CN102353624B - 塑性混凝土渗透试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑性混凝土渗透试验装置，包括压力控制柜以及与其相连的塑性混凝土渗透仪，所述塑性混凝土渗透仪包括底座，底座上部设有一个可旋转的连接环，连接环与底座通过外部的若干把手相连；连接环通过螺纹与其上部的压力室相连，压力室通过螺纹与其上部的上盖相连；上盖与底座之间通过若干立柱相连；所述上盖中心设置有位于压力室内上部的顶帽，顶帽上部通过活动上盖把手连接固定于上盖，压力室内底部的底座上设有与顶帽相对应的底帽，所述底帽上设有贯穿底帽和底座的渗透压力接管和下排水排气管；所述顶帽上设有与压力室试件相通且贯穿活动上盖的周围压力管、上排水排气管和接量管的管路。本发明同时还公开该装置的试验方法。

Description

塑性混凝土渗透试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种渗透试验装置及试验方法，尤其是一种塑性混凝土渗透试验装置及其试验方法。

背景技术

塑性混凝土是一种以膨润土、粘土等掺和材料取代普通混凝土中的部分水泥而形成的一种柔性防渗体材料，有着弹性模量低、极限应变高、抗渗性能好的特点。近年来，塑性混凝土被广泛应用于水利工程大坝基础的防渗材料及堤防防渗加固的连续墙中。抗渗性是塑性混凝土的一项重要指标，目前尚未有定型的塑性混凝土渗透仪产品。

中国专利申请201010249720.3公开了一种测定塑性混凝土渗透系数的试验方法，该方法采用制作6个试件，将黄油与粉煤灰或水泥按重量比1∶2～2.5混合制成密封材料，用于试件与试模的密封。将渗透仪的水压力依次加至0.2MP，恒压6小时，劈开试件分十等分量取渗水高度，按下式：Kr＝aD² _m/2TH计算该试件的相对渗透系数。六个试件的渗透系数的平均值即为该塑性混凝土的渗透系统。

由于目前国内还未有适合塑性混凝土渗透试验的专用设备和相应试验规范。工程上求取塑性混凝土渗透系数，大多采用其它试验的专用设备模拟进行塑性混凝土的渗透试验。该专利申请就是利用了混凝土抗渗仪并套用其试验方法及试件尺寸来模拟塑性混凝土的渗透试验。

其缺点如下：

1.以平均渗水高度来求取塑性混凝土渗透系数，物理意义不明确，不能测出试件在一定时间内稳定渗流下的渗流量，因此，不能准确确定塑性混凝土渗透系数。

2.由于塑性混凝土是非匀质材料，在同一时间内各测点的渗水高度不同，以试样的劈裂面这一个面的渗水高度，来作为整个试件的渗水高度，并由此求取渗透系数，试验结果的真实性得不到保证，所得数据仅在工程的设计施工中参考使用。

中国专利201020257433.2公开了一种混凝土渗透性测试装置，其包括土工三轴仪，还包括压力容腔、加压帽、透水石、上游水管和下游水管，压力容腔呈圆筒状，测试的混凝土试样外侧套设有橡皮膜，该试样上端设有上透水石，试样下端设有下透水石，上透水石和上透水石位于压力容腔内，上透水石上端设有加压帽，加压帽上端与土工三轴仪的压杆相接触，上游水管穿过加压帽与上透水石上端面接触，下游水管前端与下透水石相接触。

该专利渗透试验装置是目前定型的土工三轴剪力仪产品，是测定土的抗剪强度的专用设备，该专利渗透试验装置并没有做出特别的改进，仅仅是在定型的土工三轴剪力仪上做了不同材料的试件，采用了不同试验方法，进行了渗透试验。只是一种渗透试验方法的尝试。其缺点：

1.试验原理物理意义不明确。只是通过试件上下游压力随时间的变化换算得到的试验结果，而不能直观反映在一定时间内得到的渗流量值，试验结果的真实性和正确性得不到保证，结果仅能参考使用。

2.试样尺寸用土的三轴剪力仪试样的固定尺寸，即：φ39.1×80mm和φ61.8×125mm.。对于渗透试验的试样来说，上述试样尺寸在径高比上非常不合理，不能满足混凝土和塑性混凝土中拌和物砂石粒径要求，设备局限性强，只能做较细颗粒、均匀试件的渗透试验。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种操作简单、使用方便、能够快速测定试样渗透系数的塑性混凝土渗透试验装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种塑性混凝土渗透试验装置，其特征在于，包括压力控制柜以及与其相连的塑性混凝土渗透仪，所述塑性混凝土渗透仪包括底座，底座上部设有一个可旋转的连接环，连接环与底座通过外部的若干把手相连；连接环通过螺纹与其上部的压力室相连，压力室通过螺纹与其上部的上盖相连；上盖与底座之间通过若干立柱相连；所述上盖中心设置有位于压力室内上部的顶帽，顶帽上部通过活动上盖把手连接固定于上盖上，压力室内底部的底座上设有与顶帽相对应的底帽，所述底帽上设有贯穿底帽和底座的渗透压力接管和下排水排气管；所述顶帽上设有与压力室试件相通且贯穿活动上盖的周围压力管、上排水排气管和接量管的管路。

所述把手一端部分固定连接在连接环上，通过旋转紧固在底座外壁上。

所述连接环与底座之间，压力室与上盖、连接环之间，顶帽与上盖之间，以及底帽与底座之间均设有密封环。

所述压力室为圆筒形螺旋坚固式压力室，其采用透明材料制作而成。

一种塑性混凝土渗透试验装置试验方法，包括以下步骤：

1).试验前将准备好的试样参照三轴剪力试验方法，将试样装入塑性混凝土渗透仪的压力室内顶帽和底帽之间，且试样的上下部分别设有透水石，通过把手旋紧压力室，并检查压力室是否有漏气现象；

2).确定压力室密封完好后，施加0.01-0.05Mpa水头压力，将装试样时带入乳胶膜与试样之间的空气通过排气管排出，或采用真空抽气装置把气体抽出；

3).当试样内部排气完成后，在压力室内施加0.05-0.10Mpa的周围压力，将试样内部多余水排出，当确定无多余水和气体后，方可进行渗透试验；

4).渗透试验时，在压力室内施加设定好的围压和渗透水压进行渗透试验；为确保试验结果的准确性，试验时渗透压力要小于压力室内围压，确保乳胶膜贴紧试样，防止绕渗；

5).随后持续观测量管读数，直至渗流稳定，开始读数记录。连续记录5-10次渗流量读数，得到第一次与最后一次读数时间间隔内的稳定渗流量，按达西定律计算渗透系数：

$k=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{AtH}}$

式中，k为渗透系数，cm/s；Q为t时间内渗透过介质的水量，cm³；A为试件截面积，cm²；L为试件高度，cm；H为作用水头，cm；(1Mpa相当于100m水头)；t为渗透时间，s。

至此，渗透试验完成。

所述步骤1)中所述试样准备时，在试样较粗糙的周边均匀地涂上硅橡胶，再在试样外围套上乳胶膜后施加围压，使乳胶膜与试样紧贴，成功地堵住了各种可能侧向渗透通道，保证了试验结果的准确性。

本发明采用螺旋紧固式压力室的形式，主要由以下几个部分组成：①压力控制柜，主要用于气压水压力转换及施加压力部分，压力范围0-0.6MPa。②塑性混凝土渗透仪，渗透仪的压力室设计采用螺旋式紧固，密封好，操作方便。试样所用尺寸参照混凝土和土工试样尺寸，选用了φ150mm×120mm，φ100mm×60mm两种圆柱体。本发明的塑性混凝土渗透试验装置的特点如下：

1、本渗透试验装置的适用性强，操作方便。为了实现上述目的，压力室设计结构分为三部分：

(1)渗透装置的底座和上盖通过立柱固定连接，可减轻压力室活动部分重量。

(2)顶帽部分通过上把手旋转紧固于上盖。

(3)压力室圆筒部分通过连接于底座的连接环上的把手，旋转紧固成一整体的渗透试验装置压力室。(注：各分部连接处均设有密封圈，设计压力范围0-0.6Mpa)。

2.试验时通过控制加压面板灵活施加不同的应力组合；

3.能直接观测渗流情况，读出流量值；

4.为解决绕渗问题，在试样较粗糙的周边均匀地涂上硅橡胶，再在试样外围套上乳胶膜后施加围压，使乳胶膜与试样紧贴，成功地堵住了各种可能侧向渗透通道，保证了试验结果的准确性。

5.根据塑性混凝土试样的配合比情况选择围压和渗透压力组合，能迅速准确地测出试样的渗透系数，大大提高了试验效率。

6.该渗透试验装置压力室结构采用螺旋紧固密封安装形式，试样装拆方便。

7.该渗透试验装置压力室上下各设计一处排气孔，可通过施加少许围压和渗透压力将安装试样时带入的气体有效地排出，也可通过施加负压将气体排出。

8.该塑性混凝土渗透试验装置适用性强，还可做普通混凝土、水泥土和自凝灰浆等材料的渗透试验，也可取得满意效果。

9.该塑性混凝土渗透试验装置具有物理意义明确、性能稳定、适用性强、试验结果准确度高等优点，是目前较为适用的塑性混凝土渗透试验设备。

附图说明

图1是本发明原理图；

图2是本发明塑性混凝土渗透仪构造图；

其中1-活动上盖把手；2-周围压力管；3-活动上盖；4-上排水排气管；5-接量管；6-上盖；7-顶帽；8-压力室；9-立柱；10-试样；11-透水石；12-把手；13-渗透压力接管；14-底座；15-下排水排气管，16-连接环，17-底帽，18.密封环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、2所示，一种塑性混凝土渗透试验装置，包括压力控制柜以及与其相连的塑性混凝土渗透仪，所述塑性混凝土渗透仪包括底座14，底座14上部设有一个可旋转的连接环16，连接环16与底座14通过外部的三个把手12相连；连接环16通过螺纹与其上部的压力室8相连，压力室8通过螺纹与其上部的上盖6相连；上盖6与底座14之间通过均布的三根立柱9相连；所述上盖6中心设置有位于压力室8内上部的顶帽7，顶帽7上部与活动上盖3连为一体，通过活动上盖把手1固定连接于上盖6，压力室8内底部的底座14上设有与顶帽7相对应的底帽17，所述底帽17上设有贯穿底帽17和底座14的渗透压力接管13和下排水排气管15；所述顶帽7上设有与压力室8相通且贯穿顶帽7和活动上盖3的周围压力管2、上排水排气管4和接量管的排水管5。

所述把手12一端部分固定连接在连接环上，通过旋转紧固在底座外壁上。

所述连接环16与底座14之间，压力室8与上盖6、连接环16之间，顶帽7与上盖6之间，以及底帽17与底座14之间均设有密封环18。

所述压力室8为圆筒形螺旋紧固式压力室，其采用透明材料制作而成。

一种塑性混凝土渗透试验装置试验方法，包括以下步骤：

1).试验前将准备好的试样10参照三轴剪力试验方法，将试样装入塑性混凝土渗透仪的压力室8内顶帽7和底帽17之间，且试样10的上下部分别设有透水石11，通过把手12旋紧压力室8，并检查压力室8是否有漏气现象；

2).确定压力室8密封完好后，施加0.01-0.05Mpa水头压力，将装试样10时带入乳胶膜与试样10之间的空气通过排气管排出，或采用真空抽气装置把气体抽出；

3).当试样10内部排气完成后，在压力室8内施加0.05-0.10Mpa的周围压力，将试样10内部多余水排出，当确定无多余水和气体后，方可进行渗透试验；

4).渗透试验时，在压力室8内施加设定好的围压和渗透水压进行渗透试验；为确保试验结果的准确性，试验时渗透压力要小于压力室内围压，确保乳胶膜贴紧试样，防止绕渗；

5)随后持续观测量管读数，直至渗流稳定，开始读数记录。连续记录5-10次渗流量读数，得到第一次与最后一次读数时间间隔内的稳定渗流量，按达西定律计算渗透系数：

$k=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{AtH}}$

式中，k为渗透系数，cm/s；Q为t时间内渗透过介质的水量，cm³；A为试件截面积，cm²；L为试件高度，cm；H为作用水头，cm；(1Mpa相当于100m水头)；t为渗透时间，s。

至此，渗透试验完成。

所述步骤1)中所述试样10准备时，在试样10较粗糙的周边均匀地涂上硅橡胶，再在试样外围套上乳胶膜后施加围压，使乳胶膜与试样10紧贴，成功地堵住了各种可能侧向渗透通道，保证了试验结果的准确性。

Claims (4)

1.一种塑性混凝土渗透试验装置，其特征在于，包括压力控制柜以及与其相连的塑性混凝土渗透仪，所述塑性混凝土渗透仪包括底座，底座上部设有一个可旋转的连接环，连接环与底座通过外部的若干把手相连；连接环通过螺纹与其上部的压力室相连，压力室通过螺纹与其上部的上盖相连；上盖与底座之间通过若干立柱相连；所述上盖中心设置有位于压力室内上部的顶帽，顶帽上部通过活动上盖把手固定连接于上盖上，压力室内底部的底座上设有与顶帽相对应的底帽，所述底帽上设有贯穿底帽和底座的渗透压力接管和下排水排气管；所述顶帽上设有与压力室试件相通且贯穿活动上盖的周围压力管、上排水排气管和接量管的管路；所述把手一端部分固定连接在连接环上，另一部分通过螺旋紧固在底座外壁上；所述压力室为圆筒形螺旋紧固式压力室，其采用透明材料制作而成。

2.根据权利要求1所述的塑性混凝土渗透试验装置，其特征在于，所述连接环与底座之间，压力室与上盖、连接环之间，顶帽与上盖之间，以及底帽与底座之间均设有密封环。

3.如权利要求1所述的塑性混凝土渗透试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1）.试验前将准备好的试样按照标准规定的三轴剪力试验方法，将试样装入塑性混凝土渗透仪的压力室内顶帽和底帽之间，且试样的上下部分别设有透水石，通过把手旋紧压力室，并检查压力室是否有漏气现象；

2）.确定压力室密封完好后，施加0.01-0.05Mpa水头压力，将装试样时带入乳胶膜与试样之间的空气通过排气管排出，或采用真空抽气装置把气体抽出；

3）.当试样内部排气完成后，在压力室内施加0.05-0.10Mpa的周围压力，将试样内部多余水排出，当确定无多余水和气体后，方可进行渗透试验；

4）.渗透试验时，在压力室内施加设定好的围压和渗透水压进行渗透试验；为确保试验结果的准确性，试验时渗透压力要小于压力室内围压，确保乳胶膜贴紧试样，防止绕渗；

5）.随后持续观测量管读数，直至渗流稳定，开始读数记录；连续记录5-10次渗流量读数，得到第一次与最后一次读数时间间隔内的稳定渗流量，按达西定律计算渗透系数：

$k=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{AtH}}$

式中，k为渗透系数，cm/s；Q为t时间内渗透过介质的水量，cm³；A为试件截面积，cm²；L为试件高度，cm；H为作用水头，cm；1Mpa相当于100m水头；t为渗透时间，s；

至此，渗透试验完成。

4.根据权利要求3所述的塑性混凝土渗透试验装置的试验方法，其特征在于，所述步骤1）中所述试样准备时，在试样较粗糙的周边均匀地涂上硅橡胶，再在试样外围套上乳胶膜后施加围压，使乳胶膜与试样紧贴，成功地堵住了各种可能侧向渗透通道，保证了试验结果的准确性。

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