CN109444017A - 一种多功能的道路材料渗透系数测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于渗透系数测试领域，具体涉及一种多功能的道路材料渗透系数测试装置及其测试方法。装置包括供水装置：马氏瓶，在马氏瓶上端设置进水口，在马氏瓶的侧壁下部设置出水口，马氏瓶上设置刻度值；入渗装置：包括可拆卸连接的套筒和待测试样容器，入渗装置的侧壁上部设置进水口，入渗装置底板为镂空板；供水导管：连接供水装置的出水口和入渗装置的进水口，供水装置的出水口和入渗装置的进水口位于同一水平线，供水导管上设置阀门。填放土壤的定制模具或透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件四周需用环氧树脂涂匀一圈后放入待测试样容器中进行测试。该装置入渗水流速度稳定，密封性良好，操作简单方便，可测多种材料的渗透系数。
Description
技术领域
本发明涉及渗透系数测试领域，具体涉及一种多功能的道路材料渗透系数测试装置及其测试方法。
背景技术
渗透系数是代表土壤渗透性强弱的定量指标，在一定程度上决定了土壤的类型，也是反映透水路面材料渗水能力的重要指标，对于排除道路积水和去除路面径流污染物有一定影响作用。因此，准确有效地测定土壤和透水路面材料的渗透系数对推进土壤结构的研究和透水路面材料的性能研究具有重要作用。
目前国内多采用自制渗透系数测试装置，没有统一的标准实验方法。室内测定渗透系数大小的方法分为常水头法和变水头法，均基于达西定律，对于渗透系数大的材料，一般采用常水头法进行测试。
通过对国内外的渗透系数测试装置进行研究发现，在以下方面存在一定的不足之处：一、入渗装置水流速度不稳定，影响测试的准确度；二、待测材料与装置间未进行密封处理，侧向渗透系数的存在影响了竖向渗透系数的大小；三、测试材料的适用范围比较单一，缺乏灵活性。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种多功能的道路材料渗透系数测试装置及其测试方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种多功能的道路材料渗透系数测试装置，包括
供水装置：包括马氏瓶，在马氏瓶上端设置进水口，在马氏瓶的侧壁下部设置出水口，马氏瓶上设置刻度值；
入渗装置：入渗装置的侧壁上部设置进水口，入渗装置底板为镂空板，且待测试样放置在镂空板上；
供水导管：连接供水装置的出水口和入渗装置的进水口，所述供水装置的出水口和入渗装置的进水口位于同一水平线，供水导管上设置流量控制结构。
所述供水装置还包括倒T型支架，铁圈架，所述铁圈架包括上、下两个圆形铁圈和多根铁筋，所述多根铁筋将上、下两个圆形铁圈连接，所述铁圈架的上、下两个圆圈通过第一连接处和第二连接处与T型支架连接，所述马氏瓶通过铁圈架固定在T型支架上。
所述马氏瓶上部设置排气孔，所述进水口为漏斗；所述流量控制结构为阀门。
所述入渗装置包括上部的套筒、下部的待测试样容器，所述套筒和待测试样容器直径相同，且通过一组法兰片实现可拆卸连接。
所述套筒和待测试样容器采用有机玻璃制成，套筒的内径为200-210mm，壁厚为50-60mm；设置在入渗装置侧壁上部的进水口距离入渗装置的顶部40-60mm。
还包括支座，支座对应待测试样容器的部位设为中空，待测试样容器下部支座的中空部位放置容器Ⅰ，待测试样容器通过一组法兰片和螺栓固定在支座上，所述镂空板上小孔的数量为15-20，直径为10-20mm。
还包括定制模具，定制模具为桶状，桶状底板为上设置多个小孔，定制模具的直径和待测试样容器的内径相同。
一种利用上述的测试装置测试道路材料渗透系数的方法，
步骤一：若为土壤，将待测土壤放在定制模具中并压实；若为透水沥青混凝土试件/透水混凝土试件，则将密封好的试件放入真空密度仪中抽取真空，而后放入清水中静置2h，使其处于饱和状态，将试件表面擦拭干净后，在侧面均涂上环氧树脂，试件为圆柱形，直径和待测试样容器的内径相同；
步骤二：待测试样容器中由下至上依次放入滤纸、填满土壤的定制模具/透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件、透水石，将待测试样容器与套筒用法兰片连接起来；
步骤三：打开排气孔和进水口，用漏斗向马氏瓶里装满水后，关闭进水口和排气孔；
步骤四：打开阀门，通过供水导管向套筒内供水，待套筒内水面稳定时，记录下水面高度距待测容器底部的距离H，即水头差，随后在记录下马氏瓶中水面对应的刻度 L1的同时，开始计时，5min后记录下马氏瓶中水面对应的刻度L2；
步骤五：利用渗透系数公式，计算出渗透系数。
所述步骤五中计算渗透系数的公式为
式中：KT为渗透系数，Q为出水量，L为试件厚度，A为试件表面积，H为水头差，t为时间，
Q＝(L1-L2)S
式中：L1为开始计时马氏瓶中水面对应的刻度；L2为5min后马氏瓶中水面对应的刻度，S为马氏瓶的底面积。
还包括将渗透系数换算成标准温度下的渗透系数，具体如下：
式中：K20为标准温度下试件的渗透系数，ηT为T℃时水的动力粘滞系数，η20为 20℃时水的动力粘滞系数。
本发明与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)测试过程中，由于马氏瓶静水压保持不变，使得入渗水流速度能够保持稳定，提高了测试的准确度。
(2)待测试样与待测材料容器之间通过定制模具或外周涂环氧树脂，进行了密封处理，确保无侧向渗透，影响材料渗透系数的测定。
(3)本发明通过将渗入装置设为可拆卸的上下两部分，可实现放置多种道路材料，包括土壤、透水混凝土、透水沥青混凝土，进行渗透系数的测试，灵活性较强。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本申请测试装置示意图。
图2为待测材料容器底部的示意图。
图3为土壤定制模具示意图，其中图(a)为土壤定制模具的主视图，图(b)为土壤定制模具底部的示意图。
附图标记说明
1-支架，2-马氏瓶，3-第一连接处，4-铁圈架，5-第二连接处，6-漏斗，7-排气孔，8-阀门，9-供水导管，10-套筒，11-法兰片，12-待测试样容器，13-支座，14-容器Ⅰ， 15-镂空板，16-定制模具，17-桶状底板。
具体实施方式
如图1所示，一种用于土壤/透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件渗透系数的测试装置，包括供水装置和入渗装置，其特征在于，所述供水装置由支架1、马氏瓶2、铁圈架4组成；所述入渗装置由套筒10、待测试样容器12、支座13组成；所述供水装置和入渗装置由供水导管9连接；所述马氏瓶2用铁圈架4固定住，支架1与铁圈架4由焊缝3、5焊接；所述套筒10与待测材料容器12由一组法兰片11连接；所述待测容器12与支座13由螺栓连接；最底部放置一个容器Ⅰ14用于接水。
如图1所示，测试装置还包括支架1，所述支架1呈倒T型放置，铁圈架4由4根铁筋连接2个圆形铁圈而成。
如图1所示，所述马氏瓶2瓶身带有刻度，顶部有一个排气孔7和一个进水口，进水口通过漏斗6加水，靠近底部有一个出水口，通过阀门8控制。
如图1所示，所述套筒10由PMMA有机玻璃制成，内径为200-210mm，壁厚为50-60mm，右侧上部距顶部40-60mm处设有一接水口，下部由一组法兰片连接待测材料容器12，套筒10的接水口与马氏瓶2的出水口保持在同一水平线上。
如图1-2所示，所述待测试样容器12也由PMMA有机玻璃制成，内径为200-210mm，壁厚为50-60mm，内部可放置土壤/透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件，下部连接一组法兰片，通过4个螺栓与支座13连接，待测材料容器底部15有16-20个直径为 10-20mm的小孔以供漏水。
如图1-2所示，所述土壤可填放在定制模具中，透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件四周需用环氧树脂涂匀一圈后放入，待测试样容器12由下至上依次放入滤纸、填满土壤的定制模具/透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件、透水石。
如图3所示，所述土壤可填放在定制模具15中，定制模具15为一圆柱体，且底部由网状小孔构成，透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件四周需用环氧树脂涂匀一圈后放入，待测试样容器12由下至上依次放入滤纸、填满土壤的定制模具/透水混凝土试件/ 透水沥青混凝土试件、透水石。
土壤/透水沥青混凝土试件/透水混凝土试件的渗透系数测试过程如下：
1.若为土壤，将待测土壤放在定制模具15中并压实；若为透水沥青混凝土试件/透水混凝土试件，则将密封好的试件放入真空密度仪中抽取真空，而后放入清水中静置2h，使其处于饱和状态，将试件表面擦拭干净后，将其侧面均涂上环氧树脂。
2.土壤/透水沥青混凝土试件/透水混凝土试件放入待测试样容器12中，将待测试样容器12与套筒10用法兰片11连接起来，并调整好整个装置。
3.打开排气孔7和进水口，用漏斗6向马氏瓶2里装满水，此时关闭进水口和排气孔，并检查以确保马氏瓶2不漏水。
4.打开马氏瓶2出水口阀门8，通过供水导管9向套筒10内供水，待套筒内水面稳定不变时，记录下水面高度距待测容器底部的距离h，随后在记录下马氏瓶中水面对应的刻度L1的同时，开始计时，5min后记录下马氏瓶中水面对应的刻度L2。
5.利用渗透系数公式进行计算：式中：KT为渗透系数，cm/s；Q为出水量，mL；L为试件厚度，mm；A为试件表面积，cm2；H为水头差，cm；t为时间，s；本实验中Q＝(L1-L2)S，式中：L1为开始计时马氏瓶中水面对应的刻度；L2为5min后马氏瓶中水面对应的刻度，S为马氏瓶的底面积，cm2。
6.换算成标准温度下的渗透系数式中：K20为标准温度下试件的渗透系数，cm/s；ηT为T℃时水的动力粘滞系数，kPa·s；η20为20℃时水的动力粘滞系数， kPa·s。
7.可进行多次测量，取平均值作为最后的结果。
实施例
1.将砂质壤土放在定制模具15中并压实，随后放入待测试样容器12中，将待测试样容器12与套筒10用法兰片11连接起来，并调整好整个装置。
2.打开排气孔7和进水口，用漏斗6向马氏瓶2里装满水，此时关闭进水口和排气孔，并检查以确保马氏瓶2不漏水。
3.打开马氏瓶出水口阀门，通过供水导管向套筒内供水，待套筒内水面稳定不变时，记录下水面高度距待测容器底部的距离H，即水头差，随后在记录下马氏瓶中水面对应的刻度L1的同时，开始计时，5min后记录下马氏瓶中水面对应的刻度L2。
5.利用渗透系数公式进行计算：式中：KT为渗透系数，cm/s；Q为出水量，mL；L为试件厚度，100mm；A为试件表面积，314.16cm2；H为水头差，13cm； t为时间，300s；本实验中Q＝(L1-L2)S，式中：L1为开始计时马氏瓶中水面对应的刻度；L2为5min后马氏瓶中水面对应的刻度，S为马氏瓶的底面积，cm2。
6.换算成标准温度下的渗透系数式中：K20为标准温度下试件的渗透系数，cm/s；ηT为T℃时水的动力粘滞系数，kPa·s；η20为20℃时水的动力粘滞系数， kPa·s。
表1为多次测量的数值
测量多次取平均值，测量具体参数如表1所示，取平均值可知砂质壤土的渗透系数为1.54×10-4cm/s。
本实施例通过对砂质壤土渗透系数的测定计算，得出其渗透系数为1.54×10-4cm/s，本实验结果表明：通过本实验装置的测试结果比现有装置的实验结果精确度更高。
Claims (10)
1.一种多功能的道路材料渗透系数测试装置，其特征在于，包括
供水装置：包括马氏瓶(2)，在马氏瓶(2)上端设置进水口，在马氏瓶(2)的侧壁下部设置出水口，马氏瓶(2)上设置刻度值；
入渗装置：入渗装置的侧壁上部设置进水口，入渗装置底板为镂空板(15)，且待测试样放置在镂空板(15)上；
供水导管(9)：连接供水装置的出水口和入渗装置的进水口，所述供水装置的出水口和入渗装置的进水口位于同一水平线，供水导管(9)上设置流量控制结构。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述供水装置还包括倒T型支架(1)，铁圈架(4)，所述铁圈架(4)包括上、下两个圆形铁圈和多根铁筋，所述多根铁筋将上、下两个圆形铁圈连接，所述铁圈架(4)的上、下两个圆圈通过第一连接处(3)和第二连接处(5)与T型支架(1)连接，所述马氏瓶(2)通过铁圈架(4)固定在T型支架(1)上。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述马氏瓶(2)上部设置排气孔(7)，所述进水口为漏斗(6)；所述流量控制结构为阀门(8)。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述入渗装置包括上部的套筒(10)、下部的待测试样容器(12)，所述套筒(10)和待测试样容器(12直径相同，且通过一组法兰片(11)实现可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述套筒(10)和待测试样容器(12)采用有机玻璃制成，套筒(10)的内径为200-210mm，壁厚为50-60mm；设置在入渗装置侧壁上部的进水口距离入渗装置的顶部40-60mm。
6.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，还包括支座(13)，支座(13)对应待测试样容器(12)的部位设为中空，待测试样容器(12)下部支座(13)的中空部位放置容器Ⅰ(14)，待测试样容器(12)通过一组法兰片和螺栓固定在支座(13)上，所述镂空板(15)上小孔的数量为15-20，直径为10-20mm。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，还包括定制模具(16)，定制模具(16)为桶状，桶状底板(17)为上设置多个小孔，定制模具(16)的直径和待测试样容器(12)的内径相同。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的测试装置测试道路材料渗透系数的方法，其特征在于，
步骤一：若为土壤，将待测土壤放在定制模具(16)中并压实；若为透水沥青混凝土试件/透水混凝土试件，则将密封好的试件放入真空密度仪中抽取真空，而后放入清水中静置2h，使其处于饱和状态，将试件表面擦拭干净后，在侧面均涂上环氧树脂，试件为圆柱形，直径和待测试样容器(12)的内径相同；
步骤二：待测试样容器(12)中由下至上依次放入滤纸、填满土壤的定制模具(16)/透水混凝土试件/透水沥青混凝土试件、透水石，将待测试样容器(12)与套筒(10)用法兰片(11)连接起来；
步骤三：打开排气孔(7)和进水口，用漏斗(6)向马氏瓶(2)里装满水后，关闭进水口和排气孔(7)；
步骤四：打开阀门(8)，通过供水导管(9)向套筒(10)内供水，待套筒(10)内水面稳定时，记录下水面高度距待测容器底部的距离H，即水头差，随后在记录下马氏瓶(2)中水面对应的刻度L1的同时，开始计时，5min后记录下马氏瓶中水面对应的刻度L2；
步骤五：利用渗透系数公式，计算出渗透系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤五中计算渗透系数的公式为
式中：KT为渗透系数，Q为出水量，L为试件厚度，A为试件表面积，H为水头差，t为时间，
Q＝(L1-L2)S
式中：L1为开始计时马氏瓶中水面对应的刻度；L2为5min后马氏瓶中水面对应的刻度，S为马氏瓶的底面积。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将渗透系数换算成标准温度下的渗透系数，具体如下：
式中：K20为标准温度下试件的渗透系数，ηT为T℃时水的动力粘滞系数，η20为20℃时水的动力粘滞系数。
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