CN107421871A - 混凝土透水系数测定装置及其方法 - Google Patents

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李世华
焦岩
马敏超
田帅
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周耀旭
王模弼
李云明
张立志
刘旭刚
郝国祥
刘武刚
潘杰
曹蓉
李锐
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    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials

Abstract

本发明公开了一种混凝土透水系数测定装置及其方法,包括透明圆筒、溢流水槽和量筒,透明圆筒、溢流水槽和量筒的外侧壁上均刻有刻度,透明圆筒竖直设置在溢流水槽内,透明圆筒的上、下端开口,其中透明圆筒的下端开口处设置有混凝土密封固定装置;透明圆筒上部的外侧壁上开设有圆筒溢流口,溢流水槽的外侧壁上开设有溢流水槽溢流口,其中量筒设置在溢流水槽溢流口的下方,圆筒溢流口和溢流水槽溢流口上均依次安装有转子流量计和液体流量自动控制仪;液体流量自动控制仪由时间继电器、电磁阀和管路构成;本发明的有益效果是:测定装置测量圆筒及溢流水槽,表面均刻有分度值为mm的刻度,读数方便快捷,且其刻度值不会因长期水浸而影响精度。

Description

混凝土透水系数测定装置及其方法
技术领域
本发明涉及测定装置及其方法,具体涉及混凝土透水系数测定装置及其方法。
背景技术
随着国家“一带一路”建设步伐的加快,大型市政公路、高速公路及水利工程与日俱增。但由于为了满足混凝土高强度和耐久性的要求,大多数道路都采用密实性铺装。虽然给我们的生活带来了一定的便利,但对于生态环境而言将会产生诸多负面影响,如地下水位降低、城市热岛效应、城市排水系统压力过大等。另外,密实型路面会在雨天造成路面积水,不利于出行安全。因此,海绵城市理念应运而生,透水混凝土应用日臻广泛。
透水混凝土又称多孔混凝土,无砂混凝土,透水地坪。是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土,其内部结构为孔穴均匀分布的蜂窝状结构,故具有透水、透气的特点。
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/T135《透水水泥混凝土路面技术规程》中附录A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,且在使用过程中,出水和进水流量均为人工控制,在实际使用该装置测定透水率的过程中,液面高度较难控制恒定,需要耗费大量时间进行调整。因此,对于测定透水率的方便性和精确性会产生一定负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土透水系数测定装置及其方法,解决传统测定装置复杂,使用时操作繁琐,性能不稳定、测量结果误差较大的问题。
为解决上述的技术问题,本发明采用以下技术方案:
混凝土透水系数测定装置,包括透明圆筒、溢流水槽和量筒,透明圆筒、溢流水槽和量筒的外侧壁上均刻有刻度,透明圆筒竖直设置在溢流水槽内,透明圆筒的上、下端开口,其中透明圆筒的下端开口处设置有混凝土密封固定装置;
透明圆筒上部的外侧壁上开设有圆筒溢流口,溢流水槽的外侧壁上开设有溢流水槽溢流口,其中量筒设置在溢流水槽溢流口的下方,圆筒溢流口和溢流水槽溢流口上均依次安装有转子流量计和液体流量自动控制仪;
液体流量自动控制仪由时间继电器、电磁阀和管路构成,电磁阀设置在管路上,并与时间继电器电连接。
更进一步的技术方案是,上述的时间继电器、电磁阀和管路构成一条流量控制通路,液体流量自动控制仪内并联设置有两条以上的流量控制通路。
更进一步的技术方案是,上述的流量控制通路并联设置有三条,且三条并联设置的流量控制通路的管路管口口径分别为15mm、20mm和25mm。
更进一步的技术方案是,上述的转子流量计、时间继电器和电磁阀均通过PLC控制柜电连接。
更进一步的技术方案是,上述的量筒的内部底端还安装有温度传感器。
更进一步的技术方案是,上述的混凝土密封固定装置包括固定胶套和不锈钢环箍,固定胶套为有机硅橡胶套,其中固定胶套的上部通过不锈钢环箍固定套接在透明圆筒的下部;
固定胶套的下部上也固定套接有不锈钢环箍,固定胶套的内侧面上涂有凡士林层。
混凝土透水系数测定方法,包括如下步骤:
步骤1:准备透水混凝土试块,并在水中浸泡24小时后取出;
步骤2:将透水混凝土试块固定的安置在内侧面上涂有凡士林层的固定胶套内;
步骤3:通过支架将带有透水混凝土试块的透明圆筒放置在溢流水槽内,然后接通PLC控制柜的电源;
步骤4:向透明圆筒顶部匀速的注水,使水透过透水混凝土试块流入溢流水槽中;
步骤5:PLC控制系统收到转子流量计反馈的数据,进而控制液体流量自动控制仪中的电磁阀,使得透明圆筒和溢流水槽中的液面稳定;
步骤6:观察并记录注入透明圆筒的水量和圆筒溢流口溢出的水量,当透明圆筒的注水量与圆筒溢流口的出水量相同时,打开秒表开始计时,并同时测量量筒内水的温度和量筒上刻度的示数;
步骤7:当实验结束后,记录秒表读数和量筒上刻度的示数,其中透水系数的计算公式为:
KT =(Q×D)/(A×h×t);
K15=μ×KT
式中:KT—水温T时的透水系数,mm/s;
Q—试验时间段内量筒内水的体积,ml;
D—透水混凝土试件的厚度,mm;
A—混凝土试件的透水表面积,cm2
h—水头高度即圆筒溢流口与溢流水槽溢流口的高度差,cm;
t—试验时间,s;
K15—15℃下的标准透水系数;
μ—为修正系数。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明的测定装置测量圆筒及溢流水槽,表面均刻有分度值为mm的刻度,读数方便快捷,且其刻度值不会因长期水浸而影响精度。
2、本发明的透明圆筒下部与透水混凝土试块密封的有机硅橡胶套在安装过程中涂抹凡士林,起到润滑及密封作用,防止在测定透水率的过程中沿透水混凝土试块侧边渗水,造成测定结果失真。
3、本发明测定装置圆筒溢流口及溢流水槽溢流口均安装有转子流量计及液体流量自动控制仪,并与PLC控制柜连接,通过传感各溢流口水流流速数据,实时调整液体流量自动控制仪中三个不同管路上电磁阀的闭合状态,从而起到实时调整流速,液面快速稳定的目的。
4、由于水的动力粘滞系数直接影响渗透系数的大小,透水系数应换算到标准温度才具有可比性,因此在计算过程中本发明测定装置量筒底端安装有温度传感器,实时测定记录水温,较传统温度计测量精度更高,且可连续记录数据,起到精确测量的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明液体流量自动控制仪的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
如图1和2所示,包括透明圆筒1、溢流水槽2和量筒3,透明圆筒1、溢流水槽2和量筒3的外侧壁上均刻有刻度4,透明圆筒1竖直设置在溢流水槽2内,透明圆筒1的上、下端开口,其中透明圆筒1的下端开口处设置有混凝土密封固定装置5;透明圆筒1上部的外侧壁上开设有圆筒溢流口7,溢流水槽2的外侧壁上开设有溢流水槽溢流口8,其中量筒3设置在溢流水槽溢流口8的下方,圆筒溢流口7和溢流水槽溢流口8上均依次安装有转子流量计9和液体流量自动控制仪10;液体流量自动控制仪10由时间继电器11、电磁阀12和管路13构成,所述电磁阀12设置在管路13上,并与时间继电器11电连接。
在本实施例中,混凝土试块安装在橡胶套6内,且位于透明圆筒1的下方,然后在通过支架16安装将混凝土试块及透明圆筒1安装在溢流水槽2内,使用时向透明圆筒1内注水,然后水透过混凝土试块流入到溢流水槽2中,转子流量计9可以实时监测流速,电磁阀12能控制圆筒溢流口7和溢流水槽溢流口8的开闭,而时间继电器11则控制电磁阀12开闭的时间,使得测定装置中的液面自动稳定,最后观察透明圆筒1和溢流水槽2溢出的水量,当两者平衡时,打开秒表计时,测定量筒3内液体的温度,并读取量筒示数,最后根据公式换算出混凝土透水系数。
实施例2
如图2所示,对比于实施例1,本实施例优化了液体流量自动控制仪10,时间继电器11、电磁阀12和管路13构成一条流量控制通路,液体流量自动控制仪10内并联设置有两条以上的流量控制通路。
在本实施例中,通过时间继电器11和电磁阀12能控制管路13的连通,进而控制圆筒溢流口7或溢流水槽溢流口8是否导通。
实施例3
如图2所示,对比于实施例2,本实施例优化了液体流量自动控制仪10,流量控制通路并联设置有三条,且三条并联设置的流量控制通路的管路13管口口径分别为15mm、20mm和25mm。
在本实施例中,通过三条不同的流量控制通路,能调整流速,从而使液面快速稳定。
实施例4
对比于实施例3,本实施例优化了转子流量计9、时间继电器11和电磁阀12,转子流量计9、时间继电器11和电磁阀12均通过PLC控制柜电连接。
在本实施例中,PLC控制柜控制转子流量计和液体流量自动控制仪,从而实现实时调整液体流量自动控制仪中三个电磁阀的闭合状态,从而起到实时调整流速,液面快速稳定的目的。
实施例5
如图1所示,对比于实施例1,本实施例优化了量筒3,量筒3的内部底端还安装有温度传感器14。
在本实施例中,由于水的动力粘滞系数直接影响渗透系数的大小,透水系数应换算到标准温度才具有可比性,因此在测定装置量筒底端安装有温度传感器,实时测定记录水温,较传统温度计测量精度更高,且可连续记录数据,起到精确测量的目的。
实施例6
如图1所示,对比于实施例1,本实施例优化了混凝土密封固定装置5,混凝土密封固定装置5包括固定胶套6和不锈钢环箍15,固定胶套6为有机硅橡胶套,其中固定胶套6的上部通过不锈钢环箍15固定套接在透明圆筒1的下部;固定胶套6的下部上也固定套接有不锈钢环箍15,固定胶套6的内侧面上涂有凡士林层。
在本实施例中,测定装置圆筒下端与待测试块密封的有机硅橡胶套在安装过程中涂抹凡士林,起到润滑及密封作用,防止在测定透水率的过程中沿透水混凝土试块侧边渗水,造成测定结果失真。
实施例7
混凝土透水系数测定方法,包括如下步骤 :
步骤1:准备尺寸为φ100mm×50mm,且呈圆柱状的透水混凝土试块,并在水中浸泡24小时后取出;
步骤2:将透水混凝土试块固定的安置在内侧面上涂有凡士林层的橡胶套6内;
步骤3:将透水混凝土试块通过支架16放置在溢流水槽2内,然后将透明圆筒1安装在橡胶套6的上部,并通过不锈钢环箍15将橡胶套6和透明圆筒1固定在一起,最后接通PLC控制柜的电源,打开温度传感器14的开关;
步骤4:向透明圆筒1顶部匀速的注水,使得透明圆筒1只能通过透水混凝土试块流入溢流水槽2中;
步骤5:开启转子流量计9,然后通过PLC控制系统控制液体流量自动控制仪10中的电磁阀12,使得透明圆筒1和溢流水槽2中的液面稳定,其中电磁阀12由电磁感应线圈、电磁铁芯和阀座组成,工作时通电线圈产生电磁感应,将电磁铁芯吸起,对应直径的管路导通,液体流过,切换流速时,电磁阀断电,铁芯复位,阀门关闭;所有阀门均由时间继电器11控制;
步骤6:观察并记录注入透明圆筒1的水量和圆筒溢流口7溢出的水量,当两者成为平衡状态时,打开秒表开始计时,并同时读取量筒3内部温度传感器14显示温度和量筒3上刻度4的示数;
步骤7:当实验结束后,记录秒表读数和量筒3上刻度4的示数,其中透水系数的计算公式为:
KT =(Q×D)/(A×h×t);
K15=μ×KT
式中:KT—水温T时的透水系数,mm/s;
Q—试验时间段内量筒内水的体积,ml;
D—透水混凝土试件的厚度,mm;
A—凝土试件的透水表面积,cm2
h—水头高度即圆筒溢流口7与溢流水槽溢流口8的高度差,cm;
t—试验时间,s;
K15—15℃下的标准透水系数;
μ—为修正系数。
本发明为混凝土透水系数测定装置及其方法,通过实验可以得到如下对比数据:其中分组1中的已知透水系数为0.42mm/s,空隙率为9.0%的透水混凝土,利用该系统三次测量取平均值,测定透水系数结果见表1;分组2中的已知透水系数为1.00mm/s,空隙率为11.8%的透水混凝土,利用该系统三次测量取平均值,测定透水系数结果见表1;分组3中的已知透水系数为4.30mm/s,空隙率为30.9%的透水混凝土,利用该系统三次测量取平均值,测定透水系数结果见表1。
表1 透水率测量结果
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说,在本申请公开、附图和权利要求的范围内,可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外,对于本领域技术人员来说,其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.混凝土透水系数测定装置,包括透明圆筒(1)、溢流水槽(2)和量筒(3),所述透明圆筒(1)、溢流水槽(2)和量筒(3)的外侧壁上均刻有刻度(4),所述透明圆筒(1)竖直设置在溢流水槽(2)内,所述透明圆筒(1)的上、下端开口,其中透明圆筒(1)的下端开口处设置有混凝土密封固定装置(5);
所述透明圆筒(1)上部的外侧壁上开设有圆筒溢流口(7),溢流水槽(2)的外侧壁上开设有溢流水槽溢流口(8),其中所述量筒(3)设置在溢流水槽溢流口(8)的下方,其特征在于:所述圆筒溢流口(7)和溢流水槽溢流口(8)上均依次安装有转子流量计(9)和液体流量自动控制仪(10);
所述液体流量自动控制仪(10)由时间继电器(11)、电磁阀(12)和管路(13)构成,所述电磁阀(12)设置在管路(13)上,并与时间继电器(11)电连接。
2.根据权利要求1所述的混凝土透水系数测定装置,其特征在于:所述时间继电器(11)、电磁阀(12)和管路(13)构成一条流量控制通路,所述液体流量自动控制仪(10)内并联设置有两条以上的流量控制通路。
3.根据权利要求2所述的混凝土透水系数测定装置,其特征在于:所述流量控制通路并联设置有三条,且三条并联设置的流量控制通路的管路(13)管口口径分别为15mm、20mm和25mm。
4.根据权利要求3所述的混凝土透水系数测定装置,其特征在于:所述转子流量计(9)、时间继电器(11)和电磁阀(12)均通过PLC控制柜电连接。
5.根据权利要求1所述的混凝土透水系数测定装置,其特征在于:所述量筒(3)的内部底端还安装有温度传感器(14)。
6.根据权利要求1所述的混凝土透水系数测定装置,其特征在于:所述混凝土密封固定装置(5)包括固定胶套(6)和不锈钢环箍(15),所述固定胶套(6)为有机硅橡胶套,其中固定胶套(6)的上部通过不锈钢环箍(15)固定套接在透明圆筒(1)的下部;
所述固定胶套(6)的下部上也固定套接有不锈钢环箍(15),所述固定胶套(6)的内侧面上涂有凡士林层。
7.混凝土透水系数测定方法,其特征在于:采用如权利要求 1~6中任一项所述的混凝土透水系数测定装置,包括如下步骤 :
步骤1:准备透水混凝土试块,并在水中浸泡24小时后取出;
步骤2:将透水混凝土试块固定的安置在内侧面上涂有凡士林层的固定胶套(6)内;
步骤3:通过支架(17)将带有透水混凝土试块的透明圆筒(1)放置在溢流水槽(2)内,然后接通PLC控制柜的电源;
步骤4:向透明圆筒(1)顶部匀速的注水,使水透过透水混凝土试块流入溢流水槽(2)中;
步骤5:PLC控制系统收到转子流量计(9)反馈的数据,进而控制液体流量自动控制仪(10)中的电磁阀(12),使得透明圆筒(1)和溢流水槽(2)中的液面稳定;
步骤6:观察并记录注入透明圆筒(1)的水量和圆筒溢流口(7)溢出的水量,当透明圆筒(1)的注水量与圆筒溢流口(7)的出水量相同时,打开秒表开始计时,并同时测量量筒(3)内水的温度和量筒(3)上刻度(4)的示数;
步骤7:当实验结束后,记录秒表读数和量筒(3)上刻度(4)的示数,其中透水系数的计算公式为:
KT =(Q×D)/(A×h×t);
K15=μ×KT
式中:KT—水温T时的透水系数,mm/s;
Q—试验时间段内量筒内水的体积,ml;
D—透水混凝土试件的厚度,mm;
A—混凝土试件的透水表面积,cm2
h—水头高度即圆筒溢流口(7)与溢流水槽溢流口(8)的高度差,cm;
t—试验时间,s;
K15—15℃下的标准透水系数;
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