CN108801874A - 一种透水混凝土渗透测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透水混凝土渗透测试装置及其测试方法，包括水箱及其顶部进水装置和其底部的水槽，水槽的侧壁开有下部溢水口，所述水箱通过由上至下顺次连接的上部箱体、中部箱体和下部箱体组成，上部箱体的一侧设置内壁面固定有滑槽的长条形孔，滑槽外侧安装有滑块，滑块上开有上部溢水口，滑块底端连接有密封板，所述密封板与水箱的内壁贴合；中部箱体的顶端、底端分别固定有透水盖板、承重板，两者之间放置混凝土试块，中部箱体内壁设置充气橡胶垫层，充气橡胶垫层与混凝土试块之间无缝隙贴合，下部箱体的两侧壁上开有与水槽相通的连通口；测试中充气橡胶垫层可减轻混凝土试块的侧壁渗漏对实验数据的影响，上部溢水口高度可调，方便调节水头。

Description

一种透水混凝土渗透测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及土木工程材料测试技术领域，尤其是一种透水混凝土渗透测试装置及其测试方法。

背景技术

透水性混凝土是由粗集料、水泥、水、外加剂等材料制成的具有连续孔隙的一种无砂混凝土，具有生态环保的绿色应用价值。随着城市道路的快速发展，以及海绵城市概念的提出，不透水路面的弊端越来越明显，各领域对透水性混凝土的需求量越来越大，尤其在工程建设领域的应用越来越广。

透水混凝土作为新型生态混凝土，其透水性能是最重要的指标，需要对透水混凝土的渗透系数进行测试，以对混凝土的透水性能进行评价。

现有技术中混凝土渗透系数测试装置多针对于孔隙较密的普通混凝土，对于渗透性较大的透水混凝土并不适用，由于透水混凝土表面分布大量孔隙，孔隙贯通形成开放流径改变水流方向从侧壁流出，造成实验数据不够精确。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理透水混凝土渗透测试装置，从而有效避免混凝土试块的侧壁渗漏对实验数据的影响，并且测试过程水头调节方便，可获取多组数据。

本发明所采用的技术方案如下：

一种透水混凝土渗透测试装置，包括水箱，水箱的顶部对接有进水装置，水箱的底部固定在水槽内，水槽的一侧壁开有下部溢水口，所述下部溢水口处安装下部溢水管；

所述水箱通过由上至下顺次连接的上部箱体、中部箱体和下部箱体组成，

其中，上部箱体的一侧设置有长条形孔，所述长条形孔的内壁面固定有滑槽，滑槽外侧安装有沿其滑动的滑块，滑块与滑槽之间设置有密封带，滑块中部开有上部溢水口，上部溢水口内穿过橡胶软管，滑块的底端连接有密封板，所述密封板与水箱的内壁贴合，所述密封板跟随滑块一起滑动，并将未使用的长条形孔密封；

其中，中部箱体的顶端固定有透水盖板，底端固定有承重板，在透水盖板与承重板之间放置有混凝土试块，中部箱体内壁的四周设置有充气橡胶垫层，充气橡胶垫层与混凝土试块之间无缝隙贴合；

其中，所述下部箱体位于水槽内，下部箱体的两侧壁上开有与水槽相通的连通口。

其进一步技术方案在于：

所述中部箱体的一侧设有定压充气装置连接口，所述定压充气装置连接口将外部的定压充气装置与充气橡胶垫层进行连接，定压充气装置为带有测压器的液压伺服装置或气体增压泵，定压充气装置的压力范围是50—500kpa。

所述滑槽上设置有刻度，刻度的标识范围为0-200mm。

所述上部箱体、中部箱体和下部箱体的壁厚均为5—10mm，高度分别为550mm、250mm和300mm，其横截面为相同的正方环形，正方环形的内边长为150mm或200m。

所述上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体之间均采用螺栓连接；各箱体采用透明有机玻璃材质。

所述充气橡胶垫层与所述中部箱体的内壁粘接。

所述承重板为带孔钢板。

所述密封板的长度为250mm，所述密封板与水箱内壁贴合的一侧采用橡胶材质，另一侧采用刚性材料。

所述下部溢水管的下方设置有带刻度的烧杯。

一种透水混凝土渗透测试装置的测试方法，包括如下步骤：

第一步：将具有龄期的混凝土试块取出，擦干表面后在侧面涂抹凡士林或黄油，并用塑料薄膜包裹其侧壁；

第二步：将完成第一步骤的混凝土试块安装在中部箱体的充气橡胶垫层中，并在其底部安装承重板；

第三步：在混凝土试块上方固定好透水盖板，用定压充气装置通过压充气装置连接口对充气橡胶垫层进行充气，直至达到设定的压力；

第四步：将上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体间用螺栓固定好，用软管连接上部溢水口；

第五步：打开进水装置，开始缓慢注水，直至水流自下而上灌满整个水箱，且上部溢水口、下部溢水管均开始稳定溢流；

第六步：调节滑块的高度使水位差保持在尽量小的水平面，以保证水流处于层流状态，调节好后将滑块固定在滑槽内；

第七步：静置数分钟，待水流稳定且气泡排净后开始测试；

第八步：开启秒表，同时用烧杯在下部溢流口处接取时间t，渗流水量V，计算单位时间内水的体积流量Q；重复试验3次，取其平均值；

第九步：用直尺测定上部溢水口、下部溢水管的中心距离，即水头损失Δh；

第十步：调节滑块的高度，以改变水头梯度，待水流稳定后重复第五步至第九步，重复次数≥6次；

第十一步：计算：

在渗透实验中，渗透水流分为层流和紊流两种基本类型，只有流速较慢的层流区，才满足Darcy定律适用条件，而透水混凝土渗透试验中水头梯度较小，流速亦小，所以水的流动服从Darcy定律，其计算公式为：

v＝ki (1)

式中：v为渗流速度；k为渗透系数；i＝Δh/L为水头梯度，其中Δh为水头损失，L为试件长度，水头损失Δh为两个溢水口水平管的高度差。

单位时间内水的体积流量为Q，混凝土试块(9)的断面积为A，则流速为：

v＝Q/A (2)

由式(1)和式(2)可得：

k＝Q/Ai (3)

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，上部溢水口固定在滑块的圆孔中，通过滑块在水箱侧壁上的滑槽内移动，调节上部溢水口的高度从而调节水头，方便一次实验过程中获取多组实验数据。

本发明的定压充气橡胶垫层与外部定压充气装置连接，与透水混凝土试块无空隙贴合设置，且能通过测压器控制压力，能避免测试过程中水流侧漏的同时避免对混凝土试件加压过度造成试件损坏；同时通过调节充气量，可对不同尺寸的试块进行测试，提高了了实验装置的实用性，优化了实验过程，提高了实验数据的准确性。

本发明水箱的上部箱体与中部箱体，中部箱体与下部箱体之间通过螺栓拦截，方便组装与拆卸，便于携带和清洗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的上部溢水口的安装结构示意图。

其中：1、进水装置；2、水箱；3、滑槽；4、滑块；5、上部溢水口；6、密封板；7、透水盖板；8、定压充气装置连接口；9、混凝土试块；10、承重板；11、充气橡胶垫层；12、水槽；13、连通口；14、下部溢水管。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的透水混凝土渗透测试装置，包括水箱2，水箱2的顶部对接有进水装置1，水箱2的底部固定在水槽12内，水槽12的一侧壁开有下部溢水口，下部溢水口处安装下部溢水管14；

下部溢水管14的下方设置有带刻度的烧杯；

水箱2通过由上至下顺次连接的上部箱体、中部箱体和下部箱体组成，

其中，上部箱体的一侧设置有长条形孔，长条形孔的内壁面固定有滑槽3，滑槽3外侧安装有沿其滑动的滑块4，滑块4与滑槽3之间设置有密封带，滑槽3上设置有刻度，刻度的标识范围为0-200mm，滑块4中部开有上部溢水口5，上部溢水口5内穿过橡胶软管，滑块4的底端连接有密封板6，密封板6的长度为250mm，密封板6与水箱2的内壁贴合，密封板6跟随滑块4一起滑动，并将未使用的长条形孔密封，密封板6与水箱2内壁贴合的一侧采用橡胶材质，另一侧采用刚性材料；

中部箱体的顶端固定有透水盖板7，底端固定有承重板10，承重板10为带孔钢板，同时满足承受混凝土试块9的重量和透水的功能，在透水盖板7与承重板10之间放置有混凝土试块9，中部箱体内壁的四周粘接有充气橡胶垫层11，中部箱体的一侧设有定压充气装置连接口8，定压充气装置连接口8将外部的定压充气装置与充气橡胶垫层11进行连接并对其进行充气，定压充气装置为带有测压器的液压伺服装置或气体增压泵，定压充气装置的压力范围是50—500kpa，充气橡胶垫层11充气后膨胀，可以与任意尺寸的混凝土试块9之间无缝隙贴合；下部箱体位于水槽12内，下部箱体的两侧壁上开有与水槽12相通的连通口13。

上部箱体、中部箱体和下部箱体的壁厚均为5—10mm，高度分别为550mm、250mm和300mm，其横截面为相同的正方环形，正方环形的内边长为150mm或200m。

上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体之间均采用M10螺栓连接；各箱体采用透明有机玻璃材质。

实施例一：

利用本实施例的一种透水混凝土渗透测试装置的测试方法，包括如下步骤：

第一步：将一定龄期的150mm×150mm×150mm立方体混凝土试块9取出，擦干表面后在侧面涂抹凡士林或黄油，并用塑料薄膜包裹其侧壁3圈；

第二步：将混凝土试块9安装在中部箱体的充气橡胶垫层11中(未充气)，并在其底部安装带孔钢板；

第三步：在混凝土试块9上方固定好透水盖板7，用定压充气装置通过压充气装置连接口8对充气橡胶垫层11进行充气，直至定压装置显示压强为50kPa；

第四步：将上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体间用螺栓固定好，并用两根软管分别连接上部溢水口5、下部溢水口14；

第五步：打开水龙头(进水装置1)，开始缓慢注水，直至水流自下而上灌满整个水箱2，且上部溢水口5、下部溢水口14均开始稳定溢流；

第六步：调节滑块4的高度使水位差保持在尽量小的水平面，以保证水流处于层流状态，调节好后将滑块4固定在滑槽3内；

第七步：静置数分钟，待水流稳定且气泡排净后开始测试；

第八步：开启秒表，同时用烧杯在下部溢流口处接取30s的渗流水量V，计算单位时间内水的体积流量Q；重复试验3次，取其平均值；

第九步：用直尺测定上部溢水口5、下部溢水口14的中心距离，即水头损失Δh；

第十步：调节滑块4的高度，以改变水头梯度，待水流稳定后重复第五步至第九步，重复次数≥6次；

第十一步：利用以上各参数计算渗透系数。

实施例二：

利用本实施例的一种透水混凝土渗透测试装置的测试方法，包括如下步骤：

第一步：将一定龄期的100mm×100mm×150mm立方体混凝土试块9取出，擦干表面后在侧面涂抹凡士林或黄油，并用塑料薄膜包裹其侧壁3圈；

第二步：将混凝土试块9安装在中部箱体的充气橡胶垫层11中(未充气)，并在其底部安装带孔钢板；

第三步：在混凝土试块9上方固定好透水盖板7，用定压充气装置通过压充气装置连接口8对充气橡胶垫层11进行充气，直至定压充气装置显示压强为100kPa；

第四步：将上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体间用螺栓固定好，并用两根软管分别连接上部溢水口5、下部溢水口14；

第五步：打开水龙头(进水装置1)，开始缓慢注水，直至水流自下而上灌满整个水箱2，且上部溢水口5、下部溢水口14均开始稳定溢流；

第六步：调节滑块4的高度使水位差保持在尽量小的水平面，以保证水流处于层流状态，调节好后将滑块4固定在滑槽3内；

第七步：静置数分钟，待水流稳定且气泡排净后开始测试；

第八步：开启秒表，同时用烧杯在下部溢流口处接取30s的渗流水量V，计算单位时间内水的体积流量Q；重复试验3次，取其平均值；

第九步：用直尺测定上部溢水口5、下部溢水口14的中心距离，即水头损失Δh；

第十步：调节滑块4的高度，以改变水头梯度，待水流稳定后重复第五步至第九步，重复次数≥6次；

第十一步：利用以上各参数计算渗透系数。

实施例三：

利用本实施例的一种透水混凝土渗透测试装置的测试方法，包括如下步骤：

第一步：将一定龄期的200mm×200mm×150立方体混凝土试块9取出，擦干表面后在侧面涂抹凡士林或黄油，并用塑料薄膜包裹其侧壁3圈；

第二步：将混凝土试块9安装在中部箱体的充气橡胶垫层11中(未充气)，并在其底部安装带孔钢板；

第三步：在混凝土试块9上方固定好透水盖板7，用定压充气装置通过压充气装置连接口8对充气橡胶垫层11进行充气，直至定压充气装置显示压强为100kPa；

第四步：将上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体间用螺栓固定好，并用两根软管分别连接上部溢水口5、下部溢水口14；

第五步：打开水龙头(进水装置1)，开始缓慢注水，直至水流自下而上灌满整个水箱2，且上部溢水口5、下部溢水口14均开始稳定溢流；

第六步：调节滑块4的高度使水位差保持在尽量小的水平面，以保证水流处于层流状态，调节好后将滑块4固定在滑槽3内；

第七步：静置数分钟，待水流稳定且气泡排净后开始测试；

第八步：开启秒表，同时用烧杯在下部溢流口处接取30s的渗流水量V，计算单位时间内水的体积流量Q；重复试验3次，取其平均值；

第九步：用直尺测定上部溢水口5、下部溢水口14的中心距离，即水头损失Δh；

第十步：调节滑块4的高度，以改变水头梯度，待水流稳定后重复第五步至第九步，重复次数≥6次；

第十一步：利用以上各参数计算渗透系数。

通过上述方法可以方便的完成透水混凝土渗透测试的试验，有效避免混凝土试块的侧壁渗漏对实验数据的影响，测试过程水头调节方便，可获取多组数据，试验结果明了。

本发明所述的水头是：以液柱高度表示的单位质量液体的机械能，任意断面处单位重量水的能量，等于比能(单位质量水的能量)除以重力加速度。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：包括水箱(2)，水箱(2)的顶部对接有进水装置(1)，水箱(2)的底部固定在水槽(12)内，水槽(12)的一侧壁开有下部溢水口，所述下部溢水口处安装下部溢水管(14)；

所述水箱(2)通过由上至下顺次连接的上部箱体、中部箱体和下部箱体组成，

其中，上部箱体的一侧设置有长条形孔，所述长条形孔的内壁面固定有滑槽(3)，滑槽(3)外侧安装有沿其滑动的滑块(4)，滑块(4)与滑槽(3)之间设置有密封带，滑块(4)中部开有上部溢水口(5)，上部溢水口(5)内穿过橡胶软管，滑块(4)的底端连接有密封板(6)，所述密封板(6)与水箱(2)的内壁贴合，所述密封板(6)跟随滑块(4)一起滑动，并将未使用的长条形孔密封；

其中，中部箱体的顶端固定有透水盖板(7)，底端固定有承重板(10)，在透水盖板(7)与承重板(10)之间放置有混凝土试块(9)，中部箱体内壁的四周设置有充气橡胶垫层(11)，充气橡胶垫层(11)与混凝土试块(9)之间无缝隙贴合；

其中，所述下部箱体位于水槽(12)内，下部箱体的两侧壁上开有与水槽(12)相通的连通口(13)。

2.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述中部箱体的一侧设有定压充气装置连接口(8)，所述定压充气装置连接口(8)将外部的定压充气装置与充气橡胶垫层(11)进行连接，定压充气装置为带有测压器的液压伺服装置或气体增压泵，定压充气装置的压力范围是50—500kpa。

3.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述滑槽(3)上设置有刻度，刻度的标识范围为0-200mm。

4.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述上部箱体、中部箱体和下部箱体的壁厚均为5—10mm，高度分别为550mm、250mm和300mm，其横截面为相同的正方环形，正方环形的内边长为150mm或200m。

5.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体之间均采用螺栓连接；各箱体采用透明有机玻璃材质。

6.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述充气橡胶垫层(11)与所述中部箱体的内壁粘接。

7.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述承重板(10)为带孔钢板。

8.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述密封板(6)的长度为250mm，所述密封板(6)与水箱(2)内壁贴合的一侧采用橡胶材质，另一侧采用刚性材料。

9.如权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置，其特征在于：所述下部溢水管(14)的下方设置有带刻度的烧杯。

10.一种利用权利要求1所述的一种透水混凝土渗透测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：将具有龄期的混凝土试块(9)取出，擦干表面后在侧面涂抹凡士林或黄油，并用塑料薄膜包裹其侧壁；

第二步：将完成第一步骤的混凝土试块(9)安装在中部箱体的充气橡胶垫层(11)中，并在其底部安装承重板(10)；

第三步：在混凝土试块(9)上方固定好透水盖板(7)，用定压充气装置通过压充气装置连接口(8)对充气橡胶垫层(11)进行充气，直至达到设定的压力；

第四步：将上部箱体和中部箱体、中部箱体和下部箱体间用螺栓固定好，用软管连接上部溢水口(5)；

第五步：打开进水装置(1)，开始缓慢注水，直至水流自下而上灌满整个水箱，且上部溢水口(5)、下部溢水管(14)均开始稳定溢流；

第六步：调节滑块(4)的高度使水位差保持在尽量小的水平面，以保证水流处于层流状态，调节好后将滑块(4)固定在滑槽(3)内；

第七步：静置数分钟，待水流稳定且气泡排净后开始测试；

第八步：开启秒表，同时用烧杯在下部溢流口处接取时间t，渗流水量V，计算单位时间内水的体积流量Q；重复试验3次，取其平均值；

第九步：用直尺测定上部溢水口(5)、下部溢水管(14)的中心距离，即水头损失Δh；

第十步：调节滑块(4)的高度，以改变水头梯度，待水流稳定后重复第五步至第九步，重复次数≥6次；

第十一步：计算：

在渗透实验中，渗透水流分为层流和紊流两种基本类型，只有流速较慢的层流区，才满足Darcy定律适用条件，而透水混凝土渗透试验中水头梯度较小，流速亦小，所以水的流动服从Darcy定律，其计算公式为：

v＝ki (1)

式中：v为渗流速度；k为渗透系数；i＝Δh/L为水头梯度，其中Δh为水头损失，L为试件长度，水头损失Δh为两个溢水口水平管的高度差。

单位时间内水的体积流量为Q，混凝土试块(9)的断面积为A，则流速为：

v＝Q/A (2)

由式(1)和式(2)可得：

k＝Q/Ai (3) 。