CN107703046B - 混凝土透水系数测定仪及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透水混凝土透水系数测定仪，包括主体安装框架；主安装框架上部装有水箱式试块夹具，中部装有透过水收集件，下部设置透过水路，底部设置称量容器和储水容器；主安装框架一侧设有电控单元；水箱式试块夹具包括可开闭夹板和夹板开闭控制机构；每个夹板内表面设有弹性材料层；夹板设有进水口和溢流口；透过水路分为排水管和计量水管，并设置电磁阀用于在排水管和计量水管间切换水流；排水管外接下水，计量水管通入称量容器；电控单元至少设置控制按钮、控制电路和继电器；控制电路与继电器控制电磁阀切换透过水的流向。本发明的透水系数测定仪具有非常高的测试便利性和准确性，操作简单、省时省力。本发明还提供用所述测定仪测定透水混凝土透水系数的方法。

Description

混凝土透水系数测定仪及测定方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料透水系数测定装置及方法，尤其涉及一种混凝土的透水系数测定仪及测量方法。

背景技术

混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土或透水地坪，是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。透水混凝土由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面缺陷而开发使用，能让雨水流入地下，可有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等城市环境问题，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。常规的透水混凝土拥有15％-25％的孔隙，能够使透水速度达到31-52升每米每小时，远远高于最有效的降雨在最优秀的排水配置下的排出速率。因此，透水混凝土被认为是保护地下水、维护生态平衡、缓解城市热岛效应，建设海绵城市的优良建筑材料。

透水系数是反映透水混凝土透水性的指标，也是反映透水混凝土性能的关键指标之一，它反映了材料内部孔隙的大小、数量、分布以及连通等情况，通常是指在固定水位下，透水混凝土在单位时间内通过单位面积上的透水量，单位为毫米每秒。因此，透水系数也称为透水混凝土研发中最重要的测定指标。也有在不固定水头，固定流量的条件下描述透水混凝土透水性能的方法。这种方法多用于透水性能相对较差的混凝土。目前，对于透水混凝土透水系数的测试，不同的研究者基于大致相同的原理开发了不同的仪器设备，但这些设备中都将试件置于一个较大的带溢流口的水槽内，测量时透过试件的水会进入该溢水槽，通过测量溢水槽中被透过水所挤压溢出槽的水量来推算试件的透水系数。但这类设备和方法都不够成熟，水槽深度不一样，挤压压力不一样，水槽宽度不一样，挤压溢出槽的水量不稳定，透水试件侧面液体侧漏，存在结构复杂、操作繁琐、测量误差较大、浪费水资源，不环保以及应用场合限制等问题。

因此，有必要通过结构的改进克服上述技术问题，进一步提高透水系数测定的科学性和准确性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种透水混凝土透水系数的测定装置及测定方法，能够克服现有设备的多种缺陷，进一步降低操作难度、提高测试精度。

本发明实现上述目的所采用的技术方案为：

首先，提供一种测定透水混凝土透水系数的装置，包括主体安装框架，所述的主安装框架上部装有水箱式试块夹具，中部装有透过水收集件，下部设置透过水路，底部设置称量容器和带水泵的储水容器；主安装框架一侧设有电控单元；

所述的水箱式试块夹具包括一对可开闭夹板和夹板开闭控制机构；所述的一对可开闭夹板闭合后形成底端开放的直立筒，其筒深不小于试件高度的2倍；所述的每个夹板内表面设有弹性材料层；所述的可开闭夹板底端设有防止试件下坠的限位筋；所述的夹板上半部设有进水口和溢流口；所述的进水口连接所述的储水容器的水泵；所述的溢流口通过管道连接所述的储水容器；

所述的透过水收集件设置在所述水箱式试块夹具下方，其上开口面积大于所述的可开闭夹板闭合后形成的下端口面积；

所述的透过水路分为排水管和计量水管，并设置电磁阀用于在排水管和计量水管间切换水流；所述的排水管外接下水，所述的计量水管通入所述的称量容器；所述的称量容器通过管道和电控阀门连接所述的储水容器；

所述的电控单元至少设置控制按钮、控制电路和继电器；所述的控制电路与所述的继电器电连接，所述的继电器与所述的电磁阀电连接，以控制透过水路中透过水的流向切换。

本发明的方案中，所述的主体安装框架的具体形式没有特殊的限定，可以是骨架式、台桌式或箱体式；所述的形状也没有特别限定，可以是整体呈圆柱或方柱或二者的结合。本发明优选的方案中，所述的主体安装框架是表面开有若干孔的方形箱体；所述的水箱式试块夹具固定安装在所述箱体上表面，所述的透过水路、称量容器和带水泵的储水容器都置于所述箱体内部；所述的透过水收集件透过所述箱体上表面的孔安装在所述水箱式试块夹具正下方。

本发明的方案中，所述的水箱式试块夹具的作用是将设定水头、固定试块及试块侧封一体化。当试块放入夹板之间、夹板闭合后，一对夹板借助外部提供的挤压力将试块沿水平方向夹紧，使试块竖直固定于夹板形成的筒内下部，此时夹板内表面的弹性材料层能够很好地填充并封闭试块侧表面的孔隙，在对试块完成固定的同时也实现了侧封，与此同时，试块以上的筒内空间注水后即直接形成了测试水头，由此，通过本发明所述的水箱式试块夹具可以一举多得地完成水头的设定、试块的固定及侧封。

所以，本发明所述的水箱式试块夹具的具体形式没有特定的限制，所述的一对夹板可以是对称的或不对称的，闭合后可以呈方筒也可以呈圆筒；所述的夹板开闭控制机构可以是锁扣机构、杠杆机构或螺杆机构中的任意一种或几种与滑道的组合；所述的弹性材料层的弹性材料种类也没有特变的限制，硬度不大于邵氏硬度40度的各种弹性材料。只要能够提供水平方向足够的夹紧力、夹板内部的弹性材料层有足够的弹性和厚度、闭合后筒内有足够空间形成水头的组合件，就都可以作为本发明的水箱式试块夹具。

本发明优选的方案中，所述的一对夹板由对称的夹板一和夹板二构成，其横截面均呈“∟”形；所述的夹板开闭控制机构包括方形框架、水平滑道、滑块、杠杆和旋紧螺杆；所述的方形框架，固定安装在所述方形箱体上表面，其一边开放，对边内侧与所述夹板一的脊边中部固定连接，其余任意一边或两边设置所述的水平滑道；所述的水平滑道内滑动连接所述的滑块，所述的滑块固定连接所述的夹板二外表面中部；所述的杠杆一端销接于所述方形框架设有水平滑道的边，水平转动时杠杆中部接触所述夹板二的脊边中部，推动夹板二沿水平滑道向夹板一滑动，以实现一对夹板的闭合；所述的旋紧螺杆固定安装在所述方形框架上，在所述杠杆将夹板二推至与夹板一闭合时，所述的旋紧螺杆可与所述杠杆的转动端螺接，可进一步通过旋拧方式推动杠杆进而锁紧一对夹板。所述的水平滑道可以在所述的方形框架一边设置，也可以在方形框架相平行的两边设置，本发明中优选在所述的方形框架两个平行边设置水平滑道，以保证夹板二滑动的稳定性。此时，所述的水箱式试块夹具在夹紧过程中能够最大程度地向试块的四个侧面施加压力，使弹性材料层充分封闭试块的每个侧面，尽可能降低了测试过程中试块侧面漏水情况的发生。

本发明所述的方案中，水箱式试块夹具的溢流口设置在高于试块位置的夹板上，设置的数量、形状和具体位置可以有多种，例如，可以纵向间隔设置若干个不同高度的溢流口，也可以仅在最高位设置一个溢流口，还可以设置一个细长的纵向贯通式溢流口；所述的溢流口形状也可以是圆孔形、扁长方形等。本发明优选的一种方案中，所述的某一夹板同一面上纵向间隔地设置3个扁长方形溢流口；所述的3个扁长方形溢流口分别通过管道连接储水容器，或者与连接着储水容器的同一管道根据需要切换连接。

本发明优选的方案中，所述的夹板上进一步设置透明观察窗，用于观察水头变化情况；更优选进一步在所述的透明观察窗上设置刻度线，辅助观察水头的变化幅度。

本发明优选的方案中，所述的电控单元进一步设有计算芯片、存储器和显示屏；所述的计算芯片用于接收来自称量容器的数据并通过预设程序处理数据；所述的存储器用于存储数据；所述的显示屏用于显示计算结果。

本发明进一步优选的方案中，所述的控制电路包括水泵数控电路和继电器控制电路；所述的水泵数控电路与所述储水容器中的水泵电连接，用于高精度数字化控制所述水泵的流量；所述的继电器控制电路分别通过继电器控制所述透过水路的电磁阀和称量容器的电控阀门。此时，所述的电控单元可以精细化控制储水容器中的水泵，进而精细地调节夹具式水头设定装置中的进水量；并在预设程序下根据需要随时控制透过水路电磁阀，控制透过水的流向，获取任意想要的时间段的称量数据和计算结果。

在此基础上，本发明进一步提供一种测定透水混凝土透水系数的方法，采用本发明所述的测定仪，包括以下步骤：

1)取透水混凝土试块，选择试块的抹平面作为测定块上面，即测定面，其余面作为侧面，将所述的水箱式试块夹具的一对夹板打开，将试块紧贴所述夹板内表面放置在所述限位筋上，通过夹板开闭控制机构夹紧并锁死一对夹板，完成试块的固定和侧封；

2)将所述的透过水路的水流向设置为进入所述的排水管；开启储水容器的水泵，通过所述的进水口向所述的水箱式试块夹具内注水，注水的同时一部分水向下透过试块，必要时另一部分水从所述的溢流口排出，观察水箱式试块夹具内的水位，调节所述水泵的流量，使水箱式试块夹具内的水位变化幅度保持在预设范围内，完成水头设定；

3)将透过水流向从所述的排水管切换至所述的计量水管，称量容器称量预设时间内来自计量水管的水量，再根据试块测定面的面积、水头液面高度等参数计算得出所述试块的透水系数。

本发明优选的测定方法中，步骤2)所述的调节所述水泵的流量是通过设置数控电路高精度数字化控制水泵流量来实现的，其中，所述的水泵流量控制精度达到0.01升每秒。此时能够实现快速精准地调节水箱式试块夹具内的液面高度，使水头迅速保持平稳，大大节约了测试用时；更值得一提的是，通过高精度调节水泵流量，本发明的测定方法中可以将水头高度设定在任意高度，水头高度不再取决于溢流口的高度，从而能够方便地完成在任意水头高度下的测定，打破了传统测定设备的局限性。同时，也可以用固定流量，不固定水头的方法测定透水性能。

与现有技术相比，本发明的透水系数测定仪及测定方法具有多方面的有益效果，主要体现在：

1、将试块固定、侧封和水头设定通过水箱式试块夹具一体化实现，试块既不需要进行单独侧封处理，也不需要采用独立的配件专门固定，大大节约了侧封所需时间成本，也降低了配件之间组装带来的密封成本和漏水风险。使测定过程更加方便快捷。而且，通过机械力将弹性材料层向试块侧面持续挤紧，能够确保在整个测试过程中试块侧面孔隙都有非常理想的封闭效果，与现有技术中对试块侧面进行蜡封或包膜封闭的方式相比，能够省时省力地降低测漏导致的误差。同时，本测定仪为无损测定，完成透水系数测定后的试件，还可作为抗压力学性能测定的试件，最大限度地降低了人为误差。

2、通过电控切换透过水流向，简化了测定过程中的操作，可以将每一段预设测定时间内的透过水进行单独计量，不仅降低了对称量容器的容积要求，而且也不需要频繁地关闭仪器来清空称量容器。本测定仪还可以在定水头和不定水头两种形式下随意切换，以保证不同试验和研究工作的需要。

总之，本发明的透水系数测定仪和测定方法基于上述结构特点而具有非常高的测试便利性和准确性，操作简单、省时省力。

附图说明

图1为实施例1透水系数测定仪的整体结构示意图。

图2为实施例1透水系数测定仪的夹具式水箱闭合时结构示意图。

图3为实施例1透水系数测定仪的夹具式水箱打开时结构示意图。

图4为实施例1透水系数测定仪的夹具式水箱背面结构示意图。

图5为实施例1透水系数测定仪的透过水路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

一种透水混凝土透水系数测定装置，如图1所示，它整体上包括集成箱1、夹具式水箱2、透过水收集漏斗3、透过水管路4、称量桶5、储水箱6、电控箱7和触屏式微电脑8。

夹具式水箱2，如图2、3、4所示，包括方形框架20、直角夹板一21、直角夹板二22、水平滑道23、滑块24、杠杆25和旋紧螺杆26；直角夹板一21和直角夹板二22规格相同，闭合后形成底端开放的直立方筒，其筒深大于等于试件厚度的2倍；直角夹板一21和直角夹板二22内表面设有弹性材料层27；直角夹板一21底端设有防止试件下坠的限位筋28；直角夹板一21的一个面上设有进水口211，另一个面上设有纵向间隔地设置3个扁长方形溢流口212；进水口211通过水管9连接储水箱6的水泵；三个溢流口212中，有两个安装有堵头213，另一个与连接着储水箱6的水管9连通；直角夹板二22的两个面上设置透明观察窗221，透明观察窗221上设置刻度线222，用于观察水头的变化幅度。如图2、3、4所示，方形框架20，固定安装在集成箱1上表面，其一边开放，对边内侧焊接直角夹板一21的脊边中部，其余两边设置水平滑道23；水平滑道23内滑动连接滑块24，滑块24焊接直角夹板二22外表面中部；杠杆25一端销接于方形框架20上，水平转动时杠杆25中部接触直角夹板二22的脊边中部，推动直角夹板二22沿水平滑道向直角夹板一21滑动，以实现一对夹板的闭合；旋紧螺杆26固定安装在方形框架20上，在杠杆25将直角夹板二22推至与直角夹板一21闭合时，旋紧螺杆26可与杠杆25的转动端螺接，可进一步通过旋拧方式推动杠杆25，进而锁紧一对夹板。

如图1所示，透过水收集漏斗3透过集成箱1上表面的孔安装在夹具式水箱2正下方，其上开口面积大于直角夹板一21和直角夹板二22闭合后形成的方筒下端口面积；

如图5所示，透过水管路4分为排水管41和计量水管42，并设置电磁阀43用于在排水管和计量水管间切换水流；排水管41外接下水，计量水管42通入称量桶5；称量桶5通过水管9和电控阀门51连接储水箱6；

电控箱7内设有继电器；触屏式微电脑8设有计算芯片、存储器和触摸显示屏；计算芯片与称量桶5电连接，用于接收来自称量桶5的数据并通过预设程序处理数据；存储器用于存储数据；触摸显示屏用于输入指令并显示计算结果。触屏式微电脑8还内置水泵数控电路和继电器控制电路；水泵数控电路与储水箱6中的水泵电连接，用于高精度数字化控制水泵的流量；继电器控制电路分别通过继电器控制透过水管路的电磁阀43和称量桶5的电控阀门51。所述的电控单元可以精细化控制储水容器中的水泵，进而精细地调节夹具式水头设定装置中的进水量；并在预设程序下根据需要随时控制透过水路电磁阀，控制透过水的流向，获取任意想要的时间段的称量数据和计算结果。

实施例2

一种测定透水混凝土透水系数的方法，采用实施例1所述的测定仪，包括以下步骤：

1)取透水混凝土试块，选择试块的两个平行平面作为测试面，其余面作为侧面，将所述的夹具式水箱2的直角夹板二22打开，将试块紧贴直角夹板一21内表面放置在限位筋28上，通过杠杆25水平转动推动直角夹板二22沿水平滑道向直角夹板一21滑动，实现一对夹板的夹紧，将杠杆25的转动端与旋紧螺杆26螺接后旋紧锁死，完成试块的固定和侧封；

2)向触屏式微电脑8发出指令，通过水泵控制电路开启储水箱6的水泵，通过进水口211向夹具式水箱2内注水，注水的同时一部分水向下透过试块，一部分水从溢流口212排至储水箱6，通过透明观察窗221观察夹具式水箱2内的水位，通过水泵控制电路调节水泵的流量，使夹具式水箱2内的水位变化幅度保持在预设范围内，完成水头设定；

3)向触屏式微电脑8发出指令，通过继电器控制电路操控继电器，控制电磁阀43将透过水流向从排水管41切换至计量水管42，称量桶称量预设时间内来自计量水管42的水量，再根据试块测试面的面积、水头液面高度等参数计算得出所述试块的透水系数；

4)向触屏式微电脑8发出指令，通过继电器控制电路操控继电器，控制称量桶5的电控阀门51打开，将经过称量的透过水通过管道8排入储水箱6，经过称量的透过水与溢流口溢出的水一起作为下一次夹具式水箱2的进水。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“背”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种透水混凝土透水系数测定仪，包括主体安装框架，所述的主体安装框架上部装有水箱式试块夹具，中部装有透过水收集件，下部设置透过水路，底部设置称量容器和带水泵的储水容器；主体安装框架一侧设有电控单元；

所述的主体安装框架是表面开有若干孔的方形箱体；所述的水箱式试块夹具包括一对可开闭夹板和夹板开闭控制机构；所述的一对可开闭夹板闭合后形成底端开放的直立筒，其筒深大于等于试件厚度的2倍；所述的每个夹板内表面设有弹性材料层；所述的可开闭夹板底端设有防止试件下坠的限位筋；所述的夹板上半部设有进水口和溢流口；所述的进水口连接所述的储水容器的水泵；所述的溢流口通过管道连接所述的储水容器；所述的一对可开闭夹板由对称的夹板一和夹板二构成，其横截面均呈“∟”形；所述的夹板开闭控制机构包括方形框架、水平滑道、滑块、杠杆和旋紧螺杆；所述的方形框架，固定安装在所述方形箱体上表面，其一边开放，对边内侧与所述夹板一的脊边中部固定连接，其余任意一边或两边设置所述的水平滑道；所述的水平滑道内滑动连接所述的滑块，所述的滑块固定连接所述的夹板二外表面中部；所述的杠杆一端销接于所述方形框架设有水平滑道的边，水平转动时杠杆中部接触所述夹板二的脊边中部，推动夹板二沿水平滑道向夹板一滑动，以实现一对夹板的闭合；所述的旋紧螺杆固定安装在所述方形框架上，在所述杠杆将夹板二推至与夹板一闭合时，所述的旋紧螺杆可与所述杠杆的转动端螺接，通过旋拧方式推动杠杆进而锁紧一对夹板；某一夹板同一面上纵向间隔地设置3个扁长方形溢流口；所述的3个扁长方形溢流口分别通过管道连接储水容器，或者与连接着储水容器的同一管道根据需要切换连接；

所述的透过水收集件设置在所述水箱式试块夹具下方，其上开口面积大于所述的可开闭夹板闭合后形成的下端口面积；

所述的透过水路分为排水管和计量水管，并设置电磁阀用于在排水管和计量水管间切换水流；所述的排水管外接下水，所述的计量水管通入所述的称量容器；所述的称量容器通过管道和电控阀门连接所述的储水容器；

所述的电控单元至少设置控制按钮、控制电路和继电器；所述的控制电路与所述的继电器电连接，所述的继电器与所述的电磁阀电连接，以控制透过水路中透过水的流向切换。

2.权利要求1所述的测定仪，其特征在于：所述的弹性材料层的弹性材料的硬度不大于邵氏硬度40硬度。

3.权利要求1-2任意一项所述的测定仪，其特征在于：所述的夹板上设置透明观察窗，用于观察水头变化情况。

4.权利要求3所述的测定仪，其特征在于：所述的透明观察窗上设有刻度线，辅助观察水头的变化幅度。

5.权利要求1所述的测定仪，其特征在于：所述的电控单元设有计算芯片、存储器和显示屏；所述的计算芯片与所述的称量容器电连接，用于接收来自称量容器的数据并通过预设程序处理数据；所述的存储器用于存储数据；所述的显示屏用于显示计算结果。

6.权利要求1-2、4-5任意一项所述的测定仪，其特征在于：所述的控制电路包括水泵数控电路和继电器控制电路；所述的水泵数控电路与所述储水容器中的水泵电连接，用于高精度数字化控制所述水泵的流量；所述的继电器控制电路分别通过继电器控制所述透过水路的电磁阀和称量容器的电控阀门。

7.一种测定透水混凝土透水系数的方法，采用权利要求1所述的测定仪，包括以下步骤：

1）取透水混凝土试块，选择试块的两个平行平面作为测试面，其余面作为侧面，将所述的水箱式试块夹具的一对夹板打开，将试块紧贴所述夹板内表面放置在所述限位筋上，通过夹板开闭控制机构夹紧并锁死一对夹板，完成试块的固定和侧封；

2）开启储水容器的水泵，通过所述的进水口向所述的水箱式试块夹具内注水，注水的同时一部分水向下透过试块，一部分水从所述的溢流口排出，观察水箱式试块夹具内的水位，调节所述水泵的流量，使水箱式试块夹具内的水位变化幅度保持在预设范围内，完成水头设定；

3）将透过水流向从所述的排水管切换至所述的计量水管，称量容器称量预设时间内来自计量水管的水量，再根据试块测试面的面积、水头液面高度计算得出所述试块的透水系数。

8.权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤2）所述的调节所述水泵的流量是通过设置数控电路高精度数字化控制水泵流量来实现的，其中，所述的水泵流量控制精度达到0.01升每秒。