透水圓筒、連接管同試樣相接。並在橡膠套管的外側使用金屬環箍旋緊將橡膠套管同透水圓筒、連接管密封。
4.將測試裝置的止水閥門打開，打開供水閥門，使水流入透水圓筒中，並通過試樣滲透至溢流管內，待溢流管中溢流口有水流出後，調節供水閥門進水量，使透水圓筒內保持一定的水位高度(約150mm),待溢流管的溢流口和透水圓筒的溢流口的流水量穩定後，用量筒從溢流管的溢流口處接水，同時記錄5min流出的水量(q)。
5.測量透水圓筒的水位與溢流口水位之差，(h)，精確至1mm。用溫度計測量試驗中溢流水槽中水的溫度(t)，精確至0.5℃。
6.重複步驟4、5三次，取q、h、t平均值。
固定水位透水係數按下式計算：
式中kt---水溫為t℃時試樣的透水係數(mm/s)；
q---時間t秒內溢流出的水量(mm3)；
l---試樣的高度(mm)；
a---試樣的上表面積(mm2)；
h---水位差(mm)；
t----時間(s)。
試驗結果以3塊試樣的平均值表示，計算精確至1.0×10-2mm/s。
本試驗以15℃水溫為標準溫度，標準溫度下的透水係數應按下式計算：
式中k15---標準溫度時試樣的透水係數(mm/s)；
ηt---t℃時水的動力黏滯係數(kpa·s)；
η15---15℃時水的動力黏滯係數(kpa·s)。
7.測試結束完成後，鬆開連接透水圓筒、連接管和橡膠套管的金屬環箍，取出橡膠套管中試樣，將測試裝置洗淨保存。
為減小誤差，提高試驗精度，所述步驟4中供水閥門提供的水流宜使用無氣水。
(2)變動水位法透水係數：
1.與上述固定水位法相同。
2.與上述固定水位法相同。
3.與上述固定水位法相同。
4.將透水係數測試裝置的止水閥門打開，打開供水閥門，使水流入透水圓筒中，並通過試樣滲透至溢流管內，待溢流管中溢流口有水流出後，關閉供水閥門和止水閥門。此時透水圓筒和溢流管中保持一定水位差。打開止水閥門，待透水圓筒中水位降至第一刻度(h1)時開始計時，至水位降至第二刻度(h2)時計時終止。
5.記錄透水圓筒的兩次水位之差，(h＝h1-h2)，精確至1mm。用溫度計測量試驗中溢流水槽中水的溫度(t)，精確至0.5℃。
變動水位透水係數按下式計算：
式中kt′---水溫為t℃時試樣的透水係數(mm/s)；
h---試驗水位差(mm)；
t----試驗持續時間(s)。
試驗結果以3塊試樣的平均值表示，計算精確至1.0×10-2mm/s。
變動水位透水係數溫度調整公式同固定水位透水係數。
為減小誤差，提高試驗精度，所述步驟4中供水閥門提供的水流宜使用無氣水。
透水混凝土試樣在進行試驗前需放入抽真空裝置，進行抽真空操作，排除透水混凝土中的空氣。
本發明所採用的密封方式為在試件四周塗抹凡士林或防水塗料，並纏繞防水膠帶或防水布，外用橡膠套管包裹試件，試驗採用多重密封方式相結合，密封緊密，避免側面漏水。實驗操作簡便，測量準確，設計合理，易於推廣。
本發明的橡膠套管上下分別套在透明圓筒和連接管上，外用金屬環箍旋緊。保證了測試裝置連接部分緊密，避免連接處漏水。測試裝置安裝試樣方便，拆卸方便，試樣通過橡膠套管密封，橡膠套管同透明圓筒和連接管通過金屬環箍密封，保證了測試裝置的精確性。
透水混凝土透水係數測試裝置存在的普遍問題在於試件密封性不好，部分水分會從試件與密封材料之間流出，影響試驗結果的準確性。同時無法對比研究兩種類型透水係數之間的關係。
綜上所述，本發明的一種透水混凝土透水係數的測試裝置和測試方法，可用於測試固定水位透水係數和變動水位透水係數。本發明的裝置包括供水閥門、供水管、透水圓筒、橡膠套管、金屬箍、連接管、止水閥門、溢流管和量杯；測量裝置一側為透水圓筒，下部為試樣，試樣四周塗抹凡士林或防水塗料，並纏繞防水膠帶或防水布，外用橡膠套管包裹試件，橡膠套管下側為連接管，連接管中裝有止水閥門，測試裝置另一側為溢流管，溢流管下側與連接管相連。透水混凝土試件包裹在橡膠套管內，橡膠套管通過環箍與透水圓筒和連接管相聯。透水圓筒為內徑與透水混凝土試樣直徑相同或相仿的透明材質圓筒，並帶有刻度標識；溢流管為透明材質圓筒，上裝有漏鬥形的溢流口。凡士林或防水塗料、防水膠帶或防水布及橡膠套筒保證了透水混凝土試件側面的密封性，提高了透水係數測試的精度。調整供水閥門和止水閥門的開閉狀態，可以使測試裝置用於測試固定水位透水係數和變動水位透水係數。
以上所述本發明的較佳實施案例為啟示，相關人員可以在不偏離本發明技術思想的基礎上進行適當變更和改進。本發明的技術性範圍不局限於說明書內容，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。