CN103398929A - 透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木材料测试技术领域，尤其涉及一种透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法，包括上下壁厚一致的圆筒、密封固定连接在圆筒下端的与圆筒的内径相一致的三瓣模以及溢流水槽，三瓣模呈圆柱状由三个模瓣拼合构成，三个模瓣外套装有环箍，三瓣模内圈中部还设置有圆环平台，三瓣模下部的同一高度上均布设有圆孔，溢流水槽上部开设有溢流水槽溢流口，圆筒的上部开设有圆筒溢流口，圆筒溢流口通过管道连接至溢流水槽外。本发明的有益效果是，可以用来测试透水混凝土的透水系数，圆筒与三瓣模之间的橡胶垫圈保证了侧面的密封性，提高透水系数测量的精度，而且安装拆卸方便、快捷。

Description

透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法

技术领域

本发明涉及土木材料测试技术领域，尤其涉及一种透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法。

背景技术

随着城市建设的发展，现代城市路面逐渐被不透水混凝土覆盖，便利的交通设施给人们带来方便的同时，由于不透水路面缺乏透水透气性，带来了一定的负面效应如“热导效应”，雨水不能及时回流地下导致地面下沉，大雨时路面积水降低交通的安全性和舒适性。

透水混凝土又称多孔混凝土，透水地坪，其是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点，也可称无砂混凝土。其由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面的缺陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题。并能有效的消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害；同时，是保护地下水、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良的铺装材料；其有利于人类生存环境的良性发展及城市雨水管理与水污染防治等工作上，具有特殊的重要意义。

透水混凝土作为一种生态环保的混凝土，可以满足轻型路面的要求。透水水泥混凝土要求满足抗压、抗折和透水性能的要求。透水性能是透水混凝土的重要指标。

公开号为101738363A的水泥土透水系数测定装置及测定方法，本测定装置主要测量水泥土等的透水系数值较小的试样，对于透水水泥混凝土这类型透水系数比水泥土大几个数量级试样的测试，不适合使用本装置测试，同时该装置涉及围压控制系统、反压控制系统、孔隙水压力控制系统，系统管路多，设备复杂。

公开号为CN102183445A的一种透水性透水混凝土透水系数测定仪和测试方法，本测定装置在做完实验后，拆卸不方便，密封消耗材料多并且密封不佳，易从侧面渗透。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解现有技术中决透水系数测试装置的结构复杂以及密封性不佳的技术问题，本发明提供一种透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种透水水泥混凝土渗透系数测试装置，用于测量圆柱形的透水水泥混凝土试样，该试样外圈包裹有橡胶膜，装置包括上下壁厚一致的透明圆筒、密封固定连接在圆筒下端的与圆筒的内径相一致的三瓣模以及溢流水槽，所述的圆筒及三瓣模均设置在溢流水槽内，所述的三瓣模呈圆柱状由三个模瓣拼合构成，三个模瓣外套装有环箍，三瓣模内圈中部还设置有圆环平台，所述的三瓣模下部的同一高度上均布设有圆孔，所述的溢流水槽上部开设有溢流水槽溢流口，所述的圆筒的上部开设有圆筒溢流口，圆筒溢流口通过管道连接至溢流水槽外，所述的溢流水槽溢流口的高度高于三瓣模的高度，圆筒溢流口的高度高于溢流水槽溢流口的高度。本技术方案用来测试透水混凝土的透水系数，测试装置上部为一圆筒，圆筒下端为试样，试样通过橡胶模包裹密封，然后再用三瓣模及环箍将试样夹持托住，通过下部的三瓣模来支撑上部水的重量及试样的重量，圆筒与三瓣模之间的橡胶垫圈保证了侧面的密封性，提高透水系数测量的精度，而且安装拆卸方便、快捷。

为了保证圆筒与三瓣模连接的密封性良好，所述的三瓣模的外径均大于圆筒的外径，所述的圆筒下端外圈在同一径向上设置有对称的圆筒紧固翼板，所述的三瓣模上端面大于圆筒外圈的部分上一体结构有的三瓣模紧固翼板，所述的三瓣模紧固翼板与圆筒紧固翼板相配合，所述的三瓣模紧固翼板与三瓣模上端面之间形成台阶，所述的三瓣模的上端面还环设有橡胶垫圈，橡胶垫圈位于三瓣模紧固翼板内侧。

为了保证上下衔接紧密，所述的台阶的长度L与圆筒的壁厚相一致。

为了保证三瓣模具有一定重量起到支撑上部的作用以及避免生锈，所述的三瓣模采用不锈钢或黄铜。

为了便于夹紧环箍，所述的三瓣模的外圈中部具有用于放置环箍的平台。

为了便于水流畅通，作为优选，所述的每个模瓣上设置有3个圆孔。

一种透水水泥混凝土渗透系数测试方法，采用上述透水水泥混凝土渗透系数测试装置，包括如下步骤：

a、取截面积为A,高度为L的透水水泥混凝土试样，通过成模筒将橡胶膜套装在试样上；

b、再将三个模瓣拼合在试样外部，套装上环箍，使三个模瓣紧贴并夹住试样，形成三瓣模，环箍卡接在三瓣模的外圈中部的环箍平台上，三瓣模内壁中部的圆环平台托住试样底部；

c、在三瓣模上端面上放入橡胶垫圈，橡胶垫圈可卡入在三瓣模紧固翼板内侧的台阶上，再将圆筒下端放置在橡胶垫圈上，将螺钉穿过三瓣模紧固翼板与圆筒紧固翼板，使得圆筒与三瓣模之间紧密连接；

d、将连接有圆筒的三瓣模放置在溢流水槽内，打开供水阀阀门，使水流进入圆筒中，并通过该试样渗透至溢流水槽内，当溢流水槽溢流口有水流出时，调整进水量，使圆筒内的水位不超过圆筒溢流口；

e、当t秒内溢流水槽溢流口流出量和供水阀的供水量相等时，用量筒接取溢流水槽溢流口t秒内的流水量（Q），以及测量圆筒内的水位和溢流水槽内的水位之差H，H精确至1mm，用温度计测量溢流水槽中水的温度T，T精确至0.5°C；

f、重复3次步骤e，取Q、H、T的平均值，

透水系数按以下公式计算：

$k_T=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{HAt}}$

$k_{15}=k_T\frac{{\mathrm{\η}}_T}{{\mathrm{\η}}_{15}}$

式中

k_T——水温T°C时试样的渗透系数，mm／s；

K₁₅——标准温度15°C时的渗透系数，mm／s；

Q——时间t秒内的渗透水量，mm³；

L——试样的厚度，mm；

H——平均水位差，mm；

t——时间，s。

η_T/η₁₅——水温分别为T°C与15°C时水的动力粘滞系数比；

e、测定结束完成后，松开连接紧固螺钉，将圆筒和三瓣模分开，将环箍取下，拿出试样，将仪器擦干净后放存。

为了减小误差，提高实验的准确性，所述的步骤d中供水阀提供的水流采用无气水。

设定圆环平台至三瓣模上端面的距离为L，三瓣模的内径为D，所述的步骤a中，试样直径为D厚度为L，首先将橡胶管套在成模筒的吸气孔上，再将橡胶膜套在成膜筒内壁上，两端橡胶膜外翻，用吸耳球通过吸气孔吸气，使橡胶膜紧贴成模筒内壁，然后从试样上部套装成膜筒，使得橡胶膜套在试样上，然后松开吸耳球，橡胶膜吸附在试样上，取下成模筒。

本发明的有益效果是，本发明的透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法，可以用来测试透水混凝土的透水系数，测试装置上部为一圆筒，圆筒下端为试样，试样通过橡胶模包裹密封，然后再用三瓣模及环箍将试样夹持托住，通过下部的三瓣模来支撑上部水的重量及试样的重量，圆筒与三瓣模之间的橡胶垫圈保证了侧面的密封性，提高透水系数测量的精度，而且安装拆卸方便、快捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明透水水泥混凝土渗透系数测试装置的结构示意图。

图2是图1中局部放大图。

图3是本发明中三瓣模的结构俯视图。

图4是本发明成模筒的结构示意图。

图中：1、圆筒，1-1、圆筒溢流口，1-2、圆筒紧固翼板，2、三瓣模，2-1、圆孔，2-2、三瓣模紧固翼板，2-3、台阶，3、溢流水槽，3-1、溢流水槽溢流口，4、圆环平台，5、环箍，6、橡胶垫圈，7、平台，8、供水阀阀门，9、成模筒，9-1、吸气孔，10、橡胶膜。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-4所示，是本发明的实施例，透水水泥混凝土渗透系数测试装置包括上下壁厚一致的圆筒1、密封固定连接在圆筒1下端的与圆筒1的内径相一致的三瓣模2以及溢流水槽3，所述的圆筒1及三瓣模2均设置在溢流水槽3内，三瓣模2呈圆柱状由三个模瓣拼合构成，三个模瓣外套装有环箍5，三瓣模2内圈中部还设置有圆环平台4，三瓣模2下部的同一高度上均布设有圆孔2-1，溢流水槽3上部开设有溢流水槽溢流口3-1，圆筒1的上部开设有圆筒溢流口1-1，圆筒溢流口1-1通过管道连接至溢流水槽3外，溢流水槽溢流口3-1的高度高于三瓣模2的高度，圆筒溢流口1-1的高度高于溢流水槽溢流口3-1的高度。

三瓣模2的外径均大于圆筒1的外径，圆筒1下端外圈在同一径向上设置有对称的圆筒紧固翼板1-2，三瓣模2上端面大于圆筒1外圈的部分上一体结构设有的三瓣模紧固翼板2-2，三瓣模紧固翼板2-2与圆筒紧固翼板1-2相配合，三瓣模紧固翼板2-2与三瓣模2上端面之间形成台阶2-3，三瓣模2的上端面还环设有橡胶垫圈6，橡胶垫圈6位于三瓣模紧固翼板2-2内侧。台阶2-3的长度h与圆筒1的壁厚相一致。三瓣模2的外圈中部具有用于放置环箍5的平台7。每个模瓣的下部均匀设置有3个圆孔2-1。

本实施例中，圆筒1采用透明有机玻璃，三瓣模2的材料采用不锈钢或黄铜，内径为100mm，为方便读取水位，圆筒1内壁上设有水位刻度尺，圆筒溢流口1-1距离圆筒底部150mm，精确至1mm，三瓣模紧固翼板2-2厚度为8mm，三瓣模整个高度为70mm，内径为100mm，上端面的外径为116mm，三瓣模2上端面大于圆筒1外圈的部分厚度为2mm，为了便于环箍卡入，三瓣模2的外圈中间粗两端细，其中部还设置了用于放置环箍5的平台7，溢流水槽3的尺寸为溢流水槽长和宽都为30cm，高度115mm，在水槽侧壁中部设有直径为5mm的溢流水槽溢流口3-1，溢流水槽溢流口3-1距离水槽顶部10mm。

一种透水水泥混凝土渗透系数测试方法，采用上述的实验室用透水水泥混凝土渗透系数测试装置，包括如下步骤：

a、取截面积为A,高度为L的透水水泥混凝土试样，通过成模筒9将橡胶膜套装在试样上；

b、再将三个模瓣拼合在试样外部，套装上环箍5，使三个模瓣紧贴并夹住试样，形成三瓣模2，环箍5卡接在三瓣模2的外圈中部的环箍平台7上，三瓣模2内壁中部的圆环平台4托住试样底部；

c、在三瓣模2上端面上放入橡胶垫圈6，橡胶垫圈6可卡入在三瓣模紧固翼板2-2内侧的台阶2-3上，再将圆筒1下端放置在橡胶垫圈6上，将螺钉穿过三瓣模紧固翼板2-2与圆筒紧固翼板1-2，使得圆筒1与三瓣模2之间紧密连接；

d、将连接有圆筒1的三瓣模2放置在溢流水槽3内，打开供水阀阀门8，使水流进入圆筒1中，并通过该试样渗透至溢流水槽3内，当溢流水槽溢流口3-1有水流出时，调整进水量，使圆筒1内的水位不超过圆筒溢流口1-1；

e、当t秒内溢流水槽溢流口3-1流出量和供水阀的供水量相等时，用量筒接取溢流水槽溢流口3-1t秒内的流水量Q，以及测量圆筒1内的水位和溢流水槽3内的水位之差H，H精确至1mm，用温度计测量溢流水槽3中水的温度T°C，T精确至0.5°C；

f、重复3次步骤e，取Q、H、T的平均值，

透水系数按以下公式计算：

$k_T=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{HAt}}$

$k_{15}=k_T\frac{{\mathrm{\η}}_T}{{\mathrm{\η}}_{15}}$

式中

k_T——水温T°C时试样的渗透系数，mm／s；

K₁₅——标准温度15°C时的渗透系数，mm／s；

Q——时间t秒内的渗透水量（即步骤f中的Q的平均值），mm³；

L——试样的厚度，mm；

H——平均水位差，mm；

t——时间，s。

η_T/η₁₅——水温分别为T°C与15°C时水的动力粘滞系数比；

e、测定结束完成后，松开连接紧固螺钉，将圆筒1和三瓣模2分开，将环箍5取下，拿出试样，将仪器擦干净后放存。

步骤d中供水阀提供的水流采用无气水。

设定圆环平台4至三瓣模2上端面的距离为L，三瓣模2的内径为D，所述的步骤a中，试样直径为D厚度为L，首先将橡胶管套在成模筒9的吸气孔9-1上，再将橡胶膜10套在成膜筒内壁上，两端橡胶膜10外翻，用吸耳球通过吸气孔9-1吸气，使橡胶膜10紧贴成模筒内壁，然后从试样上部套装成膜筒9，使得橡胶膜10套在试样上，然后松开吸耳球，橡胶膜10吸附在试样上，取下成模筒9。本实施例中试样的直径D为100mm，L为50mm。圆柱体形状的成模筒9的直径为110mm高度为50mm，吸气孔9-1外直径为0.6mm，附带200mm长、内径为0.6mm的橡胶软管1根。厚度为0.1mm的橡胶膜若干，橡胶膜直径为95～100mm、高度70mm。

本发明的密封材料为橡胶膜10、橡胶垫圈6、三瓣模2、夹具环箍5，通过成模筒9将橡胶膜10套在试样上，然后将三瓣模2和环箍5套在橡胶膜10上。三瓣模2放置在溢流水槽3内，使上面的圆筒1有了支撑构件，并且试样内的水通过三瓣模2下部的圆孔2-1与溢流水槽3的水连通，橡胶垫圈6及紧固翼板、紧固螺钉使得圆筒1和三瓣模2密封紧密连接，避免侧面漏水。实验操作方便，测量精确。设计简单合理，容易推广。

本发明的三瓣模紧固翼板2-2和圆筒紧固翼板1-2方便紧密地连接，然后压紧橡胶垫圈6并保证接触部分及装置侧面紧密不漏水；三瓣模2可以稳固支撑试样、圆筒1以及圆筒内水量的重量，安装试样方便，拆卸也方便；试样先通过橡胶模10密封，再通过三瓣模2夹紧，进一步提高了试样的外圈的密封性，保证了试样侧面不透水；三瓣,2下部的圆孔2-1设计可以使得水流流入溢流水槽3内，方便准确地测试溢流水槽溢流口3-1的水流量。

之前设计过其它结构的测试装置，但总存在侧面密封性不够良好，密封状态不易检查，测试做完后拆卸不方便，试样与上部水的重量支撑不够稳定等技术问题。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种透水水泥混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：包括上下壁厚一致的透明圆筒（1）、密封固定连接在圆筒（1）下端的与圆筒（1）的内径相一致的三瓣模（2）以及溢流水槽（3），所述的圆筒（1）及三瓣模（2）均设置在溢流水槽（3）内，所述的三瓣模（2）呈圆柱状由三个模瓣拼合构成，三个模瓣外套装有环箍（5），三瓣模（2）内圈中部还设置有圆环平台（4），所述的三瓣模（2）下部的同一高度上均布设有圆孔（2-1），所述的溢流水槽（3）上部开设有溢流水槽溢流口（3-1），所述的圆筒（1）的上部开设有圆筒溢流口（1-1），圆筒溢流口（1-1）通过管道连接至溢流水槽（3）外，所述的溢流水槽溢流口（3-1）的高度高于三瓣模（2）的高度，圆筒溢流口（1-1）的高度高于溢流水槽溢流口（3-1）的高度。 

2.如权利要求1所述的透水水泥混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：所述的三瓣模（2）的外径均大于圆筒（1）的外径，所述的圆筒（1）下端外圈在同一径向上设置有对称的圆筒紧固翼板（1-2），所述的三瓣模（2）上端面大于圆筒（1）外圈的部分上一体结构有的三瓣模紧固翼板（2-2），所述的三瓣模紧固翼板2-2与圆筒紧固翼板（1-2）相配合，所述的三瓣模紧固翼板（2-2）与三瓣模（2）上端面之间形成台阶（2-3），所述的三瓣模（2）的上端面还环设有橡胶垫圈（6），橡胶垫圈（6）位于三瓣模紧固翼板（2-2）内侧。 

3.如权利要求2所述的透水水泥混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：所述的台阶（2-3）的长度L与圆筒（1）的壁厚相一致。 

4.如权利要求1所述的透水水泥混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：所述的三瓣模（2）采用不锈钢或黄铜。 

5.如权利要求1所述的透水水泥混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：所述的三瓣模（2）的外圈中部具有用于放置环箍（5）的平台（7）。 

6.如权利要求1所述的透水水泥混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：所述的每个模瓣上设置有3个圆孔（2-1）。 

7.一种透水水泥混凝土渗透系数测试方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任一项所述的透水水泥混凝土渗透系数测试装置，包括如下步骤： 

a、取截面积为A,高度为L的透水水泥混凝土试样，通过成模筒（9）将橡胶膜（10）套装在试样上； 

b、再将三个模瓣拼合在试样外部，套装上环箍（5），使三个模瓣紧贴并夹住试样，形成三瓣模（2），环箍（5）卡接在三瓣模（2）的外圈中部的环箍（5）平台（7）上，三瓣模（2）内壁中部的圆环平台（4）托住试样底部； 

c、在三瓣模（2）上端面上放入橡胶垫圈（6），橡胶垫圈（6）可卡入在三瓣模紧固翼板（2-2）内侧的台阶（2-3）上，再将圆筒（1）下端放置在橡胶垫圈（6）上，将螺钉穿过三瓣模紧固翼板（2-2）与圆筒紧固翼板（1-2），使得圆筒（1）与三瓣模（2）之间紧密连接； 

d、将连接有圆筒（1）的三瓣模（2）放置在溢流水槽（3）内，打开供水阀阀门（8），使水流进入圆筒（1）中，并通过该试样渗透至溢流水槽（3）内，当溢流水槽溢流口（3-1）有水流出时，调整进水量，使圆筒（1）内的水位不超过圆筒溢流口（1-1）； 

e、当t秒内溢流水槽溢流口（3-1）流出量和供水阀的供水量相等时，用量筒接取溢流水槽溢流口（3-1）t秒内的流水量（Q），以及测量圆筒（1）内的水位和溢流水槽（3）内的水位之差H，H精确至1mm，用温度计测量溢流水槽（3）中水的温度T，T精确至0.5℃； 

f、重复3次步骤e，取Q、H、T的平均值， 

透水系数按以下公式计算： 

式中 

k_T——水温T℃时试样的渗透系数，mm／s； 

K₁₅——标准温度15℃时的渗透系数，mm／s； 

Q——时间t秒内的渗透水量，mm³； 

L——试样的厚度，mm； 

H——平均水位差，mm； 

t——时间，s。 

η_T/η₁₅——水温分别为T℃与15℃时水的动力粘滞系数比； 

e、测定结束完成后，松开连接紧固螺钉，将圆筒（1）和三瓣模（2）分开，将环箍（5）取下，拿出试样，将仪器擦干净后放存。 

8.如权利要求7所述的实验室用透水水泥混凝土渗透系数测试方法，其特征在于：所述的步骤d中供水阀提供的水流采用无气水。 

9.如权利要求7所述的透水水泥混凝土渗透系数测试方法，其特征在于：设定圆环平台（4）至三瓣模（2）上端面的距离为L，三瓣模（2）的内径为D，所述的步骤a中，试样直径为D厚度为L，首先将橡胶管套在成模筒（9）的吸气孔（9-1）上，再将橡胶膜（10）套在成膜筒内壁上，两端橡胶膜（10）外翻，用吸耳球通过吸气孔（9-1）吸气，使橡胶膜（10）紧贴成模筒内壁，然后从试样上部套装成膜筒（9），使得橡胶膜（10）套在试样上，然后松开吸耳球，橡胶膜（10）吸附在试样上，取下成模筒（9）。 

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