CN107727555B - 渗透系数测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渗透系数测试装置及测试方法。该渗透系数测试装置包括储液容器、阀门以及测试容器，储液容器具有储液腔和进液口，储液容器上设有进气管，且进气管的底端伸入至储液腔内，顶端伸向储液腔外；测试容器具有用于放置待测试样的测试腔，测试容器与储液容器通过阀门连接以接收从储液腔内流出的液体。与现有技术相比，该渗透系数测试装置的整体结构紧凑，无需采用“一处进水+两处排水”的方式，便于实现恒定水压的功能，易于观察，操作便利，控制更方便，测试结果更准确。

Description

渗透系数测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及材料检测设备领域，特别是涉及一种渗透系数测试装置及测试方法。

背景技术

渗透系数是透水混凝土的重要指标之一。目前，透水混凝土渗透系数测定方法主要依据CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中附录A，或GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》中附录C的方法——溢流法。该溢流法所采用的透水系数试验装置包括供水系统、溢流口、溢流水槽(具有排水口并保持一定水位的水槽)、支架、试管、量筒、透水圆筒(具有溢流口并能够保持一定水位的圆筒)等。采用此透水系数试验装置进行测试时，仍有不足之处，例如：测定过程时，需有一处进水，两处排水，整体结构较复杂，测试时较难控制，操作不便且效率低。

因此，现有的透水系数试验装置亟待改进。

发明内容

基于此，有必要提供一种整体上便于操作的渗透系数测试装置及测试方法。

一种渗透系数测试装置，包括：

储液容器，所述储液容器具有储液腔和与所述储液腔相连通的进液口，所述储液容器上设有进气管，所述进气管的底端伸入至所述储液腔内，所述进气管的顶端伸向所述储液腔外，所述进液口所在的高度大于所述进气管的底端所在的高度；

阀门，所述阀门与所述储液容器连接，且所述阀门的安装高度小于所述进气管的底端所在的高度；以及

测试容器，所述测试容器具有用于放置待测试样的测试腔，所述测试容器用于与所述阀门连接以接收从所述储液腔内流出的液体，且所述测试腔能够由所述阀门密封。

在其中一个实施例中，所述渗透系数测试装置还包括与所述储液容器的所述储液腔相连通的液位监测管，所述液位监测管设于所述储液容器的侧壁上。

在其中一个实施例中，所述液位监测管设于所述储液容器的侧壁的中间区域，所述液位监测管的顶端和底端分别与所述储液腔相连通，且所述液位监测管的底端所在的高度不低于所述进气管的底端所在的高度；

所述渗透系数测试装置还包括控制器和与所述控制器连接的两个对射槽型光耦传感器，其中一个所述对射槽型光耦传感器设于所述液位监测管上并靠近顶端设置，另一个所述对射槽型光耦传感器设于所述液位监测管上并靠近底端设置。

在其中一个实施例中，所述阀门为电磁阀，所述电磁阀与所述控制器连接。

在其中一个实施例中，所述渗透系数测试装置还包括连接套筒，所述连接套筒具有中空通道，所述储液容器通过所述连接套筒与所述阀门连接。

在其中一个实施例中，所述进气管插设在所述储液容器的顶壁上；和/或所述进液口设于所述储液容器的顶壁上。

在其中一个实施例中，所述渗透系数测试装置还包括密封组件，所述密封组件包括第一盖体和第二盖体；

所述第一盖体与所述阀门连接，所述第一盖体设有与所述阀门相连通的下液孔；

所述第二盖体上设有用于安装所述测试容器的安装孔，所述第二盖体与所述第一盖体能够密封抵接，所述第二盖体上的所述安装孔与所述第一盖体上的所述下液孔相连通。

在其中一个实施例中，所述第二盖体的所述安装孔的内壁上设有密封圈安装槽；和/或

所述第一盖体上与所述第二盖体相抵接的表面上设有密封圈安装槽。

在其中一个实施例中，所述测试容器为硅胶筒；

所述渗透系数测试装置还包括不锈钢喉箍，所述不锈钢喉箍用于套紧所述硅胶筒以使待测试样的侧壁与所述硅胶筒的内壁密封抵接。

一种渗透系数的测试方法，采用上述任一实施例所述的渗透系数测试装置进行测试，所述测试方法包括如下步骤：

将待测试样置于测试容器中，并使所述待测试样的侧壁紧贴所述测试容器的内壁，再将所述测试容器与阀门密封连接；

封住进气管，通过进液口向储液容器的储液腔内注入无气液体，直至所述储液腔内的液体高度接近所述进液口的位置，同时所述储液腔内的液体与所述进气管中的液体形成高度差，停止注入液体；

密封所述进液口，解封所述进气管；

打开阀门使所述储液腔内的液体下流至所述测试容器中并渗入所述待测试样中，监测所述储液腔内的液体均匀下降特定高度时所用的时间，关闭阀门，标定该段时间内的渗透水量；

计算渗透系数，即得。

上述渗透系数测试装置的工作原理如下：

向储液容器内注液体前，关闭阀门，将进气管密封，再通过进液口向储液腔内注液体直至储液腔内的液面高度接近进液口，同时储液腔内的液体与进气管中的液体形成一定高度差，停止注液，此时由于进气管密封，管中气体量恒定不变，进气管底部的液体受制于管中气体的压力，液面一直停留在进气管的底端(记为A点)附近。将进液口密封，将进气管解封。将阀门打开，储液腔内的液体将不断下流进入测试容器中，水流将匀速穿过透水混凝土，透水混凝土表面承受恒定水压。

透水混凝土表面处水压分析：储液容器的储液腔内的水在向下流的过程中，由于储液容器顶部密封，进液口密封，储液容器内部的液面并不承受大气压，只有进气管中的液面与外界接触，承受大气压，且液面始终位于A点，因此，透水混凝土试块表面(标记处D点)的水压P_D为：P_D＝P_大气压+ρ_水gh_AD。

根据马略特瓶原理，储液容器内的水不断向下流出，储液容器内的液面持续下降，此时进气管中的液面始终位于A点，在储液容器内的液面下降至A点前，透水混凝土试块表面D点处所承受的水压P_D始终保持不变，水流呈匀速下降。

在储液腔内的水均匀渗透进入透水混凝土的过程中，记录储液腔内的水位均匀下降一定高度所用的时间，根据如下公式计算透水混凝土的渗透系数k_T：

k_T＝Q/(A t)，

其中，k_T：水温T℃时的渗透系数，mm/s；

Q：时间t秒内的渗透水量，mm³；

A：试样的上表面积，mm²；

t：时间，s。

再按以下公式计算得出标准温度15℃时的渗透系数k₁₅。

k₁₅＝k_Tη_T/η₁₅

其中，k₁₅——标准温度15℃时的渗透系数，mm/s；

η_T/η₁₅——水温分别为T℃与15℃时水的动力粘滞系数比。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

上述渗透系数测试装置包括依次能够密封连接的储液容器、阀门以及测试容器，其中储液容器具有储液腔和进液口，储液容器上设有进气管，进气管和进液口相互配合实现向储液腔内填充液体时能够形成液位高度差，同时，储液容器中的液体能够匀速流出，并使透水混凝土的表面保持恒定水压。与现有的溢流法试验装置相比，上述渗透系数测试装置的整体结构紧凑，无需采用“一处进水+两处排水”的方式，在测定透水混凝土渗透系数时，透水混凝土的表面能够维持恒定水压，整体测试过程易于观察，操作便利。同时上述渗透系数测试装置可进行小型化设置，能够显著减少用水量。采用上述渗透系数测试装置进行透水混凝土渗透系数测试时，整体操作更便捷，水位控制更方便，计量更准确，测试结果更可靠。

进一步地，上述渗透系数测试装置通过控制器和对射槽型光耦传感器的设置，时间差信号自动传输至控制器，能够进一步实现自动监测，自动计时、计算以得出渗透系数，进一步提高测试的准确性，并提高测试效率。

进一步地，上述渗透系数测试装置中的测试容器为硅胶筒，可采用不锈钢喉箍实现对透水混凝土试样块的侧壁与硅胶筒的内壁的密封，无需再利用黄油进行密封，操作更便捷且效率高。

附图说明

图1为一实施方式的渗透系数测试装置的结构示意图；

图2为图1中的渗透系数测试装置中的局部俯视结构示意图；

图3为图1中的渗透系数测试装置中的第一盖体的结构示意图；

图4为图1中的渗透系数测试装置中的第二盖体的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1，一实施方式的渗透系数测试装置10，包括储液容器100、电磁阀200、测试容器300、对射槽型光耦传感器400和控制器500。

在本实施方式中，储液容器100具有储液腔101和与储液腔101相连通的进液口，用于盛水等液体。储液容器100的顶壁上设有与储液腔101相连通的进液管110，此时进液口为进液管110的开口。储液容器100上设有进气管120，且进气管120的底端伸入至储液腔101内，顶端伸向储液腔101外。且进液口所在的高度大于进气管120的底端所在的高度。电磁阀200设于储液容器100的底部以控制储液腔101内的液体的流出。测试容器300具有用于放置待测试样的测试腔。测试时，测试容器300用于与电磁阀200密封连接。

具体地，储液容器100透明，可采用透明亚克力等材料制成。储液容器100的形状优选为呈细长圆柱体形，便于将整体装置小型化，并能够节约用水等液体用量。

优选地，进液管110竖直设在储液容器100的顶壁上，仅有一小段长度，便于用橡胶塞等密封塞密封。优选地，进液管110的内径可以为10mm。在其他实施方式中，进液管110的尺寸以及布设方式可以根据需要进行调整。

优选地，进气管120竖直插设在储液容器100的顶壁上并与顶壁密封连接，并使进气管120的底端伸入储液腔101内的中下部。进气管120的长度可以为500mm等。在其他实施方式中，进气管120的长度及插入储液腔101内的深度可以根据储液腔101的大小进行适应性调整，只要能够满足液位监测管130能够监测到合适的水位下降程度，以提高检测的准确性。

在本实施方式中，进一步地，储液容器100的侧壁上还设有液位监测管130。

优选地，液位监测管130设于储液容器100的侧壁的中间区域，液位监测管130的顶端和底端分别与储液腔101相连通以用于观测液位的下降情况，且液位监测管130的底端所在的高度不低于进气管120的底端所在的高度。

具体地，液位监测管130可采用亚克力材质制成的透明的细管，内径可以为5mm，外径可以为7mm。在其他实施方式中，液位监测管130的尺寸及在储液容器100的侧壁上的设置位置可以根据需要进行调整，以满足对射槽型光耦传感器400的红外光的探测要求，并能够提高测试结果的准确性。

在本实施方式中，进一步地，由于液位监测管130的顶端和底端均与储液腔101相连通，因此，二者内部的液位可以同步升降。液位监测管130上设有对射槽型光耦传感器400以自动探测水位的变化情况。具体地，利用红外线检测液位变化的两个对射槽型光耦传感器分别设于液位监测管130的顶部和底部以监测液位下降的时间，液位下降时间为液位通过两个对射槽型光耦传感器400的时间差，两个对射槽型光耦传感器400均通过导线与控制器500连接，能够实现自动监测及计算，便于自动化操作，并使测试结果更准确。控制器500能够通过控制面板设置、输入相关参数，并能够计算并显示渗透系数k_T的结果。同时，控制器500可通过设置一个能够统一控制电磁阀200和两个对射槽型光耦传感器400运行的总开关。

在其他实施方式中，也可不设置对射槽型光耦传感器400以及控制器500，此时可以预先标记液位线，再根据储液容器100或液位监测管130的尺寸计算出两个标记液位线之间的液体体积，并手工计时。此时，电磁阀200也可以采用普通的手动控制的阀门替代。

在本实施方式中，电磁阀200的安装高度小于进气管120的底端所在的高度。电磁阀200与控制器500连接，可实现控制器500在测试完毕后自动关闭电磁阀200，测试时自动打开电磁阀200，有效减少人工操作。

在本实施方式中，具体地，电磁阀200和储液容器100通过连接套筒140连接。连接套筒140具有中空通道。连接套筒140为铝合金材质，结实耐用。连接套筒140可与储液容器100的底部通过胶水粘接实现密封连接。

在本实施方式中，电磁阀200和测试容器300通过密封组件实现密封连接。

具体地，密封组件包括第一盖体210、第二盖体220和密封圈230。

第一盖体210与电磁阀200连接。第一盖体210顶部设有与电磁阀200相连通的下液孔211。进一步地，第一盖体210与第二盖体220相抵接的表面上还设有密封圈安装槽212以通过安装密封圈230提高装置的密封性。

第二盖体220上设有用于安装测试容器300的安装孔221，第二盖体220与第一盖体210密封抵接，第二盖体220上的安装孔221与第一盖体210上的下液孔211相连通。密封圈230可直接固定在第二盖体200上以提高第一盖体210和第二盖体220的密封性。进一步地，第二盖体220的安装孔221的内壁上设有密封圈安装槽。第二盖体220的安装孔221的孔径可以为100mm。在其他实施方式中，第二盖体220的安装孔221的孔径可以根据测试容器300的尺寸进行调整。

进一步地，第一盖体210和第二盖体220上均对称设有四个固定孔。第一盖体210和第二盖体220可通过螺栓固定连接。第一盖体210和第二盖体220优选采用钢制材质制成，可呈圆盘形。在其他实施方式中，第一盖体210和第二盖体220还可以通过其他方式进行连接固定，例如卡接等。

在本实施方式中，进一步地，测试容器300为硅胶筒，外径为105mm，内径为95mm，该硅胶筒具有一定韧性，使用时可将硅胶筒塞入安装孔221中，其侧壁上的橡胶密封圈可保证侧边不漏水。当待测混凝土试样块置于硅胶筒中时，可用不锈钢喉箍套在硅胶筒外侧，用螺丝刀拧紧喉箍，使透水混凝土试样块的侧壁与硅胶筒的内壁密封抵接，透水混凝土试样块无需再利用黄油进行密封，操作更便捷且效率高。

与现有的溢流法试验装置相比，本实施方式的渗透系数测试装置10，整体结构紧凑，无需采用“一处进水+两处排水”的方式，便于实现透水混凝土试样块的表面维持恒定水压的功能，易于观察，操作便利。同时，储液容器100以及进液管110、进气管120以及液位监测管130等可进行小型化设置，能够显著减少用水量。通过控制器500和对射槽型光耦传感器400的设置，时间差信号自动传输至控制器500，能够进一步实现自动监测，自动计时、计算以得出渗透系数，进一步提高测试的准确性，并提高测试效率。也就是本实施方式的渗透系数测试装置10的结构更简化，操作更便捷，计量更准确。

可采用上述实施方式的渗透系数测试装置10进行透水混凝土渗透系数的测试，测试方法包括如下步骤：

将透水混凝土试样块1(50mm×Φ100mm)置于测试容器300中并使其位于测试容器300的中下部，通过不锈钢喉箍套住测试容器300并用螺丝刀拧紧不锈钢喉箍以使透水混凝土试样块1的侧壁紧贴测试容器300的内壁。

将测试容器300塞入第二盖体220的安装孔221中，安装孔221侧壁的密封圈可确保边缘不漏水，将第二盖体220与第一盖体210通过螺栓连接，密封圈230可确保边缘不漏水，第一盖体210始终与电磁阀200相连。

用密封塞封住进气管120，通过进液管110向储液容器100的储液腔101内注入无气水，直至储液腔101内的水位接近或进入进液管110底部，同时储液腔101内的液体与进气管120中的液体形成高度差，停止注水。

用密封塞密封进液管110，解封进气管120。

开启控制器500以及对射槽型光耦传感器400，打开电磁阀200使储液腔101内的液体匀速下流至测试容器300中并持续渗入透水混凝土试样块1中，在持续渗入透水混凝土试样块1的过程中，储液腔101内的水位和液位监测管130内的水位同步下降，在这一过程中，液位监测管130内的水位会先后经过上下两个对射槽型光耦传感器400，因此，两个对射槽型光耦传感器400会先后受到液位扰动，将信号传至控制器500，控制器500会自动记录液面经过两个光耦传感器400的时间差t，计算渗透系数k_T。渗透系数k_T的计算公式为：k_T＝Q/(At)，

其中，k_T：水温T℃时的渗透系数，mm/s；

Q：时间t秒内的渗透水量，mm³；

A：试样的上表面积，mm²；

T：时间，s。

Q为两个对射槽型光耦传感器400之间的水量，可通过标定得到。

可重复测定三次，取三次渗透系数的k_T的算术平均值。

再按以下公式计算得出标准温度15℃时的渗透系数k₁₅。

k₁₅＝k_Tη_T/η₁₅

其中，k₁₅——标准温度15℃时的渗透系数，mm/s；

η_T/η₁₅——水温分别为T℃与15℃时水的动力粘滞系数比。

值得说明的是，由于储液容器100中与外界接触的部分仅为进气管120的底部，其液面又始终保持不变。但是储液腔101内的水下流的过程中，会有空气从进气管120中进入，填补储液腔101的顶部因水面下降而留出的空间，空气的进入会造成储液腔101内部液面的轻微振荡，因此，液位监测管130内部的液面与储液容器100内的液面同步升降，通过液位监测管130计量水位下降的时间能够提高测试的准确性，同时也便于计量。

另外，渗透水量Q经过标定，与待测试样的上表面积A在测定前已输入至控制器500的程序中，测定完毕后，电磁阀200自动关闭，渗透系数k_T直接显示在控制器500的显示器上。测试完毕后，关闭控制器500，松开螺栓，将第一盖体210和第二盖体220分开，拔出硅胶筒，拿出透水混凝土试块1，将仪器擦干净后存放。

采用本实施方式的渗透系数测试装置10进行透水混凝土的渗透系数测试时，利用马略特瓶原理(虹吸原理)，经整体设计，不再采用“进水+排水”的方式，却具备恒定水压的功能；透水混凝土试块无需再进行黄油密封，水位控制更方便，计量更准确，操作方便，测试结果更准确。同时，该透水混凝土试块1未经黄油污染，可回收再利用。

另外，采用本实施方式的渗透系数测试装置10对透水混凝土的渗透系数测试时，所用的液体为水。当采用本实施方式的渗透系数测试装置10对其他材料试样块渗透情况测试时，也可以采用其他液体进行测试。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种渗透系数测试装置，其特征在于，包括：

储液容器，所述储液容器具有储液腔和与所述储液腔相连通的进液口，所述储液容器上设有进气管，所述进气管的底端伸入至所述储液腔内，所述进气管的顶端伸向所述储液腔外，所述进液口所在的高度大于所述进气管的底端所在的高度；

阀门，所述阀门与所述储液容器连接，且所述阀门的安装高度小于所述进气管的底端所在的高度；以及

测试容器，所述测试容器具有用于放置待测试样的测试腔，所述测试容器用于与所述阀门连接以接收从所述储液腔内流出的液体，且所述测试腔能够由所述阀门密封。

2.根据权利要求1所述的渗透系数测试装置，其特征在于，还包括与所述储液容器的所述储液腔相连通的液位监测管，所述液位监测管设于所述储液容器的侧壁上。

3.根据权利要求2所述的渗透系数测试装置，其特征在于，所述液位监测管设于所述储液容器的侧壁的中间区域，所述液位监测管的顶端和底端分别与所述储液腔相连通，且所述液位监测管的底端所在的高度不低于所述进气管的底端所在的高度；

还包括控制器和与所述控制器连接的两个对射槽型光耦传感器，其中一个所述对射槽型光耦传感器设于所述液位监测管上并靠近顶端设置，另一个所述对射槽型光耦传感器设于所述液位监测管上并靠近底端设置。

4.根据权利要求3所述的渗透系数测试装置，其特征在于，所述阀门为电磁阀，所述电磁阀与所述控制器连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的渗透系数测试装置，其特征在于，还包括连接套筒，所述连接套筒具有中空通道，所述储液容器通过所述连接套筒与所述阀门连接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的渗透系数测试装置，其特征在于，所述进气管插设在所述储液容器的顶壁上；和/或所述进液口设于所述储液容器的顶壁上。

7.根据权利要求1至4任一项所述的渗透系数测试装置，其特征在于，还包括密封组件，所述密封组件包括第一盖体和第二盖体；

所述第一盖体与所述阀门连接，所述第一盖体设有与所述阀门相连通的下液孔；

所述第二盖体上设有用于安装所述测试容器的安装孔，所述第二盖体与所述第一盖体能够密封抵接，所述第二盖体上的所述安装孔与所述第一盖体上的所述下液孔相连通。

8.根据权利要求7所述的渗透系数测试装置，其特征在于，所述第二盖体的所述安装孔的内壁上设有密封圈安装槽；和/或

所述第一盖体上与所述第二盖体相抵接的表面上设有密封圈安装槽。

9.根据权利要求1至4任一项所述的渗透系数测试装置，其特征在于，所述测试容器为硅胶筒；

还包括不锈钢喉箍，所述不锈钢喉箍用于套紧所述硅胶筒以使待测试样的侧壁与所述硅胶筒的内壁密封抵接。

10.一种渗透系数的测试方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的渗透系数测试装置进行测试，所述测试方法包括如下步骤：

将待测试样置于测试容器中，并使所述待测试样的侧壁紧贴所述测试容器的内壁，再将所述测试容器与阀门密封连接；

封住进气管，通过进液口向储液容器的储液腔内注入无气液体，直至所述储液腔内的液体高度接近所述进液口的位置，同时所述储液腔内的液体与所述进气管中的液体形成高度差，停止注入液体；

密封所述进液口，解封所述进气管；

打开阀门使所述储液腔内的液体下流至所述测试容器中并渗入所述待测试样中，监测所述储液腔内的液体均匀下降特定高度时所用的时间，关闭阀门，标定该段时间内的渗透水量；

计算渗透系数，即得。