CN109655396A - 大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置及滞留颗粒测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置及滞留颗粒测定方法，属于透水混凝土渗透性检测领域。本发明的模拟装置，包括固定支架、堵塞模拟试件箱、降雨模拟装置和地表径流模拟装置，利用降雨模拟装置和地表径流模拟装置来模拟不同强度降水和路面径流下，透水混凝土试件内部粉尘颗粒滞留情况，模拟情况更加接近透水路面的真实使用场景，能够更好地模拟透水混凝土路面的真实工况；并且采用柱形小试件来采集透水混凝土中颗粒的滞留数据，可模拟不同降雨强度、路面径流强度和降雨次数等因素对透水混凝土孔隙堵塞的影响，提高透水混凝土堵塞模拟试验的精确度；具有结构简单、操作方便、试验数据准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种透水混凝土检测装置，更具体地说，涉及一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置及滞留颗粒测定方法。
背景技术
随着城市化的快速发展，硬质地表面积迅速增长，直接破坏了土壤可自然渗透雨水的功能，降雨时地表径流增加，造成城市热岛效应明显、内涝频发等一系列水、生态、环境问题。近年来，我国大力推行海绵城市建设，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。透水混凝土作为海绵城市建设中的重要材料，具有适宜的抗压和抗折强度，以及较好的透水性和耐久性。然而，透水混凝土在使用过程中，由于降雨而汇集到路面上的水流中含有大量粉尘颗粒，在排水过程中，这些粉尘颗粒会随水流不断进入透水混凝土内部的孔隙，部分颗粒会滞留在孔隙通道内，造成透水混凝土内部贯穿性孔隙的堵塞，导致其渗透性衰减，使用寿命缩短。
现有堵塞模拟装置主要是针对小型透水混凝土试件，如中国专利号ZL201721143271.8，授权公告日为2018年3月27日，发明创造名称为：一种模拟透水混合料堵塞性能的试验装置，该申请案的试验装置包括凹型底座、试件套筒、玻璃套筒以及用于给玻璃套筒提供悬浊液的供水组件，其中，试件套筒设置在凹型底座的上部且与凹型底座的凹槽连通，凹槽通过导流管与外部连通；玻璃套筒设置在试件套筒的上部且与试件套筒连通；还包括流速测量装置，设置在导流管上，用于测量流出凹槽的水流的速度。该申请案在一定程度上解决了透水混合料堵塞性能的检测问题，其试验采用事先制备的悬浊液，悬浊液喷洒在试件上，通过记录流速测量装置的数据，得到待测试件在堵塞全过程中渗流速度的变化。这种装置通过搅拌掺砂水来模拟下雨时透水混凝土路面上水的流动，但其试件尺寸较小，模拟条件与透水路面真实工况相差较大，模拟真实性较差，并且透水混凝土堵塞情况检测并不理想。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有透水混凝土堵塞模拟装置存在模拟条件与透水路面真实工况相差较大等不足，提供一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置及滞留颗粒测定方法，采用本发明的技术方案，利用降雨模拟装置和地表径流模拟装置来模拟不同强度降水和路面径流下，透水混凝土试件内部粉尘颗粒滞留情况，模拟情况更加接近透水路面的真实使用场景，能够更好地模拟透水混凝土路面的真实工况；并且采用柱形小试件来采集透水混凝土中颗粒的滞留数据，可模拟不同降雨强度、路面径流强度和降雨次数等因素对透水混凝土孔隙堵塞的影响，提高透水混凝土堵塞模拟试验的精确度；具有结构简单、操作方便、试验数据准确等优点。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，包括固定支架、安装于固定支架上的降雨模拟装置和设于降雨模拟装置下方的堵塞模拟试件箱，还包括地表径流模拟装置，其中，
所述的降雨模拟装置包括进水管、液体流量阀、喷头、吸水海绵和透水板，所述的进水管与喷头相连，所述的液体流量阀设于进水管上，用于调节进水量；所述的吸水海绵设于透水板的上部，且位于喷头的下方，所述的透水板上均匀设有若干透水小孔；
所述的堵塞模拟试件箱包括箱体、大尺寸试件、柱形小试件、筛网和水槽，所述的筛网设于箱体的底部，所述的水槽放置于箱体底部的出水口下方，所述的大尺寸试件安装于箱体内且位于筛网的上方，所述的大尺寸试件上设有若干形状、尺寸与柱形小试件相适配的安装孔，所述的柱形小试件安装于大尺寸试件的对应安装孔内；
所述的地表径流模拟装置包括电动气泵、气体流量阀、无孔气管和开孔气管，所述的电动气泵通过气体流量阀与无孔气管相连通，所述的开孔气管的一端与无孔气管相连通，开孔气管的另一端封闭，且开孔气管铺设于大尺寸试件的上表面上，用于模拟地表径流。
更进一步地，所述的箱体的底部为漏斗状，且在漏斗状底部中心位置的出水口下部还设有具有颗粒收集功能的滤袋。
更进一步地，所述的大尺寸试件的尺寸为1000mm×1000mm×200mm。
更进一步地，所述的箱体的下部设有用于安装筛网和大尺寸试件的平台，且在箱体的底部还设有支撑腿。
更进一步地，所述的开孔气管在大尺寸试件的上表面上呈S形布置，且开孔气管上均匀设置有直径为2.5～5mm的小孔。
更进一步地，所述的透水板上的透水小孔的直径为2.5～5mm；所述的大尺寸试件上的安装孔为直径50mm的圆孔。
本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，包括以下步骤：
a、将大尺寸试件放置于箱体内的筛网上，并将柱形小试件编号后依次放置于大尺寸试件的安装孔内，形成完整的试件；
b、将收集于海绵城市建设区透水路面的粉尘颗粒称重后均匀铺在试件上表面；调节液体流量阀，进行降雨模拟，然后开启电动气泵，调节气体流量阀，进行路面径流模拟；
c、设置单次模拟时间t，每次模拟结束后关闭模拟装置，收集试件表面和流过试件的粉尘颗粒，烘干后称重；
d、重复步骤b～c，以n次单次模拟试验为一组，然后取出编号为1的柱形小试件进行烘干处理；
e、对柱形小试件进行切割，自上而下每隔一定距离生成一个切片，并识别截面上滞留的颗粒，进行粒径分布情况统计，得到不同高度截面上滞留颗粒的粒径分布曲线；
f、重复步骤b～e，得到2n、3n、4n……模拟次数的柱形小试件内部颗粒滞留情况；
g、调节液体流量阀和气体流量阀，重复模拟试验步骤a～f，分析降雨强度和路面径流强度对颗粒滞留情况的影响。
更进一步地，步骤c中单次模拟时间t设置为1小时；步骤d中一组模拟试验的次数n＝10。
更进一步地，步骤e中将柱形小试件放置于激光切割机中进行切片，自上而下每隔10mm生成一个切片，并采用数字图像技术识别切片截面上滞留的颗粒。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置及滞留颗粒测定方法，利用降雨模拟装置和地表径流模拟装置来模拟不同强度降水和路面径流下，透水混凝土试件内部粉尘颗粒滞留情况，模拟情况更加接近透水路面的真实使用场景，能够更好地模拟透水混凝土路面的真实工况；并且采用柱形小试件来采集透水混凝土中颗粒的滞留数据，可模拟不同降雨强度、路面径流强度和降雨次数等因素对透水混凝土孔隙堵塞的影响，提高透水混凝土堵塞模拟试验的精确度；具有结构简单、操作方便、试验数据准确等优点；
(2)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其箱体的底部为漏斗状，且在漏斗状底部中心位置的出水口下部还设有具有颗粒收集功能的滤袋，可实时方便地收集通过试件的粉尘颗粒，并与放置在试件上方的粉尘颗粒相比较，得到滞留于试件内部的颗粒质量和粒径分布情况；
(3)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其大尺寸试件的尺寸为1000mm×1000mm×200mm，能有效地减少尺寸效应对试验结果的影响；
(4)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其开孔气管在大尺寸试件的上表面上呈S形布置，且开孔气管上均匀设置有直径为2.5～5mm的小孔，采用气体流量阀调节进气量，能更好地模拟不同强度的路面径流；
(5)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其降雨模拟装置采用液体流量阀调节进水流量，同时将吸水海绵与透水板相结合，将进水端的水流均匀降至试件表面，能更好地模拟不同强度的路面降雨；
(6)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，其透水混凝土试件上的粉尘颗粒收集于海绵城市建设区透水路面，并通过筛分得到其粒径分布情况，能更好地模拟透水混凝土路面的真实工况；
(7)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，将大尺寸试件上的柱形小试件进行编号，一组试验后取出一块柱形小试件进行滞留颗粒分析，通过不同次数的降雨，对不同编号的试件进行滞留颗粒分析，得到降雨强度、路面径流强度和降雨次数等因素对透水混凝土孔隙堵塞的影响，模拟数据更加准确；
(8)本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，将柱形小试件放置于激光切割机中进行切片，不产生粉尘，从而有效提高了试件内部滞留颗粒统计的精确度；采用数字图像技术识别切片截面上滞留的颗粒，可得到不同高度截面上滞留颗粒的粒径分布曲线。
附图说明
图1为本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的结构示意图；
图2为本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置中透水板的结构示意图；
图3为本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置中开孔气管在大尺寸试件上表面的分布结构示意图；
图4为本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置中箱体的结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、进水管；2、液体流量阀；3、喷头；4、吸水海绵；5、透水板；6、箱体；7、大尺寸试件；8、柱形小试件；9、筛网；10、滤袋；11、水槽；12、电动气泵；13、气体流量阀；14、无孔气管；15、开孔气管；16、固定支架。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1所示，本实施例的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，包括固定支架16、安装于固定支架16上的降雨模拟装置、设于降雨模拟装置下方的堵塞模拟试件箱、以及地表径流模拟装置，降雨模拟装置和地表径流模拟装置分别用于模拟降雨大小和雨水在路面上的径流情况，堵塞模拟试件箱用于设置透水混凝土试件。其中，降雨模拟装置包括进水管1、液体流量阀2、喷头3、吸水海绵4和透水板5，进水管1与喷头3相连，用于向喷头3内输送水源，液体流量阀2设于进水管1上，用于调节进水量，以模拟不同的雨量大小；透水板5固定在固定支架16上，吸水海绵4设于透水板5的上部，且位于喷头3的下方，透水板5上均匀设有若干透水小孔，将吸水海绵4与透水板5相结合，利用吸水海绵4快速将喷头3喷出的水均匀分散开来，使透水板5能够均匀透水，以将进水端的水流均匀降至试件表面，能更好地模拟不同强度的路面降雨。堵塞模拟试件箱包括箱体6、大尺寸试件7、柱形小试件8、筛网9和水槽11，筛网9上均匀设有小孔，且筛网9设于箱体6的底部，用于支撑设于箱体6内部的透水混凝土试件，筛网9优选采用不锈钢材料制作；水槽11放置于箱体6底部的出水口下方，用于收集透过试件的水，大尺寸试件7安装于箱体6内且位于筛网9的上方，大尺寸试件7上设有若干形状、尺寸与柱形小试件8相适配的安装孔，柱形小试件8安装于大尺寸试件7的对应安装孔内；柱形小试件8的尺寸可略小于大尺寸试件7上的安装孔的尺寸，以便于柱形小试件8在大尺寸试件7的安装孔内的安装和取出，并且柱形小试件8安装后，其上表面与大尺寸试件7的上表面相平齐，形成完整的试件。地表径流模拟装置包括电动气泵12、气体流量阀13、无孔气管14和开孔气管15，电动气泵12通过气体流量阀13与无孔气管14相连通，开孔气管15的一端与无孔气管14相连通，开孔气管15的另一端封闭，且开孔气管15铺设于大尺寸试件7的上表面上，用于模拟地表径流。电动气泵12通过无孔气管14向开孔气管15内供气，开孔气管15向大尺寸试件7上表面进行出气，从而模拟雨水在路面上的径流情况。
如图1和图4所示，在本实施例中，箱体6的底部优选为漏斗状，且在漏斗状底部中心位置的出水口下部还设有具有颗粒收集功能的滤袋10，采用漏斗状底部便于水流汇集，并通过滤袋10实时方便地收集通过试件的粉尘颗粒，并与放置在试件上方的粉尘颗粒相比较，得到滞留于试件内部的颗粒质量和粒径分布情况。箱体6的下部还设有用于安装筛网9和大尺寸试件7的平台，且在箱体6的底部还设有支撑腿。另外，在本实施例中，为了有效地减少尺寸效应对试验结果的影响，本实施例中的大尺寸试件7的尺寸为1000mm×1000mm×200mm，即长、宽、高分别为1000mm、1000mm和200mm。
如图3所示，为了更好地模拟路面径流情况，在本实施例中，开孔气管15在大尺寸试件7的上表面上呈S形布置，且开孔气管15上均匀设置有直径为2.5～5mm的小孔，且小孔的吹气方向设置为一致最佳，同时采用气体流量阀13调节进气量，能更好地模拟不同强度的路面径流。如图2所示，透水板5上的透水小孔的直径优选为2.5～5mm，透水小孔在透水板5上呈阵列分布。大尺寸试件7上的安装孔优选为直径50mm的圆孔，柱形小试件8相应地为直径50mm、高200mm的圆柱形。
本实施例的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，利用降雨模拟装置和地表径流模拟装置来模拟不同强度降水和路面径流下，透水混凝土试件内部粉尘颗粒滞留情况，模拟情况更加接近透水路面的真实使用场景，能够更好地模拟透水混凝土路面的真实工况。
本实施例还公开了一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，结合图1所示，该模拟装置的滞留颗粒测定方法，包括以下步骤：
a、将大尺寸试件7放置于箱体6内的筛网9上，并将柱形小试件8编号后依次放置于大尺寸试件7的安装孔内，形成完整的试件，试件上表面平齐；
b、将收集于海绵城市建设区透水路面的粉尘颗粒称重后均匀铺在试件上表面；调节液体流量阀2，喷头3内的水经吸水海绵4分布后均匀从透水板5上的透水小孔流出，进行降雨模拟，然后开启电动气泵12，调节气体流量阀13，通过大尺寸试件7上表面上的开孔气管15进行路面径流模拟；透水混凝土试件上的粉尘颗粒收集于海绵城市建设区透水路面，并通过筛分得到其粒径分布情况，能更好地模拟透水混凝土路面的真实工况；
c、设置单次模拟时间t，每次模拟结束后关闭模拟装置，收集试件表面和流过试件的粉尘颗粒，烘干后称重；本实施例中单次模拟时间t设置为1小时较佳；流过试件的粉尘颗粒通过滤袋10快速收集；
d、重复步骤b～c，以n次单次模拟试验为一组，然后取出编号为1的柱形小试件8进行烘干处理；本实施例中一组模拟试验的次数n＝10较佳；
e、对烘干后的柱形小试件8进行切割，自上而下每隔一定距离生成一个切片，并识别截面上滞留的颗粒，进行粒径分布情况统计，得到不同高度截面上滞留颗粒的粒径分布曲线；具体地，将柱形小试件8放置于激光切割机中进行切片，自上而下每隔10mm生成一个切片，并采用数字图像技术识别切片截面上滞留的颗粒；采用激光切割，不产生粉尘，从而有效提高了试件内部滞留颗粒统计的精确度；采用数字图像技术识别切片截面上滞留的颗粒，便于颗粒的快速识别，方便得到不同高度截面上滞留颗粒的粒径分布曲线；
f、重复步骤b～e，得到2n、3n、4n……模拟次数的柱形小试件8内部颗粒滞留情况；
g、调节液体流量阀2和气体流量阀13，重复模拟试验步骤a～f，分析降雨强度和路面径流强度对颗粒滞留情况的影响。
本实施例的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，将大尺寸试件上的柱形小试件进行编号，一组试验后取出一块柱形小试件进行滞留颗粒分析，通过不同次数的降雨，对不同编号的试件进行滞留颗粒分析，得到降雨强度、路面径流强度和降雨次数等因素对透水混凝土孔隙堵塞的影响，模拟数据更加准确。
本发明的一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置及滞留颗粒测定方法，利用降雨模拟装置和地表径流模拟装置来模拟不同强度降水和路面径流下，透水混凝土试件内部粉尘颗粒滞留情况，模拟情况更加接近透水路面的真实使用场景，能够更好地模拟透水混凝土路面的真实工况；并且采用柱形小试件来采集透水混凝土中颗粒的滞留数据，可模拟不同降雨强度、路面径流强度和降雨次数等因素对透水混凝土孔隙堵塞的影响，提高透水混凝土堵塞模拟试验的精确度；具有结构简单、操作方便、试验数据准确等优点。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，包括固定支架(16)、安装于固定支架(16)上的降雨模拟装置和设于降雨模拟装置下方的堵塞模拟试件箱，其特征在于：还包括地表径流模拟装置，其中，
所述的降雨模拟装置包括进水管(1)、液体流量阀(2)、喷头(3)、吸水海绵(4)和透水板(5)，所述的进水管(1)与喷头(3)相连，所述的液体流量阀(2)设于进水管(1)上，用于调节进水量；所述的吸水海绵(4)设于透水板(5)的上部，且位于喷头(3)的下方，所述的透水板(5)上均匀设有若干透水小孔；
所述的堵塞模拟试件箱包括箱体(6)、大尺寸试件(7)、柱形小试件(8)、筛网(9)和水槽(11)，所述的筛网(9)设于箱体(6)的底部，所述的水槽(11)放置于箱体(6)底部的出水口下方，所述的大尺寸试件(7)安装于箱体(6)内且位于筛网(9)的上方，所述的大尺寸试件(7)上设有若干形状、尺寸与柱形小试件(8)相适配的安装孔，所述的柱形小试件(8)安装于大尺寸试件(7)的对应安装孔内；
所述的地表径流模拟装置包括电动气泵(12)、气体流量阀(13)、无孔气管(14)和开孔气管(15)，所述的电动气泵(12)通过气体流量阀(13)与无孔气管(14)相连通，所述的开孔气管(15)的一端与无孔气管(14)相连通，开孔气管(15)的另一端封闭，且开孔气管(15)铺设于大尺寸试件(7)的上表面上，用于模拟地表径流。
2.根据权利要求1所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其特征在于：所述的箱体(6)的底部为漏斗状，且在漏斗状底部中心位置的出水口下部还设有具有颗粒收集功能的滤袋(10)。
3.根据权利要求2所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其特征在于：所述的大尺寸试件(7)的尺寸为1000mm×1000mm×200mm。
4.根据权利要求3所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其特征在于：所述的箱体(6)的下部设有用于安装筛网(9)和大尺寸试件(7)的平台，且在箱体(6)的底部还设有支撑腿。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其特征在于：所述的开孔气管(15)在大尺寸试件(7)的上表面上呈S形布置，且开孔气管(15)上均匀设置有直径为2.5～5mm的小孔。
6.根据权利要求5所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置，其特征在于：所述的透水板(5)上的透水小孔的直径为2.5～5mm；所述的大尺寸试件(7)上的安装孔为直径50mm的圆孔。
7.一种权利要求1所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将大尺寸试件(7)放置于箱体(6)内的筛网(9)上，并将柱形小试件(8)编号后依次放置于大尺寸试件(7)的安装孔内，形成完整的试件；
b、将收集于海绵城市建设区透水路面的粉尘颗粒称重后均匀铺在试件上表面；调节液体流量阀(2)，进行降雨模拟，然后开启电动气泵(12)，调节气体流量阀(13)，进行路面径流模拟；
c、设置单次模拟时间t，每次模拟结束后关闭模拟装置，收集试件表面和流过试件的粉尘颗粒，烘干后称重；
d、重复步骤b～c，以n次单次模拟试验为一组，然后取出编号为1的柱形小试件(8)进行烘干处理；
e、对柱形小试件(8)进行切割，自上而下每隔一定距离生成一个切片，并识别截面上滞留的颗粒，进行粒径分布情况统计，得到不同高度截面上滞留颗粒的粒径分布曲线；
f、重复步骤b～e，得到2n、3n、4n……模拟次数的柱形小试件(8)内部颗粒滞留情况；
g、调节液体流量阀(2)和气体流量阀(13)，重复模拟试验步骤a～f，分析降雨强度和路面径流强度对颗粒滞留情况的影响。
8.根据权利要求7所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，其特征在于：步骤c中单次模拟时间t设置为1小时；步骤d中一组模拟试验的次数n＝10。
9.根据权利要求7所述的大尺寸透水混凝土堵塞模拟装置的滞留颗粒测定方法，其特征在于：步骤e中将柱形小试件(8)放置于激光切割机中进行切片，自上而下每隔10mm生成一个切片，并采用数字图像技术识别切片截面上滞留的颗粒。
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