CN106908369A - 测量碎石‑高聚物复合材料孔隙特性的装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量碎石‑高聚物复合材料孔隙特性的装置及操作方法，通过测定碎石密度、碎石和高聚物质量，得到碎石、高聚物体积，然后利用装置配制碎石‑高聚物复合材料的同时测得复合材料的体积，从理论上直接求得孔隙的体积从而求得孔隙率；同时本装置还能测量透水系数，并通过改变碎石级配、碎石与高聚物之间配比以及材料压实度等条件来探讨影响孔隙率、透水系数的因素，进一步讨论孔隙率与透水系数之间的关系，为碎石‑高聚物复合材料力学性质的研究提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置及操作方法，属于复合材料孔隙特性检测领域。
背景技术
海绵城市是当下我国力推以解决城市雨洪管理难题的新建设模式，与生态城市、低碳城市紧密联系，相辅相成。所谓海绵城市，是一种形象的表述，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市的概念与思想具有先进性和有效性，有利于推动我国城市雨洪管理模式的转变和发展，保障城市水生态安全，促进雨水资源的利用和生态环境保护。
城市道路排水系统是一个城市生态保护的重要环节。在强降水来临时，降水井会由于数量有限、污染物堵塞而造成洪涝灾害，影响市容市貌。因此，透水地板应运而生，降水可直接通过地板进入地下水通道，极大缓解了排水压力，同时减少了排水井数量，极大改善了城市道路环境。
碎石‐高聚物复合材料是近些年来开发出来的一种新型材料，利用高聚物的粘合能力将碎石粘合起来，可作为道路地板使用，因此这种复合材料的孔隙性质就成为一个重要研究方向。目前测量材料孔隙率多利用水流填充孔隙，将水流体积当做孔隙体积，该做法存在以下弊端：(1)不能保证水流能进入材料全部孔隙；(2)当材料级配较好时，存在一些密封的孔隙，该做法忽略了密封的孔隙；(3)材料的吸水性能对试验结果精度有一定的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置及操作方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，包括振动台、底座、容器、压盘、搅拌机和输水管；
所述振动台和底座用以放置容器，所述容器用于复合材料配制且可测量内部容纳的复合材料体积，所述容器的侧壁顶端设置有出水口，所述容器的底板包括从上往下依次设置的漏水板和隔水板，所述隔水板与容器之间为可拆卸式连接，所述底座上设置有出水槽，所述输水管用以向容器输水，并且输水管上设置有阀门，所述搅拌机的搅拌浆用以伸入容器搅拌。
所述容器为圆柱体容器，所述容器的侧壁上设置有刻度。
所述振动台和底座周侧均设置有水准泡。
所述振动台和底座通过连接座连接，所述连接座上设置有支架，所述搅拌机和输水管设置在支架上，所述输水管位于底座上方，所述搅拌机位于振动台上方。
所述搅拌机在支架上可调节高度。
所述压盘与容器匹配。
测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置的测量方法，包括以下步骤，
放置振动台和底座，并保证水平；
将容器放在振动台上；
取适量试验所用碎石，测量其最大干密度和最小干密度；
将所有试验所用碎石冲洗干净，然后烘干；
从烘干的碎石中随意选取适量，测量其质量m1后，将其放入盛有V1体积水的烧杯中，待水位稳定后测得增加后的体积V2，从而得到其绝对密度ρ石＝m1/(V2-V1)；
将所有烘干的碎石分为若干个粒径范围；
按照级配k称取质量m2的碎石放入容器，再按照配比i再加入质量m3密度为ρ高的高聚物；
称量搅拌机的质量m4，调节搅拌机的搅拌浆伸入容器的深度，打开电源使搅拌机和振动台工作；
搅拌一定时间后关闭搅拌机，振动台继续工作，拔出搅拌机的搅拌浆，称搅拌机的质量m5，待复合材料表面振动水平后放入压盘；
压盘压实一定时间后关闭振动台，再压实一定时间后，测出复合材料净高，根据孔隙率的定义计算出孔隙率n；
取出压盘，将盛有复合材料的容器放在底座上，打开阀门输水管向容器内注水至出水口位置，并静置一段时间使其水位稳定在出水口；
在出水槽出口和容器出水口放置量水容器，拆卸掉隔水板的同时输水管向容器内注水，开始计时，调节阀门，保证水位稳定在出水口位置，待出水槽出口水流量稳定时，关闭阀门，得到单位时间通过复合材料的水量，即透水系数p；
一次试验完成后，分别改变碎石级配k、碎石与高聚物配比i、压实度G重做试验，绘制孔隙率n、透水系数p随三者变化的曲线和透水系数p随孔隙率n的变化曲线。
本发明所达到的有益效果：本发明了提供一种全新的装置及操作方法来测定材料孔隙率，通过测定碎石密度、碎石和高聚物质量，得到碎石、高聚物体积，然后利用装置配制碎石-高聚物复合材料的同时测得复合材料的体积，从理论上直接求得孔隙的体积从而求得孔隙率；同时本装置还能测量透水系数，并通过改变碎石级配、碎石与高聚物之间配比以及材料压实度等条件来探讨影响孔隙率、透水系数的因素，进一步讨论孔隙率与透水系数之间的关系，为碎石-高聚物复合材料力学性质的研究提供依据。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，包括振动台1、底座2、容器4、压盘9、搅拌机和输水管8。
容器4用于复合材料5配制且可测量内部容纳的复合材料5体积，这里采用的是圆柱体容器4，其内径不小于5倍最大碎石粒径，净高度不低于6倍最大碎石粒径，在容器4内放入碎石和高聚物配制复合材料5，其中，碎石粒径范围一般为2-60mm，高聚物材料可以是聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯、酚醛树脂等材料中的一种，起到在较短时间内将碎石粘合起来的作用；容器4内径不小于5倍最大碎石粒径，容器4净高度不低于6倍最大碎石粒径，容器4的底板包括从上往下依次设置的漏水板和隔水板，漏水板采用铁丝网等编制而成，漏水板侧边与容器4内壁固定，隔水板与容器4之间为可拆卸式连接，为了便于拆卸，这里隔水板直接采用可抽出结构，容器4的侧壁顶端设置有出水口，出水口的位置一般设置在容器4顶部往下1-2倍最大碎石粒径处，出水口可插入排水管11排水，容器4的侧壁上设置有刻度10，一般设置有两条。
振动台1和底座2用以放置容器4，其中，振动台1用于孔隙率测量，振动台1顶面面积不小于2500cm2，振动台1周侧均设置有水准泡；底座2用于测量复合材料5透水系数，底座2上设置有出水槽12，当放置在底座2上容器4的隔水板拆卸后，出水槽12与容器4内腔连通，底座2周侧均设置有水准泡。
为了保证振动台1和底座2在工作时更加稳定，增加着地面积，振动台1和底座2通过连接座3连接，连接座3上设置支架6，搅拌机和输水管8均设置在支架6上，输水管8位于底座2上方，输水管8用以向容器4输水，输水管8输水管8上设置有阀门9，搅拌机位于振动台1上方，搅拌机在支架6上可调节高度，搅拌机的搅拌浆7用以伸入容器4搅拌，搅拌浆7长度与容器4内径之比为0.33-0.5，转速为100-500r/min，叶片数为3-5片。
压盘9与容器4匹配，即压盘9为直径与容器4内径相同，重5-30kg，分3-5种规格。
上述装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，放置振动台1和底座2，并保证水平。
步骤2，将容器4放在振动台1上。
步骤3，取适量试验所用碎石，测量其最大干密度和最小干密度。
步骤4，为了增强高聚物的粘合效果，将所有试验所用碎石冲洗干净，保证其表面不存在粉尘，然后烘干。
步骤5，从烘干的碎石中随意选取适量，测量其质量m1后，将其放入盛有V1体积水的烧杯中，待水位稳定后测得增加后的体积V2，从而得到其绝对密度ρ石＝m1/(V2-V1)，碎石绝对密度为在干燥状态下碎石质量与本身体积之比。
步骤6，将所有烘干的碎石分为若干个粒径范围；
步骤7，按照级配k称取质量m2的碎石放入容器4，再按照配比i再加入质量m3密度为ρ高的高聚物；i的范围为100:3-100:6。
步骤8，称量搅拌机的质量m4，调节搅拌机的搅拌浆7伸入容器4的深度，搅拌浆7伸入容器4中碎石深度的一半处，打开电源使搅拌机和振动台1工作。
步骤9，搅拌一定时间后关闭搅拌机，振动台1继续工作，拔出搅拌机的搅拌浆7，称搅拌机的质量m5，待复合材料5表面振动水平后放入压盘9。
在放入压盘9时要水平缓慢放入，保证碎石均匀受压，且在振动过程中如果压盘9出现倾斜，要及时扶正，考虑到拔出搅拌机搅拌浆7后，搅拌浆7表面会粘有复合材料5，因此在称量碎石、复合材料5时要根据搅拌机插入拔出前后的质量差(m5-m4)及配比i使理论质量适当小于实际质量。
步骤10，压盘9压实一定时(不小于2小时)后关闭振动台1，再压实一定时间(不小于3小时)后，测出复合材料5净高h，根据孔隙率的定义计算出孔隙率n；
其中，V为复合材料5体积，D为容器4内经，h1和h2分别为容器4的侧壁上两条刻度10所测的复合材料5高度，
步骤11，取出压盘9，将盛有复合材料5的容器4放在底座2上，打开阀门9输水管8向容器4内注水至出水口位置，并静置一段时间使其水位稳定在出水口。
步骤12，在出水槽12出口和容器4出水口放置量水容器4，拆卸掉隔水板的同时输水管8向容器4内注水，开始计时，调节阀门9，保证水位稳定在出水口位置，待出水槽12出口水流量稳定时，关闭阀门9，得到单位时间通过复合材料5的水量，即透水系数p。
步骤13，一次试验完成后，分别改变碎石级配k、碎石与高聚物配比i、压实度G重做试验，绘制孔隙率n、透水系数p随三者变化的曲线和透水系数p随孔隙率n的变化曲线。
本发明了提供一种全新的装置及操作方法来测定材料孔隙率，通过测定碎石密度、碎石和高聚物质量，得到碎石、高聚物体积，然后利用装置配制复合材料5的同时测得复合材料5的体积，从理论上直接求得孔隙的体积从而求得孔隙率；同时本装置还能测量透水系数，并通过改变碎石级配、碎石与高聚物之间配比以及材料压实度等条件来探讨影响孔隙率、透水系数的因素，进一步讨论孔隙率与透水系数之间的关系，为复合材料5力学性质的研究提供依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，其特征在于：包括振动台、底座、容器、压盘、搅拌机和输水管；
所述振动台和底座用以放置容器，所述容器用于复合材料配制且可测量内部容纳的复合材料体积，所述容器的侧壁顶端设置有出水口，所述容器的底板包括从上往下依次设置的漏水板和隔水板，所述隔水板与容器之间为可拆卸式连接，所述底座上设置有出水槽，所述输水管用以向容器输水，并且输水管上设置有阀门，所述搅拌机的搅拌浆用以伸入容器搅拌。
2.根据权利要求1所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，其特征在于：所述容器为圆柱体容器，所述容器的侧壁上设置有刻度。
3.根据权利要求1所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，其特征在于：所述振动台和底座周侧均设置有水准泡。
4.根据权利要求1或4所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，其特征在于：所述振动台和底座通过连接座连接，所述连接座上设置有支架，所述搅拌机和输水管设置在支架上，所述输水管位于底座上方，所述搅拌机位于振动台上方。
5.根据权利要求4所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，其特征在于：所述搅拌机在支架上可调节高度。
6.根据权利要求1所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置，其特征在于：所述压盘与容器匹配。
7.基于权利要求1所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
放置振动台和底座，并保证水平；
将容器放在振动台上；
取适量试验所用碎石，测量其最大干密度和最小干密度；
将所有试验所用碎石冲洗干净，然后烘干；
从烘干的碎石中随意选取适量，测量其质量m1后，将其放入盛有V1体积水的烧杯中，待水位稳定后测得增加后的体积V2，从而得到其绝对密度ρ石＝m1/(V2-V1)；
将所有烘干的碎石分为若干个粒径范围；
按照级配k称取质量m2的碎石放入容器，再按照配比i再加入质量m3密度为ρ高的高聚物；
称量搅拌机的质量m4，调节搅拌机的搅拌浆伸入容器的深度，打开电源使搅拌机和振动台工作；
搅拌一定时间后关闭搅拌机，振动台继续工作，拔出搅拌机的搅拌浆，称搅拌机的质量m5，待复合材料表面振动水平后放入压盘；
压盘压实一定时间后关闭振动台，再压实一定时间后，测出复合材料净高，根据孔隙率的定义计算出孔隙率n；
取出压盘，将盛有复合材料的容器放在底座上，打开阀门输水管向容器内注水至出水口位置，并静置一段时间使其水位稳定在出水口；
在出水槽出口和容器出水口放置量水容器，拆卸掉隔水板的同时输水管向容器内注水，开始计时，调节阀门，保证水位稳定在出水口位置，待出水槽出口水流量稳定时，关闭阀门，得到单位时间通过复合材料的水量，即透水系数p；
一次试验完成后，分别改变碎石级配k、碎石与高聚物配比i、压实度G重做试验，绘制孔隙率n、透水系数p随三者变化的曲线和透水系数p随孔隙率n的变化曲线。
8.根据权利要求7所述的测量碎石-高聚物复合材料孔隙特性的装置的测量方法，其特征在于：搅拌机的搅拌浆伸入容器中碎石深度的一半处。
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