CN110044793A - 一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置及方法。该试验装置包括水箱以及透水砖托架，所述水箱内设有用于混合水和硅砂的搅拌器，所述透水砖托架上设有透水砖容纳槽，透水砖容纳槽中部设有用于支撑透水砖的支架、下部设有渗水导水槽，所述透水砖托架与水箱之间设有淋水管，淋水管用于使水流向透水砖容纳槽，所述淋水管上设有第一流量计，所述透水砖托架的下侧设有与透水砖容纳槽连通的出水管，所述出水管上设有第二流量计。本发明通过人工模拟降雨堵塞过程，研究透水砖堵塞对其渗透性能的影响，为市政工程能及时更换因堵塞而失去效果的透水砖提供可行性研究数据，并为透水砖生产提供可靠的实验数据，帮助改进透水砖渗透性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置及方法。
背景技术
随着经济的快速发展和城市化进程的加快，城市地表被越来越多的水泥路面、沥青路面等不透水材料覆盖。不透水性路面，一方面使得城市雨水下渗量大大减少，导致地下水得不到补充，地下水位持续下降，甚至引起地面沉降，海水入侵等问题；另一方面，路面雨水通过城市排水系统进入河流，增加城市排水系统的压力，排不走的雨水则在路面产生大量积水，城市洪涝频频发生。大量研究表明，与不透水路面相比，透水砖路面具有缓解地表径流、补给地下、净化路面雨水、改善城市热环境、吸收城市噪音、改善城市地表土壤生态环境等作用。
透水砖作为一种新型的道路铺装材料，由于其高透水性和高孔隙率的结构特点，一方面消除了路面积水，及时补充地下水资源，减小了地基下沉，缓解了城市抗洪排水与管道疏浚的压力；另一方面通过砖内孔洞中水分的蒸发，减少了城市地面热能吸收和“热岛效应”，且有效降低了城市的噪音污染，在很大程度上克服了传统混凝土或沥青路面等阻水型地面铺装材料的劣势。透水系数作为表征透水砖透水性能的一个指标，所以在工程中测试透水砖的透水系数具有很重要的意义。
现有测试透水砖的渗透系数装置基本是按照《透水砖建筑行业标准JC/T945-2005》中的试验步骤来组装透水试验装置。使用过程中，人们发现透水砖路面出现不同情况的堵塞，这是由于细小颗粒物被人与自然风带到砖表面，再加上下雨天雨水地表径流的冲刷，导致细小颗粒物随着水流进入砖内部连通孔隙，引起堵塞。现有透水砖渗透系数测试装置不能用于测试降雨模拟环境下透水砖的渗透系数，无法为市政工程及时更换堵塞的透水砖提供可行性研究数据。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置及方法，以解决现有透水砖渗透系数测试装置因不能用于测试降雨模拟环境下透水砖的渗透系数，无法为市政工程及时更换堵塞的透水砖提供可行性研究数据的技术问题。
本发明的一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的技术方案是：
一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置包括水箱以及透水砖托架，所述水箱内设有用于混合水和硅砂的搅拌器，所述透水砖托架上设有透水砖容纳槽，所述透水砖容纳槽中部设有用于支撑透水砖的支架、下部设有渗水导水槽，所述透水砖托架与水箱之间设有淋水管，所述淋水管用于使水流向透水砖容纳槽，所述淋水管上设有第一流量计，所述透水砖托架的下侧设有与透水砖容纳槽连通的出水管，所述出水管上设有第二流量计。
其有益效果在于：本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置使用时，将待测透水砖放置在透水砖容纳槽中的支架上，并将透水砖与透水砖容纳槽之间进行密封。水和硅砂在水箱中混合，模拟降雨时透水砖上的雨水。第一流量计和第二流量计采集流经的水流的流量，根据流量数据可得出透水砖堵塞对其渗透性能的影响。本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置通过人工模拟降雨堵塞过程，研究透水砖堵塞对其渗透性能的影响，为市政工程能及时更换因堵塞而失去效果的透水砖提供可行性研究数据，并为透水砖生产提供可靠的实验数据，帮助改进透水砖渗透性能。
进一步的，所述淋水管上设有两个截止阀，所述第一流量计位于两个截止阀之间。喷淋管上设置两个截止阀，第一流量计位于两个截止阀之间，能够使流水管处于满管状态。
进一步的，所述淋水管上还设有增压泵，所述增压泵位于水箱和靠近水箱的截止阀之间。增压泵能够使出水量保持稳定，便于研究降雨强度对透水砖的堵塞影响。
进一步的，所述水箱的上端设有进水管，所述进水管上设有第三流量计。水箱上设置进水管，进水管上设置第三流量计，便于向水箱内进水。
进一步的，所述进水管上于第三流量计的下侧设有截止阀。
进一步的，所述水箱的下端设有放水管，所述放水管上设有截止阀。水箱的下端设置放水管，便于将水箱内的水流出。
进一步的，所述淋水管靠近透水砖容纳槽的一端设有喷头。淋水管靠近透水砖容纳槽的一端设有喷头，喷头能够使水砂混合物均匀喷洒在透水砖表面。
进一步的，所述喷头上设有水平仪。喷头上设置水平仪，便于将喷头调整至水平状态。
本发明的一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验方法，包括以下步骤：
(1)将预处理后的待测透水砖放在透水砖容纳槽的支架上，将透水砖与透水砖容纳槽之间密封，确认待测透水砖所处地区的年降雨量与雨水径流中颗粒物浓度；
(2)向水箱内加水和硅砂，保证硅砂浓度等于颗粒物浓度，开启搅拌机混合水和硅砂，开启增压泵、第一流量计、第二流量计和淋水管上的截止阀，通过控制淋水管上的截止阀的开度，模拟不同降雨环境，水流经流水管淋至待测透水砖上，第一流量计采集流量数据并传输给处理器；
(3)渗透水经渗水导水槽流出至出水管，第二流量计采集流量数据并传输给处理器；
(4)处理器根据采集数据得出时间-流量曲线图。
其有益效果在于：本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验方法，将待测透水砖放置在透水砖容纳槽中的支架上，并将透水砖与透水砖容纳槽之间进行密封。水和硅砂在水箱中混合，模拟降雨时透水砖上的雨水。第一流量计和第二流量计采集流经的水流的流量，根据流量数据可得出透水砖堵塞对其渗透性能的影响。本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验方法通过人工模拟降雨堵塞过程，研究透水砖堵塞对其渗透性能的影响，为市政工程能及时更换因堵塞而失去效果的透水砖提供可行性研究数据，并为透水砖生产提供可靠的实验数据，帮助改进透水砖渗透性能。
进一步的，步骤(2)中，在保持淋水管上的靠近水箱的截止阀完全开启的情况下，通过控制淋水管上远离水箱的截止阀的开度模拟不同降雨强度。
附图说明
图1是本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的原理图；
图2是本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的操作流程图；
图中：1-水箱；2-搅拌器；3-增压泵；4-截止阀；5-微型超声波流量探测仪；6-耐候胶；7-出水管；8-淋水管；9-透水砖托架；10-喷头； 11-水平仪；12-待测透水砖；13-处理器；14-进水管；15-放水管；16- 第一流量计；17-第二流量计；18-第三流量计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的具体实施例一，如图1所示，包括水箱1以及透水砖托架9，水箱1包括支腿以及位于支腿上侧的箱体，箱体的上端具有一端向下插入箱体内的搅拌器2。搅拌器2包括固定连接在箱体上的电机以及与电机转动端连接的搅拌叶，搅拌叶向下插入至箱体内，用于混合箱体中的水和硅砂。箱体的下端呈锥形，以便于箱体内的水砂混合物流出。箱体的外壁上端连接有进水管14，进水管14上设置有截止阀4和第三流量计18，以便于控制向箱体内的进水量。箱体的外壁下端设置有放水管15，放水管15上安装有截止阀4，以便于将水箱1内的水放出。
透水砖托架9包括架体，架体上具有透水砖容纳槽，透水砖容纳槽沿上下方向延伸且开口朝上。透水砖容纳槽的中部设置有支架，用于支撑待测透水砖12，本实施例中使用的待测透水砖12的规格为 300mm*300mm*55mm。透水砖容纳槽的下部具有渗水导水槽，用于对透过待测透水砖12的水进行导流。水箱1与透水砖容纳槽之间设置有淋水管8，用于使水箱1内的水淋在待测透水砖12上。具体的，淋水管8的一端与水箱1的锥形底连接，淋水管8的另一端延伸至透水砖容纳槽的正上方。淋水管8靠近透水砖容纳槽的一端连接有喷头 10，用于使水砂混合物均匀淋在待测透水砖12上。本实施例中，喷头10具有144个小孔，每个小孔的直径为3mm，以满足硅砂顺利通过喷头10而不造成堵塞。当然，其他实施例中，喷头上的小孔的数量和直径也可以采用其他参数设计。喷头10的上方设置有水平仪11，用于将喷头10调整至水平状态。喷头10的直径略大于透水砖容纳槽的直径，而使得喷头10的边缘位于透水砖容纳槽的槽沿上。
淋水管8上安装有第一流量计16，并且淋水管8于第一流量计 16的两侧分别安装有截止阀4，第一流量计16用于测试淋水管8中水砂混合物的流量，两个截止阀4能够使淋水管8以满管状态向透水砖容纳槽内淋水。为了能够使淋水管8出水量保持稳定，以便于研究降雨强度对待测透水砖12的堵塞影响，靠近水箱1的截止阀4与水箱1之间还安装有增压泵3。
透水砖托架9的下侧连接有与透水砖容纳槽连通的出水管7，出水管7上连接有第二流量计17。需要说明的是，本实施例中的流量计为电磁流量计，电磁流量计包括微型超声波流量探测仪5，用于测定水砂混合物的流速。第一流量计16、第二流量计17和第三流量计18的微型超声波流量探测仪5安装在对应的管子上。
本实施例中的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置还包括处理器13，处理器13分别与第一流量计16、第二流量计17和第三流量计18信号连接，用于接收来自第一流量计16、第二流量计17 和第三流量计18的测试信号。
本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置使用时，将待测透水砖12经饱水法及凡士林涂抹处理后，并将其放入透水砖容纳槽内，用耐候胶6密封透水砖容纳槽与透水砖之间的缝隙。开启搅拌器2，搅拌器2混合水箱1中的水和硅砂形成合成雨水，模拟雨水。开启增压泵3，并打开淋水管8上的截止阀4，合成雨水经淋水管8 淋至待测透水砖12上，模拟降雨环境。合成雨水在待测透水砖上形成径流和渗透，渗透水通过渗水导水槽和出水管流出；第二流量计 17采集出水管中的水流量，并传输给处理器，处理器通过采集的实时流量数据转换成时间与流量有关的累计量，并描绘曲线图，进而得出透水砖堵塞对其渗透性能的影响。
本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的具体实施例二，与用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的具体实施例一的区别之处在于，本实施例中的水箱上未设置进水管和放水管，其他与实施例一相同，不再赘述。
本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的具体实施例三，与用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置的具体实施例一的区别之处在于，本实施例中的喷头上未设置水平仪，其他与实施例一相同，不再赘述。
本发明的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验方法，包括以下步骤：
(1)将待测透水砖经饱水法及凡士林涂抹处理后放入透水砖容纳槽内，用耐候胶密封透水砖容纳槽与透水砖之间的缝隙，确认待测透水砖所处地区的年降雨量与雨水径流中颗粒物浓度；
(2)开启进水管上的截止阀向水箱内放水237L，并倒入经过实验得出的颗粒物的粒径分布及颗粒物含量，模拟待测地区的雨水，开启搅拌器均匀搅拌砂水混合物，形成合成雨水；开启增压泵和淋水管上的截止阀，以及第一流量计和第二流量计，启动处理器内的流量计数据收集软件；
测试不同级配硅砂对透水砖动态堵塞行为影响：在保持淋水管上靠近水箱的截止阀完全开启的情况下，合成雨水通过淋水管到达喷头，合成雨水经喷头均匀洒在待测透水砖表面上。控制淋水管上远离水箱的截止阀，使待测透水砖上的液面高度快速上升至3.5～4cm，用游标卡尺测量观察，实时保持液面高度稳定；合成雨水在待测透水砖上形成径流和渗透，渗透水通过渗水导水槽和出水管流出水；第二流量计采集出水管中的水流量，并传输给处理器，处理器通过采集的实时流量数据转换成时间与流量有关的累计量，并描绘曲线图。实验结束后，换用其他级配硅砂的合成雨水重复上述实验，进而得出不同级配硅砂对透水砖动态堵塞行为影响。
测试不同降雨强度对透水砖动态堵塞行为影响：在保持淋水管上靠近水箱的截止阀完全开启的情况下，合成雨水通过淋水管到达喷头，合成雨水经喷头均匀洒在待测透水砖表面上。控制淋水管上远离水箱的截止阀，使合成雨水以固定流量淋至待测透水砖上，模拟不同降雨强度。合成雨水在待测透水砖上形成径流和渗透，渗透水通过渗水导水槽和出水管流出水；第二流量计采集出水管中的水流量，并传输给处理器，处理器通过采集的实时流量数据转换成时间与流量有关的累计量，并描绘曲线图。实验结束后，调整淋水管上远离水箱的截止阀，重复上述实验使合成雨水以其他流量淋至待测透水砖上，进而得出不同降雨强度对透水砖动态堵塞行为影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：包括水箱(1)以及透水砖托架(9)，所述水箱(1)内设有用于混合水和硅砂的搅拌器(2)，所述透水砖托架(9)上设有透水砖容纳槽，所述透水砖容纳槽中部设有用于支撑待测透水砖的支架、下部设有渗水导水槽，所述透水砖托架(9)与水箱(1)之间设有淋水管(8)，所述淋水管(8)用于使水流向透水砖容纳槽，所述淋水管(8)上设有第一流量计(16)，所述透水砖托架(9)的下侧设有与透水砖容纳槽连通的出水管(7)，所述出水管(7)上设有第二流量计(17)。
2.根据权利要求1所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述淋水管(8)上设有两个截止阀，所述第一流量计(16)位于两个截止阀之间。
3.根据权利要求2所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述淋水管(8)上还设有增压泵(3)，所述增压泵(3)位于水箱(1)和靠近水箱(1)的截止阀之间。
4.根据权利要求1～3任一项所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述水箱(1)的上端设有进水管(14)，所述进水管(14)上设有第三流量计(18)。
5.根据权利要求4所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述进水管(14)上于第三流量计(18)的下侧设有截止阀。
6.根据权利要求1～3任一项所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述水箱(1)的下端设有放水管(15)，所述放水管(15)上设有截止阀。
7.根据权利要求1～3任一项所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述淋水管(8)靠近透水砖容纳槽的一端设有喷头(10)。
8.根据权利要求7所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验装置，其特征在于：所述喷头(10)上设有水平仪。
9.一种用于透水砖的模拟降雨环境透水试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将预处理后的待测透水砖放在透水砖容纳槽的支架上，将透水砖与透水砖容纳槽之间密封，确认待测透水砖所处地区的年降雨量与雨水径流中颗粒物浓度；
(2)向水箱(1)内加水和硅砂，保证硅砂浓度等于颗粒物浓度，开启搅拌机混合水和硅砂，开启增压泵(3)、第一流量计(16)、第二流量计(17)和淋水管(8)上的截止阀，通过控制淋水管(8)上的截止阀的开度，模拟不同降雨环境，水流经流水管淋至待测透水砖上，第一流量计(16)采集流量数据并传输给处理器；
(3)渗透水经渗水导水槽流出至出水管(7)，第二流量计(17)采集流量数据并传输给处理器；
(4)处理器根据采集数据得出时间-流量曲线图。
10.根据权利要求9所述的用于透水砖的模拟降雨环境透水试验方法，其特征在于：步骤(2)中，在保持淋水管(8)上的靠近水箱(1)的截止阀完全开启的情况下，通过控制淋水管(8)上远离水箱(1)的截止阀的开度模拟不同降雨强度。
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