CN107976393A - 透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
透水混凝土常变水头透水系数测试装置及方法，包括四个部分：蓄水区，压力水区，透水区，渗透水收集及数据处理区。蓄水区为实验所需水储存地方。压力水区可调节水压。透水区分为四个部分：进水处，试件安放处，出水处及排水处；水流由进水处进入，通过试件安放处的试件，并在出水处流出，更换试件时则先通过排水处排出透水区内残留的水。渗透水收集及数据处理区为接收传感器测量的水的温度，酸碱度，收集并称量一段时间通过试件流出的水，进行数据的计算得出透水系数。本发明能够成功避免大量相关仪器的不足。如：侧壁连通孔，透水截面积变化，立方体试件四角区域的涡流死水区。本实验装置安装方便，操作简单，精确度高，能够有效快捷的进行实验。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，特别是涉及透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及测试方法。
背景技术
随着我国现代化步伐的日益加快，城镇化水平的提高，尤其是城市面积增速较快，使得地表硬化面积日益增大，雨水大多成为地表水而流失，在抽取地下水的同时又不能有效进行补充，而流失的雨水在夏季又多造成城市内涝等。因此海绵城市的建设迫在眉睫，而透水混凝土又是海绵城市建设中的重要一环，其被用来建设道路、广场、公园等。透水混凝土是由胶凝材料、粗骨料、微量或无细骨料、水、外加剂和掺合料按照一定比例拌制而成的一种多孔混凝土。当胶凝材料为水泥时称为水泥透水混凝土，通常简称为透水混凝土。这种混凝土由于无细骨料或细骨料较少，在硬化后的混凝土体中存在较大的孔隙率，具有良好的渗透性能，能缓解城市的“热岛效应”、吸声降噪、改善城市热环境，能有效解决普通混凝土所带来的一系列生态问题。
透水混凝土作为一种生态环保的混凝土，可以满足轻型路面的要求。透水水泥混凝土要求满足抗压、抗折和透水性能的要求。透水性能是透水混凝土的重要指标。
在透水混凝土标准立方体试件透水系数测试装置(王军强)文中，试件下方设有支撑，减小了试件的过水断面，实验结果不够准确，存在误差。而本发明中，试件依靠侧壁的摩擦力支撑试件，因而不用设支撑，所以不会减小试件的过水断面。
在透水混凝土透水系数的测试装置(司孙义，张亚挺，李天艳)文中，采用试件上端进水方式进水，这就使水流落在试件上端时击起水花，使水中融进大量空气，且水流下落过程还会产生小气泡，影响试件透水性。而本发明采用下端进水，能够有效减少水中气体的溶解和小气泡的产生。
在透水水泥混凝土透水系数测试装置及方法(陈玉、刘艳军)文中，进水过程中，只能慢慢调节加水量，来达到实验所需条件。而本发明设有隔板，多余水会自然流出，不用刻意调节进水量，使实验操作更简单。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及测试方法，能够成功避免大量相关仪器的不足。如：侧壁连通孔，透水截面积变化，立方体试件四角区域的涡流死水区。本实验装置安装方便，操作简单，精确度高，能够有效快捷的进行实验，为达此目的，本发明提供透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及方法，包括蓄水箱、抽水泵、上水管、回水管、隔板、传感器、压力水箱、进水管、三脚架、试件安放处、出水管、排水管、集水桶和计算单元，所述蓄水箱内抽水泵，所述抽水泵接上水管，所述上水管弯曲后下端口在压力水箱上，所述压力水箱放置在三脚架上，所述压力水箱内有隔板，所述隔板将压力水箱分成压力水域和回水域，所述压力水箱的压力水域内有传感器，所述压力水箱的回水域与回水管连通，所述回水管弯曲后下端口在蓄水箱上，所述进水管一端接压力水箱与压力水箱的压力水域连通，所述进水管另一端接试件安放处一侧的直角三通管一的进水处，所述试件安放处包括水平段结构、竖直段结构、直角三通管一、直角三通管二、管盖一、管盖二和竖管，所述水平段结构和竖直段结构内包裹有试件，所述水平段结构和竖直段结构均包括半圆形固定夹板、半圆形活动夹板、圆管一、圆管二、抱箍、转换接头一和转换接头二，所述半圆形固定夹板两端通过胶水分别与圆管一和圆管二的一端相连，所述半圆形活动夹板通过抱箍与半圆形固定夹板、圆管一和圆管二相连，试件根据需要放置在水平段结构或竖直段结构内，无试件的水平段结构或竖直段结构内有试件替代管道进行替代，所述圆管二外侧端接转换接头一，所述圆管一外侧端接转换接头二，所述水平段结构的转换接头一外侧端接直角三通管一的水平端，所述直角三通管一的下端有管盖一，所述水平段结构的转换接头二外侧端接直角三通管二的水平端，所述直角三通管二的下端有管盖二，所述竖直段结构上方转换接头一侧的竖管的出水处接出水管，所述直角三通管一另一侧通过排水管接蓄水箱，所述排水管上有阀门，所述排水管的下端出口有过滤装置一，所述出水管的下端的出口有过滤装置二，所述过滤装置二的下方有集水桶，所述集水桶在计算单元上方。
本发明的进一步改进，所述三脚架的高度可调节，三脚架的高度可调节，从而调节压力水箱的高度使水压产生变化，进而测定试件在不同水压下的透水系数，可评估水压对透水系数的影响。
本发明的进一步改进，所述压力水箱的压力水域内的传感器为温度传感器，所述压力水域中的温度传感器可以测出实验所用水温，并打印在最后结果上，使实验更周详。
本发明的进一步改进，所述计算单元一侧有按钮、触屏显示器和打印出口，采用智能化的数据处理系统，能够快速得出实验结果，避免了人力操作计算过程中的误差。
本发明的进一步改进，所述试件的侧壁包裹一层防水柔软易压缩层，试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，可以选的材料为橡胶海绵，材料能够凸入试件外部孔隙，有效解决试件的侧壁连通孔问题，在试件安放处，2个半圆形夹板通过抱箍能够固定住包裹了材料的试件，从而试件的两端不用隔板等支撑结构，而试件包裹的材料则相当于充当了一截与半圆形夹板的两端圆管一样的圆管，所以试件的过水断面不会变化，减小了实验误差。
本发明的进一步改进，所述测试装置测试透水系数时采用常水头测透水系数或变水头测试透水系数，该系统测试透水系数时，不仅能够采用常水头测透水系数，还能够采用变水头测试透水系数。实现一机多用的目的，节约资源；在测试完常水头下的透水系数后，关闭抽水泵电源就能够测试变水头透水系数，能够减少试件的安装过程，提高测试效率。
本发明的进一步改进，所述排水管接蓄水箱的接口处有过滤装置二，所述出水管的下端有过滤装置一，本发明设置有过滤装置，本发明实验所用水可循环，因此在相应位置设有过滤装置，保证水循环使用时干净无杂质。
本发明提供透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及方法的常水头测试方法，具体步骤如下：
步骤一：安装试件：
将试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，裹好后将试件放入半圆形固定夹板中，扣上半圆形活动夹板，并用抱箍和与其一样的抱箍将两块半圆形夹板夹紧固定，其中若试件安放处为水平段，则竖直段用一段圆管代替试件，在其侧壁同样裹好相同的材料，其余同理，若试件在竖直段，则反之；
步骤二：连接仪器：
用管盖一和管盖二盖在直角三通管一和直角三通管二的下端；试件安放处中水平段的圆管一和圆管二分别与转换接头二和转换接头一的一端相连；转换接头一和转换接头二分别与直角三通管一和直角三通管二水平端相连；直角三通管一侧面与排水管相连；直角三通管一上端与进水处相连；调整好三脚架高度；进水处与进水管相连；直角三通管二上端与试件安放处竖直段相连；试件安放处竖直段上端与竖管相连；竖管的出水处与出水管相连；
步骤三：通水；
抽水泵浸没在蓄水箱中，抽水泵抽出的水经过上水管流入压力水箱中，当水充满压力水域中，多余的水会溢过隔板进入到回水域中，并通过回水管重新流入蓄水箱中，压力水域中的水通过进水管，流入进水处中，流入的水依次经过直角三通管一，转换接头一和圆管二，通过试件，再依次流入圆管一，转换接头二，直角三通管二，试件竖直安放处和竖管，并最终到达出水处，流入出水管中，并经过过滤装置一过滤后，流入集水桶中；
步骤四：计算透水系数；
开启智能化系统按钮，在触屏显示器上输入所测试件的长度，直径，实验水头差，时长等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，称量集水桶在符合实验水流状态下收集的水，数据显示在触屏显示器上，一定时间后，自动进行数据的记算，从打印出口输出结果；
所用公式如下：
在常水头透水试验中，水力坡度i，即试件两端的水头差保持不变；
Q/t＝K*i*A＝K*(Δh/L)*A； (1)
式中，Q为时间t秒内的渗出水量，cm3；t为透水时间，s；Δh为水头差，即压力水域中所含水的上表面与出水处出水的高度差，cm；L为试件长度，cm；A为水流通过试件断面的面积，cm2；
则由公式(1)透水系数可由下式求出；
K＝Q/(A*t*i)＝Q*L/(A*t*Δh)； (2)
若测试不同水头高度差的透水系数，则改变三脚架的高度，调节水头差高度，重复步骤四操作，测得不同水头差的透水系数；
水的粘度与水温密切相关，因此测定的透水系数与水温也密切相关。故需将不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数；
以15℃水温为标准温度，标准温度下的透水系数则为标准透水系数，应按下式计算：
KT＝K15×ηT/η15 (3)
式中：
K15—标准温度时试样的透水系数(mm/s)；
ηT—T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
η15—15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
ηT/η15—水的动力黏滞系数比；
步骤五：复原；
在测试完一个试件后，关闭抽水泵，打开阀门，使装置内的水经过排水管并经过过滤装置过滤后流入蓄水箱中，然后关闭阀门，并将集水桶内收集的水倒入蓄水箱中；
按后装先拆的顺序，将仪器复原，并取出试件以便下次试验；
步骤六：实验结束；
重复上述步骤一二三四便可测试其他试件，如果是需测试不同直径或长度的试件，在试件安放处更换上相应直径或长度的夹板，圆管与抱箍，连接相应的转换接头即可，后续操作同上。
本发明提供透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及方法的变水头测试方法，具体步骤如下：
步骤一：安装试件；
将试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，裹好后将试件放入半圆形固定夹板中，扣上半圆形活动夹板，并用抱箍和与其一样的抱箍将两块半圆形夹板夹紧固定，其中若试件安放处为水平段，则竖直段用一段管道代替试件，在其侧壁同样裹好相同的材料，其余同理，若试件在竖直段，则反之；
步骤二：连接仪器：
用管盖一和管盖二盖在直角三通管一和直角三通管二的下端；试件安放处中水平段的圆管一和圆管二分别与转换接头二和转换接头一的一端相连；转换接头一和转换接头二分别与直角三通管一和直角三通管二水平端相连；直角三通管一另一侧与排水管相连；直角三通管一上端与进水处相连；调整好三脚架高度；进水处与进水管相连；直角三通管二上端与试件安放处竖直段相连；试件安放处竖直段上端与竖管相连；竖管的出水处与出水管相连；
步骤三：通水；
抽水泵浸没在蓄水箱中，抽水泵抽出的水经过上水管流入压力水箱中，当水充满压力水域时，多余的水会溢过隔板进入到回水域中，并通过回水管重新流入蓄水箱中，压力水域中的水通过进水管，流入进水处中，流入的水依次经过直角三通管一，转换接头一和圆管二，通过试件，再依次流入圆管一，转换接头二，直角三通管二，试件竖直安放处和竖管，并最终到达出水处，流入出水管中，并经过过滤装置一过滤后，流入集水桶中；
步骤四：计算透水系数；
开启智能化系统按钮，在触屏显示器上输入所测试件的长度，直径，压力水域内水面下降高度，压力水域横截面积等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，关闭抽水泵电源，停止供水，同时开始计时，待集水桶内水的增量达到实验设定值时停止计时。数据显示在触屏显示器上，自动进行数据的记算，从打印出口输出结果；
所用公式如下：
在变水头透水实验中，水力坡度，即试件两端的水头差随时间变化，但渗流长度没有变化，这时dt时间的流量可由下式计算：
dQ＝K*(h/L)*Adt； (4)
式中，dQ为时间dt秒内的出水量，cm3；h为某时刻的水头，cm；
设变化时间从t0到t1，水头变化段压力水域的水位从h0下降到h1，经过变换和积分。透水系数可由下式求出：
其中a是圆管(305)的内截面面积；
水的粘度与水温密切相关，因此测定的透水系数与水温也密切相关。故需将不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数；
以15℃水温为标准温度，标准温度下的透水系数则为标准透水系数，应按下式计算：
KT＝K15×ηT/η15 (3)
式中：
K15—标准温度时试样的透水系数(mm/s)；
ηT—T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
η15—15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
ηT/η15—水的动力黏滞系数比；
步骤五：复原；
在测试完一个试件后，打开阀门，使装置内的水经过排水管并经过过滤装置过滤后流入蓄水箱中，然后关闭阀门，并将集水桶内收集的水倒入蓄水箱中；
按后装先拆的顺序，将仪器复原，并取出试件以便下次试验；
步骤六：实验结束；
重复上述步骤一二三四便可测试其他试件，如果是需测试不同直径或长度的试件，在试件安放处更换上相应直径或长度的夹板，圆管与抱箍，连接相应的转换接头即可，后续操作同上。
本发明透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及测试方法，其有益效果是，本发明能够调节水压的大小，能够测量同一试件在不同水压下的透水系数；成功解决了试件侧壁连通孔问题；试件的过水断面未变化，使实验结果更准确；采用循环过滤设计，节约水资源的同时又不对实验造成影响；智能化的系统，既能接收温度传感器的数值，又能对实验数据快速准确的处理；水平段和竖直段可以测量不同放置状态的试件；不同放置状态更换相对应的水平段或竖直段和转换接头，能够测试不同直径或长度的圆柱体试件。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明部件结构示意图一；
图3为本发明部件结构示意图二；
图4为本发明部件结构示意图三；
图5为本发明部件结构示意图四；
图示说明:
101、蓄水箱；102、抽水泵；103、上水管；201、回水管；202、隔板；203、温度传感器；204、压力水箱；205、进水管；206、三脚架；207、压力水域；208、回水域；301、进水处；302、半圆形固定夹板；303、半圆形活动夹板；304、圆管一；305、圆管二； 306、抱箍；307、出水管；308、过滤装置一；309、阀门；310、排水管；311、过滤装置二；312、转换接头一；313、转换接头二；314、出水处；315、直角三通管一；316、直角三通管二；317、管盖一；318、管盖二；319、竖管；401、集水桶；402、按钮； 403、触屏显示器；404、打印出口。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及测试方法，能够成功避免大量相关仪器的不足。如：侧壁连通孔，透水截面积变化，立方体试件四角区域的涡流死水区。本发明采用智能化的数据处理系统，能够快速得出实验结果，避免了人力操作计算过程中的误差。本实验装置安装方便，操作简单，精确度高，能够有效快捷的进行实验。
该发明总体分为四个部分：蓄水区，压力水区，透水区，渗透水收集及数据处理区。实验开始前安装调试好仪器。调节好三脚架206的高度，确定压力水箱204的高度即实验水压的大小。用管盖一317和管盖二318盖在直角三通管一315和直角三通管二316 的下端，使其不漏水。安装试件前，先将试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，裹好后将试件放入半圆形固定夹板302中，扣上半圆形活动夹板303，并用抱箍306和与其一样的抱箍将两块半圆形夹板夹紧固定。如试件安放处为水平段，则竖直段用一段管道代替试件，在其侧壁同样裹好相同的材料，其余同理(若试件在竖直段，则反之)。如图1所示，抽水泵102浸没在蓄水箱101中，抽水泵102抽出的水经过上水管103流入压力水箱204中。当水充满压力水域207中，多余的水会流过隔板202进入到回水域 208中，并通过回水管201重新流入蓄水箱101中。压力水域207中的水通过进水管205，流入进水处301中。流入的水依次经过直角三通管一315，转换接头一312和圆管二305，通过试件，再依次流入圆管一304，转换接头二313，直角三通管二316，试件竖直安放处和竖管319，并最终到达出水处314，流入出水管307中，并经过过滤装置一308过滤后，流入集水桶401中。常水头法测试试件时，开启智能化系统按钮402，在触屏显示器 403上输入所测试件的长度，直径，实验水头差，时长等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器203传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，称量集水桶在符合实验水流状态下收集的水，数据显示在触屏显示器403上，一定时间后，自动进行数据的记算，从打印出口404输出结果；在测试完前一个试件后，关闭抽水泵102，打开阀门309，使透水区内的水经过排水管310并经过过滤装置二311过滤后流入蓄水箱101中。变水头法测试试件时，开启智能化系统按钮402，在触屏显示器403上输入所测试件的长度，直径，压力水域207内水面下降高度，压力水域207横截面积等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器203传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，关闭抽水泵102电源，停止供水，同时开始计时，待集水桶内水的增量达到实验设定值时停止计时。数据显示在触屏显示器403上，自动进行数据的记算，从打印出口404输出结果；在测试完前一个试件后，打开阀门309，使透水区内的水经过排水管310并经过过滤装置二311过滤后流入蓄水箱101中。如需测试不同直径或长度的试件，则通过更换相对应的水平段或竖直段和转换接头即可，后续操作同上。
请参阅图1、图2、图3、图4、图5，本发明实施例包括：
透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及方法，包括：本发明主要解决的技术问题是提供透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及方法及方法，能够成功避免大量相关仪器的不足。如：侧壁连通孔，透水截面积变化，立方体试件四角区域的涡流死水区(本实验采用圆柱体试件)。采用智能化的数据处理系统，能够快速得出实验结果，避免了人力操作计算过程中的误差。本实验装置安装方便，操作简单，精确度高，能够有效快捷的进行实验。该发明总体分为四个部分：蓄水区，压力水区，透水区，渗透水收集及数据处理区。实验开始前安装调试好仪器。调节好三脚架206的高度，确定压力水箱204的高度即实验水压的大小。安装试件前，先将试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，裹好后将试件放入半圆形固定夹板302中，扣上半圆形活动夹板303，并用抱箍306和与其一样的抱箍将两块半圆形夹板夹紧固定。如试件安放处为水平段，则竖直段用一段管道代替试件，在其侧壁同样裹好相同的材料，其余同理(若试件在竖直段，则反之)。如图1所示，抽水泵102浸没在蓄水箱101中，抽水泵102抽出的水经过上水管103流入压力水箱204中。当水充满压力水域207中，多余的水会溢过隔板 202进入到回水域208中，并通过回水管201重新流入蓄水箱101中。压力水域207中的水通过进水管205，流入进水处301中。流入的水依次经过直角三通管一315，转换接头一312和圆管二305，通过试件，再依次流入圆管一304，转换接头二313，直角三通管二316，试件竖直安放处和竖管319，并最终到达出水处314，流入出水管307中，并经过过滤装置一308过滤后，流入集水桶401中。常水头法测试试件时，开启智能化系统按钮402，在触屏显示器403上输入所测试件的长度，直径，实验水头差，时长等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器203传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，称量集水桶在符合实验水流状态下收集的水，数据显示在触屏显示器403上，一定时间后，自动进行数据的记算，从打印出口404输出结果；在测试完前一个试件后，关闭抽水泵102，打开阀门309，使透水区内的水经过排水管310并经过过滤装置二311 过滤后流入蓄水箱101中。变水头法测试试件时，开启智能化系统按钮402，在触屏显示器403上输入所测试件的长度，直径，压力水域207内水面下降高度，压力水域207横截面积等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器203传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，关闭抽水泵102电源，停止供水，同时开始计时，待集水桶内水的增量达到实验设定值时停止计时。数据显示在触屏显示器403上，自动进行数据的记算，从打印出口404输出结果；在测试完前一个试件后，打开阀门309，使透水区内的水经过排水管310并经过过滤装置二311过滤后流入蓄水箱101中。如需测试不同直径或长度的试件，则通过更换相对应的水平段或竖直段和转换接头即可，后续操作同上。
采用公式计算透水系数
在常水头透水试验中，水力坡度i，即试件两端的水头差保持不变；
Q/t＝K*i*A＝K*(Δh/L)*A； (1)
式中，Q为时间t秒内的渗出水量，cm3；t为透水时间，s；Δh为水头差，即压力水域中207所含水的上表面与出水处314出水的高度差，cm；L为试件长度，cm；A为水流通过断面的面积，cm2；
则由公式(1)透水系数可由下式求出；
K＝Q/(A*t*i)＝Q*L/(A*t*Δh)； (2)
若测试不同水头高度差的透水系数，则改变三脚架的高度，调节水头差高度，重复步骤四操作，测得不同水头差的透水系数；
在变水头透水实验中，水力坡度，即试件两端的水头差随时间变化，但渗流长度没有变化，这时dt时间的流量可由下式计算：
dQ＝K*(h/L)*Adt； (4)
式中，dQ为时间dt秒内的出水量，cm3；h为某时刻的水头，cm；
设变化时间从t0到t1，水头变化段压力水域的水位从h0下降到h1，经过变换和积分。透水系数可由下式求出：
其中a是圆管305的内截面面积；
水的粘度与水温密切相关，因此测定的透水系数与水温也密切相关。故需将不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数；
以15℃水温为标准温度，标准温度下的透水系数则为标准透水系数，应按下式计算：
KT＝K15×ηT/η15 (3)
式中：
K15—标准温度时试样的透水系数(mm/s)；
ηT—T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
η15—15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
ηT/η15—水的动力黏滞系数比；
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.透水混凝土常变水头透水系数测试装置，包括蓄水箱(101)、抽水泵(102)、上水管(103)、回水管(201)、隔板(202)、传感器(203)、压力水箱(204)、进水管(205)、三脚架(206)、试件安放处、出水管(307)、排水管(310)、集水桶(401)和计算单元，其特征在于：所述蓄水箱(101)内抽水泵(102)，所述抽水泵(102)接上水管(103)，所述上水管(103)弯曲后下端口在压力水箱(204)上，所述压力水箱(204)放置在三脚架(206)上，所述压力水箱(204)内有隔板(202)，所述隔板(202)将压力水箱(204)分成压力水域(207)和回水域(208)，所述压力水箱(204)的压力水域(207)内有传感器(203)，所述压力水箱(204)的回水域(208)与回水管(201)连通，所述回水管(201)弯曲后下端口在蓄水箱(101)上，所述进水管(205)一端接压力水箱(204)与压力水箱(204)的压力水域(207)连通，所述进水管(205)另一端接试件安放处一侧的直角三通管一(315)上端的进水处(301)，所述试件安放处包括水平段结构、竖直段结构、直角三通管一(315)、直角三通管二(316)、管盖一(317)、管盖二(318)和竖管(319)，所述水平段结构和竖直段结构内包裹有试件，所述水平段结构和竖直段结构均包括半圆形固定夹板(302)、半圆形活动夹板(303)、圆管一(304)、圆管二(305)、抱箍(306)、转换接头一(312)和转换接头二(313)，所述半圆形固定夹板(302)两端通过胶水分别与圆管一(304)和圆管二(305)的一端相连，所述半圆形活动夹板(303)通过抱箍(306)与半圆形固定夹板(302)、圆管一(304)和圆管二(305)相连，试件根据需要放置在水平段结构或竖直段结构内，无试件的水平段结构或竖直段结构内有试件替代管道进行替代，所述圆管二(305)外侧端接转换接头一(312)，所述圆管一(304)外侧端接转换接头二(313)，所述水平段结构的转换接头一(312)外侧端接直角三通管一(315)的水平端，所述直角三通管一(315)的下端有管盖一(317)，所述水平段结构的转换接头二(313)外侧端接直角三通管二(316)的水平端，所述直角三通管二(316)的下端有管盖二(318)，所述竖直段结构上方转换接头一侧的竖管(319)的出水处(314)接出水管(307)，所述直角三通管一(315)另一侧通过排水管(310)接蓄水箱(101)，所述排水管(310)上有阀门(309)，所述排水管(310)的下端出口有过滤装置一(311)，所述出水管(307)的下端的出口有过滤装置二(308)，所述过滤装置二(308)的下方有集水桶(401)，所述集水桶(401)在计算单元上方。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土常变水头透水系数测试装置，其特征在于：所述三脚架(206)的高度可调节。
3.根据权利要求1所述的透水混凝土常变水头透水系数测试装置，其特征在于：所述压力水箱(204)的压力水域(207)内的传感器(203)为温度传感器。
4.根据权利要求1所述的透水混凝土常变水头透水系数测试装置，其特征在于：所述试件的侧壁包裹一层防水柔软易压缩层。
5.根据权利要求1所述的透水混凝土常变水头透水系数测试装置，其特征在于：所述计算单元一侧有按钮(402)、触屏显示器(403)和打印出口(404)。
6.根据权利要求1所述的透水混凝土常变水头透水系数测试装置，其特征在于：所述测试装置测试透水系数时，既可用于常水头法测透水系数又可用于变水头法测试透水系数。
7.透水混凝土常变水头透水系数测试装置及方法的常水头测试方法，具体步骤如下，其特征在于：
步骤一：安装试件：
将试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，裹好后将试件放入半圆形固定夹板(302)中，扣上半圆形活动夹板(303)，并用抱箍(306)和与其一样的抱箍将两块半圆形夹板夹紧固定，其中若试件安放处为水平段，则竖直段用一段管道代替试件，在其侧壁同样裹好相同的材料，其余同理，若试件在竖直段，则反之；
步骤二：连接仪器：
用管盖一(317)和管盖二(318)盖在直角三通管一(315)和直角三通管二(316)的下端；试件安放处中水平段的圆管一(304)和圆管二(305)分别与转换接头二(313)和转换接头一(312)一端相连；转换接头一(312)和转换接头二(313)分别与直角三通管一(315)和直角三通管二(316)水平端相连；直角三通管一(315)另一侧与排水管(310)相连；直角三通管一(315)上端与进水处(301)相连；调整好三脚架(206)高度；进水处(301)与进水管(205)相连；直角三通管二(316)上端与试件安放处竖直段相连；试件安放处竖直段上端与竖管(319)相连；竖管(319)的出水处(314)与出水管(307)相连；
步骤三：通水；
抽水泵(102)浸没在蓄水箱(101)中，抽水泵(102)抽出的水经过上水管(103)流入压力水箱(204)中，当水充满压力水域(207)时，多余的水会溢过隔板(202)进入到回水域(208)中，并通过回水管(201)重新流入蓄水箱(101)中，压力水域(207)中的水通过进水管(205)，流入进水处(301)中，流入的水依次经过直角三通管一(315)，转换接头一(312)和圆管二(305)，通过试件，再依次流入圆管一(304)，转换接头二(313)，直角三通管二(316)，试件竖直安放处和竖管(319)，并最终到达出水处(314)，流入出水管(307)中，并经过过滤装置一(308)过滤后，流入集水桶(401)中；
步骤四：计算透水系数；
开启智能化系统按钮(402)，在触屏显示器(403)上输入所测试件的长度，直径，实验水头差，时长等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器(203)传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，称量集水桶在符合实验水流状态下收集的水，数据显示在触屏显示器(403)上，一定时间后，自动进行数据的记算，从打印出口(404)输出结果；
所用公式如下：
在常水头透水试验中，水力坡度i，即试件两端的水头差保持不变；
Q/t＝K*i*A＝K*(Δh/L)*A； (1)
式中，Q为时间t秒内的渗出水量，cm3；t为透水时间，s；Δh为水头差，即压力水域(207)中所含水的上表面与出水处(314)出水的高度差，cm；L为试件的长度，cm；A为水流通过试件断面的面积，cm2；
则由公式(1)透水系数可由下式求出；
K＝Q/(A*t*i)＝Q*L/(A*t*Δh)； (2)
若测试不同水头高度差的透水系数，则改变三脚架的高度，调节水头差高度，重复步骤四操作，测得不同水头差的透水系数；
水的粘度与水温密切相关，因此测定的透水系数与水温也密切相关。故需将不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数；
以15℃水温为标准温度，标准温度下的透水系数则为标准透水系数，应按下式计算：
KT＝K15×ηT/η15 (3)
式中：
K15—标准温度时试样的透水系数(mm/s)；
ηT—T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
η15—15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
ηT/η15—水的动力黏滞系数比；
步骤五：复原；
在测试完一个试件后，关闭抽水泵(102)，打开阀门(309)，使装置内的水经过排水管(310)并经过过滤装置(311)过滤后流入蓄水箱(101)中，然后关闭阀门(309)，并将集水桶(401)内收集的水倒入蓄水箱(101)中；
按后装先拆的顺序，将仪器复原，并取出试件以便下次试验；
步骤六：实验结束；
重复上述步骤一二三四便可测试其他试件，如果是需测试不同直径或长度的试件，在试件安放处更换上相应直径或长度的夹板，圆管与抱箍，连接相应的转换接头即可，后续操作同上。
8.透水混凝土常变水头透水系数测试装置及方法的变水头测试方法，具体步骤如下，其特征在于：
步骤一：安装试件；
将试件的侧壁包裹一层防水且柔软易压缩的材料，裹好后将试件放入半圆形固定夹板(302)中，扣上半圆形活动夹板(303)，并用抱箍(306)和与其一样的抱箍将两块半圆形夹板夹紧固定，其中若试件安放处为水平段，则竖直段用一段管道代替试件，在其侧壁同样裹好相同的材料，其余同理，若试件在竖直段，则反之；
步骤二：连接仪器：
用管盖一(317)和管盖二(318)盖在直角三通管一(315)和直角三通管二(316)的下端；试件安放处中水平段的圆管一(304)和圆管二(305)分别与转换接头二(313)和转换接头一(312)一端相连；转换接头一(312)和转换接头二(313)分别与直角三通管一(315)和直角三通管二(316)水平端相连；直角三通管一(315)另一侧与排水管(310)相连；直角三通管一(315)上端与进水处(301)相连；调整好三脚架(206)高度；进水处(301)与进水管(205)相连；直角三通管二(316)上端与试件安放处竖直段相连；试件安放处竖直段上端与竖管(319)相连；竖管(319)的出水处(314)与出水管(307)相连；
步骤三：通水；
抽水泵(102)浸没在蓄水箱(101)中，抽水泵(102)抽出的水经过上水管(103)流入压力水箱(204)中，当水充满压力水域(207)时，多余的水会溢过隔板(202)进入到回水域(208)中，并通过回水管(201)重新流入蓄水箱(101)中，压力水域(207)中的水通过进水管(205)，流入进水处(301)中，流入的水依次经过直角三通管一(315)，转换接头一(312)和圆管二(305)，通过试件，再依次流入圆管一(304)，转换接头二(313)，直角三通管二(316)，试件竖直安放处和竖管(319)，并最终到达出水处(314)，流入出水管(307)中，并经过过滤装置一(308)过滤后，流入集水桶(401)中；
步骤四：计算透水系数；
开启智能化系统按钮(402)，在触屏显示器(403)上输入所测试件的长度，直径，压力水域(207)内水面下降高度，压力水域(207)横截面积等实验所需数据，智能化系统接收温度传感器(203)传来的数据，待流出的水达到实验要求的稳定状态后，关闭抽水泵(102)电源，停止供水，同时开始计时，待集水桶内水的增量达到实验设定值时停止计时。数据显示在触屏显示器(403)上，自动进行数据的记算，从打印出口(404)输出结果；
所用公式如下：
在变水头透水实验中，水力坡度，即试件两端的水头差随时间变化，但渗流长度没有变化，这时dt时间的流量可由下式计算：
dQ＝K*(h/L)*Adt； (4)
式中，dQ为时间dt秒内的出水量，cm3；h为某时刻的水头，cm；
设变化时间从t0到t1，水头变化段压力水域(207)的水位从h0下降到h1，经过变换和积分。透水系数可由下式求出：
<mrow>
<mi>K</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>A</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>t</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>t</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>ln</mi>
<mfrac>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>5</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中a是圆管(305)的内截面面积；
水的粘度与水温密切相关，因此测定的透水系数与水温也密切相关。故需将不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数；
以15℃水温为标准温度，标准温度下的透水系数则为标准透水系数，应按下式计算：
KT＝K15×ηT/η15 (3)
式中：
K15—标准温度时试样的透水系数(mm/s)；
ηT—T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
η15—15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s)；
ηT/η15—水的动力黏滞系数比；
步骤五：复原；
在测试完一个试件后，打开阀门(309)，使装置内的水经过排水管(310)并经过过滤装置(311)过滤后流入蓄水箱(101)中，然后关闭阀门(309)，并将集水桶(401)内收集的水倒入蓄水箱(101)中；
按后装先拆的顺序，将仪器复原，并取出试件以便下次试验；
步骤六：实验结束；
重复上述步骤一二三四便可测试其他试件，如果是需测试不同直径或长度的试件，在试件安放处更换上相应直径或长度的夹板，圆管与抱箍，连接相应的转换接头即可，后续操作同上。
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| CN201711187577.8A Pending CN107976393A (zh) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | 透水混凝土透水系数常水头和变水头测试装置及测试方法 |
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