CN106841008A - 一种海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，包括一个水箱，在所述的水箱内设有上、下安装的且截面形状相同的上筒体和下筒体，所述的上筒体的上部设有一个温度传感器；下部放置有透水混凝土，且透水混凝土与上筒体之间的间隙通过密封材料密封；在上筒体的侧壁上竖直的设有多个溢水口；每个溢水口内安装有止水阀，所述的止水阀通过排水管I将水排入到带刻度的水容器I内；在所述下筒体的侧部上设有通水孔，且所述的下筒体同时承载透水混凝土试块；在所述的水箱的侧壁的同一高度位置设有多个出水孔，每个出水孔内安装有止水阀，所述的止水阀通过排水管II将水排入到带刻度的水容器II内。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种透水混凝土透水系数精确测定装置，及其在透水混凝土路面透水性能评价的应用。
背景技术
海绵城市是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，遇到降雨能就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化、调节水循环，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，让城市变为能够吸纳雨水、过滤空气、过滤污染物质的超级大海绵，具有降温、防洪、抗旱、捕碳等效益，从根本上解决城市阻绝水与生态的问题，迈向真正的生态与低碳城市。城市硬化不渗透地面的铺装给城市带来日益严重的“热岛效应”，暴雨季节内涝频发，地下水资源日渐衰竭。在可持续发展、维护生态平衡及海绵城市等思想指导下，生态透水混凝土将会是海绵城市建设的“主力军”。
透水混凝土是由特定级配的骨料、水泥、水、外加剂和掺合料等按特定比例经特殊工艺制成的具有连续孔隙的多孔混凝土，不含细骨料，由粗骨料表面包覆一层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，是生态混凝土的重要品种之一。采用生态透水混凝土铺装地面不仅能够增加城市透水及透气面积，调节城市气候，降低地表温度，有利于缓解城市“热岛现象”；而且可以充分利用雨、雪降水，增大地表相对湿度，补充城区日益枯竭的地下水资源，发挥透水性路基的“蓄水池”功能；透水混凝土还可以做成彩色，使城市更美观。
欧美、日韩等发达国家在50多年前就开始了对透水混凝土进行研究与开发，并且已将其广泛的应用于道路工程、园林工程、环境工程及城市广场等多个领域，取得了良好的社会、环境和生态效果。虽然关于生态透水混凝土的理论研究我国取得了一定成果，但总体来说，我国透水混凝土的研究仍处于起步阶段，尚未有相关国家标准及规范，还需要更多的突破和完善。我国2016年海绵城市建设已经提上日程，且倍受重视，因此急需对生态透水混凝土技术进行研究、发展与更新。
透水系数是评价透水混凝土透水能力大小的重要指标。目前，我国还没有测定透水混凝土透水系数测试的标准装置。国内关于透水混凝土透水系数的测量主要依据CCJJ/T315-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中附录路面透水系数测试方法，该方法测量步骤较为复杂，精度不高。现有的测试仪器存在误差大、精度低、操作繁琐、容易损坏及成本高等问题。目前，在海绵城市建设过程中，未见报道透水混凝土透水性能精确测试仪器及应用，急需精确测试透水混凝土的透水系数。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，为透水混凝土渗透系数的测定提供更加精确的解决方案。本发明装置能够测量混凝土常水头及变水头透水系数，通过四种水位差以获得多组数据，具有分体组装、操作方便、精度高、数据可靠、适用性广、便于清洁及不易损坏等优点，能够实现透水混凝土透水系数的精确可靠测定，在海绵城市建设过程中具有很好的应用价值。
为了达到以上目的，本发明具体技术方案如下：
一种海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，包括一个水箱，在所述的水箱内设有上、下安装的且截面形状相同的上筒体和下筒体，所述的上筒体的上部设有一个温度传感器；下部放置有透水混凝土，且透水混凝土与上筒体之间的间隙通过密封材料密封；在上筒体的侧壁上竖直的设有多个溢水口；每个溢水口内安装有止水阀，所述的止水阀通过排水管I将水排入到带刻度的水容器I内；在所述下筒体的侧部上设有通水孔，且所述的下筒体同时承载透水混凝土试块；在所述的水箱的侧壁的同一高度位置设有多个出水孔，每个出水孔通过排水管II将水排入到带刻度的水容器II内。
进一步的，所述的上筒体和下筒体为横截面是正方形的透明的有机玻璃制作。其边长为105mm或155mm，有机玻璃厚度为5～10mm。
进一步的，所述的上筒体和下筒体为横截面是圆形的透明的有机玻璃制作。圆形截面直径为105mm或155mm，有机玻璃厚度为5～10mm。
进一步的，所述的下筒体底端用强力胶固定于水箱底部，上筒体和下筒体由螺栓紧密连接固定。
进一步的，所述的水箱侧壁同一高度有三个相邻出水孔，在所述的出水孔内设置有止水阀门，出水口连接流量测量装置。
进一步的，所述温度计固定于有机玻璃上筒体顶端，以精确测试水温。
进一步的，所述止水阀与排水管相连，所述的排水管将水排入到盛水容器内。
进一步的，在不同高度设置溢水口的原因是方便选择不同的高度。
所述上筒体顶部相邻溢水孔的高度相差40mm，不同高度溢水孔为4个，以调节不同水压差，溢水孔安装止水阀门，止水阀门外接软管；通过常水头及变水头方法，多次取平均值，从而使测出的透水混凝土渗透系数更加准确。
所述有机玻璃下筒体底端用强力胶固定于水箱底部，同时承载透水混凝土试块，下筒体侧壁通水孔直径为20mm。
所述有机玻璃上筒体和下筒体由M9.0～M10型号螺栓紧密连接固定，便于组装与拆卸，下筒体连接截面为正方形，其边长为105mm或155mm。
进一步的，所述有机玻璃水箱外壁同一高度相邻出水孔距离为65mm，同一高度不同位置出水孔为3个，以保证足够出水流量，提高了本发明装置透水系数测量范围。
进一步的，所述测试混凝土试块的截面为100mm×100mm、150mm×150mm、Φ100mm或Φ150mm，高度为100～150mm。
所述透水混凝土与上筒体侧壁密封材料可单独采用橡皮泥、凡士林或融化状态石蜡松香混合物，也可以共同使用，以最大化降低混凝土与上筒体壁之间缝隙造成的误差；橡皮泥封装材料在封装前粘贴于透水混凝土侧壁，之后放入上筒体；凡士林封装材料在封装前可粘贴于透水混凝土侧壁，辅助以塑料薄膜缠绕，之后将侧壁缠有凡士林及塑料薄膜的透水混凝土试块放入上筒体；石蜡与松香混合物需在100摄氏度呈液体状态，石蜡与松香混合比为4:1～5:1，先将侧壁缠有堵料薄膜的透水混凝土试块装入上筒体，随后将融化状态的石蜡与松香浇注于混凝土与上筒体壁之间的缝隙。
所述混凝土透水系数精确测定装置可应用于海绵城市路面施工现场，取现场配制的透水混凝土进行现场成型，测试不同温度下不同龄期现场透水混凝土的透水系数，对现场透水混凝土透水性能进行有效评估。
利用上述装置进行具体实验的方法如下：
1.成型透水混凝土试块，并进行一定龄期养护；
2.将透水混凝土四周侧壁涂抹凡士林，并用塑料薄膜包裹，并将其放置于上筒体底部，并将薄层橡皮泥塞放于透水混凝土上表面与上筒体间的表面空隙处；
3.将上筒体与下筒体用螺栓紧密固定连接，根据水箱侧壁流量情况，合理选择水箱出水孔个数。
4.放置温度计，静置至读数无变化后五分钟，记录水温；
5.分别调节上筒体的四个水位高度，连接放水软管，在箱体出水口下放连接带有刻度的烧杯；
6.打开上筒体及水箱侧壁上的止水阀，从上筒体注水至某一溢水孔高度，此时水从上筒体的溢水口及箱体出水口流出，经过特定时间后，停止注水，记录时间及该段时间内盛水容器中水的体积；
7.将上筒体水位分别调节至其余的溢水孔，分别在其余的水压差下重复进行透水系数试验；
渗透系数的计算公式为：
式中，KT—水温为T时透水混凝土渗透系数(mm/s)。
Q—试验时间段内水流量(mL)。
h—透水混凝土试件高度(mm)。
A—透水混凝土试件截面面积(cm2)。
H—出水口与溢水口的高度差即水头高度(cm)。
Δt—试验时间(s)。
本发明的创新之处在于：
上筒体顶端有温度计，便于精确测试并控制水温，避免水温对透水系数的影响，使实验结果更加精确可信。
上筒体边长或直径尺寸比透水混凝土试块大于0.5mm，方便成型好的透水混凝土装入及拆出上筒体，下筒体与水箱固定牢固。
混凝土与上筒体壁的缝隙密封材料可单独采用橡皮泥、凡士林或融化状态石蜡松香混合物，也可共同使用，以最大化降低混凝土与上筒体壁之间缝隙渗水造成的误差，确保试验结果精确度。
上筒体和下筒体组装与分拆操作方便，后期对装置的清洗维护也更加简单。
上筒体有四个不同高度出水口，通过调节水位和出水口止水阀门，可以测量透水混凝土常水头及变水头透水系数，通过四种水位差，获得多组数据，最终取平均值，实验结果更加精确可靠。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的透水混凝土渗透系数测定装置结构示意图。
图中标号：1、上筒体；2、下筒体；3、水箱；4、温度计；5、上筒体溢水口；6、止水阀门；7、溢水管；8、封装材料；9、透水混凝土试块；10、盛水容器；11、通水孔；12、水箱出水口；13、螺栓；14、出水管；15、烧杯。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
本发明透水混凝土透水系数测定装置如图1所示，包括1、上筒体；2、下筒体；3、水箱；4、温度计；5、上筒体溢水口；6、止水阀门；7、溢水管；8、封装材料；9、透水混凝土试块；10、盛水容器；11、通水孔；12、水箱出水口；13、螺栓；14、出水管；15、烧杯。
上筒体1顶端固定温度计4，上筒体1顶部有四个不同高度出水口5及止水阀门6；上筒体1底部放置透水混凝土9，采用密封材料8密封边长100mm立方体透水混凝土与上筒体间缝隙；透明有机玻璃上下筒体截面为正方形，边长为105mm，下筒体2侧壁上有通水圆孔11；下筒体2底端用强力胶固定于水箱底部，上筒体1和下筒体2由螺栓13紧密连接固定；水箱侧壁同一高度有三个相邻出水孔12及止水阀门，软质出水管14连接流量测量装置15。
有机玻璃上筒体1顶部相邻出水孔高度相差40mm，上筒体1不同高度出水孔共为4个，同一实验可以在不拆卸的情况下重复四次，精度更高；出水孔安装止水阀门，止水阀门外接软管；有机玻璃下筒体2底端用强力胶固定于水箱底部，下筒体2侧壁通水孔直径为20mm，上筒体和下筒体由M10型号螺栓紧密连接固定；有机玻璃水箱外壁同一高度相邻出水孔距离为65mm，同一高度不同位置出水孔为3个。
使用该装置精确测定透水混凝土渗透系数的步骤如下：
1.成型100mm×100mm×100mm透水混凝土试块，并进行一定龄期养护。
2.将透水混凝土四周侧壁涂抹凡士林，并用塑料薄膜包裹，并将其放置于截面边长105mm的上筒体底部，并将0.5mm薄层橡皮泥塞放于透水混凝土上表面与上筒体间的表面空隙处。
3.将上筒体与下筒体用螺栓紧密固定连接，根据水箱侧壁流量情况，合理选择水箱出水孔个数。
4.放置温度计，静置至读数无变化后五分钟，记录水温。
5.分别调节上筒体的四个水位高度，连接放水软管，在箱体出水口下放连接带有刻度的烧杯。
6.打开上筒体及水箱侧壁出水孔阀门，从上筒体注水至某一出水孔高度，此时水从上筒体及箱体出水口流出，经过特定时间后，停止注水，记录时间及该段时间内烧杯中水的体积。
7.将上筒体水位分别调节至其余三个出水孔，分别在其余三个水压差下重复进行透水系数试验。
渗透系数的计算公式为：
式中，KT—水温为T时透水混凝土渗透系数(mm/s)。
Q—试验时间段内水流量(mL)。
h—透水混凝土试件高度(mm)。
A—透水混凝土试件截面面积(cm2)。
H—出水口与溢水口的高度差即水头高度(cm)。
Δt—试验时间(s)。
本装置有上筒体具有四个不同高度出水口，可在保证水温不变前提下进行四次不同试验，取四次透水系数的平均值，使得试验结果更有说服力。
实施例2
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，上、下筒体截面及尺寸与实施例1相同，不同的是，透水混凝土与上筒体间的密封材料采用凡士林、塑料薄膜与橡皮泥，先将凡士林涂抹于透水混凝土四个侧壁，并将塑料薄膜缠绕于混凝土四周3圈，并于塑料薄膜外侧涂抹凡士林，最后将0.5mm薄层橡皮泥塞放于透水混凝土上表面与上筒体间空隙处。
实施例3
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，密封材料与实施例1相同，不同的是，上、下筒体截面为正方形，截面边长为155m，透水混凝土试块尺寸为150mm×150mm×150mm。
实施例4
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，不同的是，上、下筒体正方形截面边长为155m，透水混凝土试块尺寸为150mm×150mm×150mm；密封材料采用凡士林、塑料薄膜与橡皮泥，先将凡士林涂抹于透水混凝土四个侧壁，并将塑料薄膜缠绕于混凝土四周3圈，并于塑料薄膜外侧涂抹凡士林，最后将0.5mm薄层橡皮泥塞放于透水混凝土上表面与上筒体间空隙处。
实施例5
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，密封材料与实施例1相同，不同的是，上、下筒体截面为圆形，直径为105m，透水混凝土试块圆形截面直径尺寸为100mm，高度为120mm。
实施例6
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，不同的是，上、下筒体截面为圆形，直径为105m，透水混凝土试块圆形截面直径尺寸为100mm，高度为120mm；密封材料采用凡士林、塑料薄膜与橡皮泥，先将凡士林涂抹于透水混凝土圆周侧壁，并将塑料薄膜缠绕于混凝土圆周3圈，并于塑料薄膜外侧涂抹凡士林，最后将0.5mm薄层橡皮泥塞放于透水混凝土上表面与上筒体间空隙处。
实施例7
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，密封材料与实施例1相同，不同的是，上、下筒体截面为圆形，直径为155m，透水混凝土试块圆形截面直径尺寸为150mm，高度为150mm。
实施例8
透水系数测定装置具有图1结构，按照实施例1的透水系数测试步骤，不同的是，上、下筒体截面为圆形，直径为155m，透水混凝土试块圆形截面直径尺寸为100mm，高度为120mm；透水混凝土与上筒体间的密封材料采用凡士林，先将凡士林涂抹于透水混凝土圆周侧壁，并将塑料薄膜缠绕于混凝土圆周3圈，并于塑料薄膜外侧涂抹凡士林，最后将0.5mm薄层橡皮泥塞放于透水混凝土上表面与上筒体间空隙处。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
上筒体顶端有温度计，便于精确测试并控制水温，避免水温对透水系数的影响，使实验结果更加精确可信。
上筒体边长或直径尺寸比透水混凝土试块大于0.5mm，方便成型好的透水混凝土装入及拆出上筒体，下筒体与水箱固定牢固。
混凝土与上筒体壁的缝隙密封材料可单独采用橡皮泥、凡士林或融化状态石蜡松香混合物，也可共同使用，以最大化降低混凝土与上筒体壁之间缝隙渗水造成的误差，确保试验结果精确度。
上筒体和下筒体组装与分拆操作方便，后期对装置的清洗维护也更加简单。
上筒体有四个不同高度出水口，通过调节水位和出水口止水阀门，可以测量透水混凝土常水头及变水头透水系数，通过四种水位差，获得多组数据，最终取平均值，实验结果更加精确可靠。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，包括一个水箱，在所述的水箱内设有上、下安装的且截面形状相同的上筒体和下筒体，所述的上筒体的上部设有一个温度传感器；下部放置有透水混凝土，且透水混凝土与上筒体之间的间隙通过密封材料密封；在上筒体的侧壁上竖直的设有多个溢水口；每个溢水口内安装有止水阀，所述的止水阀通过排水管I将水排入到带刻度的水容器I内；在所述下筒体的侧部上设有通水孔，且所述的下筒体同时承载透水混凝土试块；在所述的水箱的侧壁的同一高度位置设有多个出水孔，每个出水孔内安装有止水阀，所述的止水阀通过排水管II将水排入到带刻度的水容器II内。
2.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述的上筒体和下筒体为横截面是正方形的透明的有机玻璃制作；其边长为105mm或155mm，有机玻璃厚度为5～10mm。
3.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述的上筒体和下筒体为横截面是圆形的透明的有机玻璃制作；圆形截面直径为105mm或155mm，有机玻璃厚度为5～10mm。
4.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述的下筒体底端用强力胶固定于水箱底部，上筒体和下筒体由螺栓紧密连接固定。
5.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述上筒体顶部相邻溢水孔的高度相差40mm，以调节不同水压差。
6.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述有机玻璃下筒体底端用强力胶固定于水箱底部，同时承载透水混凝土试块。
7.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，下筒体侧壁通水孔直径为20mm。
8.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述有机玻璃水箱外壁同一高度相邻出水孔距离为65mm。
9.如权利要求1所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置，其特征在于，所述测试混凝土试块的截面为100mm×100mm、150mm×150mm、Φ100mm或Φ150mm，高度为100～150mm。
10.利用权利要求1-9任一所述的海绵城市透水混凝土渗透系数测定装置进行实验的方法，其特征在于，如下：
步骤1.成型透水混凝土试块，并进行一定龄期养护；
步骤2.将透水混凝土四周侧壁涂抹凡士林，并用塑料薄膜包裹，并将其放置于上筒体底部，并将对透水混凝土上表面与上筒体间的表面空隙进行密封；
步骤3.将上筒体与下筒体用螺栓紧密固定连接，根据水箱侧壁流量情况，合理选择水箱出水孔个数。
步骤4.放置温度计，静置至读数无变化后五分钟，记录水温；
步骤5.分别调节上筒体的四个水位高度，连接放水软管，在箱体出水口下放连接带有刻度的烧杯；
步骤6.打开上筒体及水箱侧壁上的止水阀，从上筒体注水至某一溢水孔高度，此时水从上筒体的溢水口及箱体出水口流出，经过特定时间后，停止注水，记录时间及该段时间内盛水容器中水的体积；
步骤7.将上筒体水位分别调节至其余的溢水孔，分别在其余的水压差下重复进行透水系数试验；渗透系数的计算公式为：
式中，KT—水温为T时透水混凝土渗透系数(mm/s)；
Q—试验时间段内水流量(mL)；
h—透水混凝土试件高度(mm)；
A—透水混凝土试件截面面积(cm2)；
H—出水口与溢水口的高度差即水头高度(cm)；
Δt—试验时间(s)。
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