CN108489881B - 一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法 - Google Patents

一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法，它解决了现有技术中不能直观地观察透水混凝土内部堵塞颗粒的运移和堵塞演变过程的问题，利用堆积聚丙烯酸钠小球模拟透水混凝土试件进行实验研究，可以对试件进行可视化，更加直观的观察试件内部堵塞的发展进程和堵塞颗粒的运移情况；其技术方案为：包括透明水槽，所述透明水槽的顶部具有顶板；所述透明水槽中设置多层金属网，放置于透明水槽内部不同层的聚丙烯酸钠小球经金属网压缩形成不同粒径、不规则间隙的球体，以模拟透水混凝土集料。

Description

一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法。
背景技术
我国于2014年开始的“海绵城市”建设中广泛应用透水混凝土路面来缓解城市防涝压力。采用透水混凝土路面结构有助于改善道路的设计，从而使降雨不产生或尽量少产生地表径流。与传统混凝土相比，透水混凝土只含少量细骨料或几乎不含细骨料，在其结构内部含有大量相互贯通的孔隙，孔隙率通常在15％～30％之间。
透水混凝土路面的堵塞引起渗透性降低，是其主要病害之一。目前对于颗粒物随雨水入渗的引起堵塞虽有一些研究，但都是基于真实的透水混凝土试件，结合电导率测试，来进行堵塞模拟试验，研究透水路面的堵塞机理。但这样的方法并不能直观地观察透水混凝土内部堵塞颗粒的运移和堵塞演变过程。
综上所述，现有技术中对于如何直观地观察透水混凝土内部堵塞颗粒的运移和堵塞演变过程的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法，利用堆积聚丙烯酸钠小球模拟透水混凝土试件进行实验研究，可以对试件进行可视化，更加直观的观察试件内部堵塞的发展进程和堵塞颗粒的运移情况。
本发明采用下述技术方案：
一种模拟透水混凝土层的试验装置，包括透明水槽，所述透明水槽的顶部具有顶板；所述透明水槽中设置多层金属网，放置于透明水槽内部不同层的聚丙烯酸钠小球经金属网压缩形成不同粒径、不规则间隙的球体，以模拟透水混凝土集料。
进一步的，所述顶板为带孔钢板。
进一步的，多层金属网的网格间隙不同。
进一步的，所述透明水槽的一侧靠上位置设有进水口，其另一侧靠下位置设有出水口。
进一步的，所述进水口和出水口安装有阀门。
进一步的，所述透明水槽为玻璃材质。
一种模拟透水混凝土层的方法，包括以下步骤：
步骤(1)计算某一体积透水混凝土块在特定孔隙率下所需的聚丙烯酸钠小球体积；
步骤(2)利用排水法得到所述体积的聚丙烯酸钠小球；
步骤(3)将若干聚丙烯酸钠小球放入透明水槽中，使用金属网对所述体积下的聚丙烯酸钠小球进行压缩，使聚丙烯酸钠小球完全填充在预设透水混凝土块的体积下；
步骤(4)进行透水混凝土的堵塞模拟试验。
进一步的，所述步骤(3)中，使用金属网压缩聚丙烯酸钠小球时控制聚丙烯酸钠小球的孔隙率与透水混凝土块一致。
进一步的，选择单一粒径或多种粒径组合形式的聚丙烯酸钠小球模拟透水混凝土层。
进一步的，所述步骤(4)中，试验时配置高清相机，高清相机记录的数据采用图形处理技术进行分析。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用聚丙烯酸钠小球代替透水混凝土集料，由于聚丙烯酸钠是一种水溶性直链高分子聚合物，小相对分子质量的为液体，大的可为固体；固体的聚丙烯酸钠为白色粉末或颗粒，无臭无味、遇水膨胀，可吸收200-300倍自身体积的水，因此，吸水后的聚丙烯酸钠小球与水的成分相近，而具有与水相近的折射率，在试验中可以很好的利用这一点而进行观察；能够对试件进行可视化，更加直观的观察试件内部堵塞的发展进程和堵塞颗粒的运移情况；
(2)本发明利用聚丙烯酸钠小球的弹性，使用金属网对其进行压缩，被压缩的小球本身的体积不变，只是发生了形变，它们之间的孔隙不再是规则的球体与球体之间的空隙，而变为了不规则的空隙，这也符合透水混凝土块中孔隙的实际情况；
(3)本发明采用的聚丙烯酸钠材料具有重复利用性，十分环保。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的透水混凝土的堵塞模拟试验装置结构示意图；
其中，1-带孔钢板，2-聚丙烯酸钠小球，3-透明水槽，4-金属网，5-恒定水头供水箱，6-高清相机，7-计算机，8-循环水箱，9-循环水泵，10-过滤装置，11-开级配下基层，12-开级配上基层，13-透水路面，14-溢流口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不能直观地观察透水混凝土内部堵塞颗粒的运移和堵塞演变过程的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种模拟透水混凝土层的试验装置及方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种模拟透水混凝土层的试验装置，由于聚丙烯酸钠是一种水溶性直链高分子聚合物，小相对分子质量的为液体，大的可为固体；固体的聚丙烯酸钠为白色粉末或颗粒，无臭无味、遇水膨胀，可吸收200-300倍自身体积的水，因此，吸水后的聚丙烯酸钠小球与水的成分相近，而具有与水相近的折射率，在试验中可以很好的利用这一点而进行观察；而且这种材料具有重复利用性，十分环保。
利用堆积聚丙烯酸钠(Sodium polyacrylate)小球来模拟透水混凝土试件进行实验研究，可以对试件进行可视化，更加直观的观察试件内部堵塞的发展进程和堵塞颗粒的运移情况。
本申请的试验装置包括透明水槽3、带孔钢板1和金属网4，透明水槽3中设置多层金属网4，通过不同网格尺寸的金属网4将聚丙烯酸钠小球2压缩成不同规格，以模拟透水混凝土集料；放置聚丙烯酸钠小球2后将带孔钢板1置于透明水槽3的顶部。
如图1所示，透明水槽3中放置多个金属网4，金属网4与其相邻的透明水槽3底部、顶部及金属网4之间的空间均满足预先设定好的透水混凝土块所需体积。
由于单一粒径聚丙烯酸钠小球堆积的孔隙率在36％-40％之间，而透水混凝土的孔隙率在15％-30％之间，因而可以利用聚丙烯酸钠(Sodium polyacrylate)小球的弹性，使用金属网对这一体积下的小球进行压缩。
选择单一粒径或多种粒径聚丙烯酸钠小球组合的方式进行透水混凝土块的模拟，多种粒径组合时要求不同层金属网的网格间隙不同。
所述透明水槽3的一侧靠上位置设有进水口，其另一侧靠下位置设有出水口；所述进水口和出水口安装有阀门。
所述透明水槽3为玻璃材质。
利用透明的聚丙烯酸钠(Sodium polyacrylate)小球的堆积代替透水混凝土集料的关键在于控制聚丙烯酸钠小球的孔隙率与透水混凝土块一致。
利用透明的聚丙烯酸钠小球模拟透水混凝土层的方法，包括以下步骤：
步骤(1)计算某一体积下的透水混凝土块在某一特定孔隙率下所需的聚丙烯酸钠小球2体积；
例如：需要模拟体积为3600cm3孔隙率为18％的透水混凝土，则所需的聚丙烯酸钠小球2的体积为3600*(1-18％)；
步骤(2)利用排水法得到所述体积的聚丙烯酸钠小球2；
步骤(3)将若干聚丙烯酸钠小球2放入透明水槽3中，使用金属网4对所述体积下的聚丙烯酸钠小球2进行压缩，使聚丙烯酸钠小球2完全填充在预设透水混凝土块的体积下，被压缩的小球本身的体积不变，只是发生了形变，它们之间的孔隙不再是规则的球体与球体之间的空隙，而变为了不规则的空隙；
步骤(4)进行透水混凝土的堵塞模拟试验。
透水混凝土的堵塞模拟试验装置如图2所示，透明水槽3的一侧连接恒定水头供水箱5，恒定水头供水箱5与透明水槽3之间具有阀门；恒定水头供水箱5通过管道依次连接循环水泵9、循环水箱8；循环水箱8通过管道与透明水槽3靠下位置相连；且循环水箱8通过过滤装置10连接至透明水槽3另一侧的溢流口14。
高清相机6放置于透明水槽3一侧，所述高清相机6通过数据线连接计算机7。
透水混凝土的堵塞模拟试验过程为：
在透明水槽3中加入不同颜色代表不同粒径的堵塞颗粒(聚丙烯酸钠小球)，以形成透水路面13、开级配上基层12和开级配下基层11；并利用高清相机6实时记录透水混凝土内部堵塞过程中每1秒堵塞颗粒运移演变过程，并且对堵塞前后透水混凝土的渗透率进行测量记录。
利用图像处理技术分析实验得到的高清图像数据，围绕水、透水路面及运动砂粒之间的相互作用开展系统研究，从而提出导致透水路面淤堵的各因素对路面渗透性的影响，进而揭示堵塞颗粒在透水混凝土内部孔隙堵塞运移的机理。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，包括透明水槽，所述透明水槽的顶部具有顶板；
所述透明水槽中设置多层金属网，金属网用于对聚丙烯酸钠小球进行压缩；
放置于透明水槽内部不同层的聚丙烯酸钠小球经金属网压缩形成不同粒径、不规则间隙的球体，以模拟透水混凝土集料；
所述模拟透水混凝土层的试验装置的模拟方法，包括以下步骤：
步骤（1）计算某一体积透水混凝土块在特定孔隙率下所需的聚丙烯酸钠小球体积；
步骤（2）利用排水法得到所述体积的聚丙烯酸钠小球；
步骤（3）将若干聚丙烯酸钠小球放入透明水槽中，使用金属网对所述体积下的聚丙烯酸钠小球进行压缩，使聚丙烯酸钠小球完全填充在预设透水混凝土块的体积下；使用金属网压缩聚丙烯酸钠小球时控制聚丙烯酸钠小球的孔隙率与透水混凝土块一致；
步骤（4）进行透水混凝土的堵塞模拟试验。
2.根据权利要求1所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，所述顶板为带孔钢板。
3.根据权利要求1所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，多层金属网的网格间隙不同。
4.根据权利要求1所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，所述透明水槽的一侧靠上位置设有进水口，其另一侧靠下位置设有出水口。
5.根据权利要求4所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，所述进水口和出水口安装有阀门。
6.根据权利要求1所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，所述透明水槽为玻璃材质。
7.根据权利要求1所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，选择单一粒径或多种粒径组合形式的聚丙烯酸钠小球模拟透水混凝土层。
8.根据权利要求1所述的一种模拟透水混凝土层的试验装置，其特征在于，所述步骤（4）中，试验时配置高清相机，高清相机记录的数据采用图形处理技术进行分析。
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