CN114509379B - 一种透水净水特性测试一体化装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水净水特性测试一体化装置及测试方法，包括透水系数测试系统及净水特性测试系统，所述透水系数测试系统包括试件透水过程模拟组件、供水组件、水循环组件及计量组件，所述净水特性测试系统包括凹槽、污水容纳盒及蠕动泵，本发明同时在透水系数测试装置的基础上实现透水材料净化性能一体化测试，使得透水铺装材料的透水系数和净化性能可以在同一台装置上进行测试，降低了测试成本，提高了测试的简便性。

Description

一种透水净水特性测试一体化装置及测试方法

技术领域

本发明涉及材料测试领域，具体涉及一种透水净水特性测试一体化装置及测试方法。

背景技术

大空隙的透水铺装材料路面是一种环保型、生态型路面，具有快速排除地面积水、降低噪音、抗滑、降温、净化地面径流污水、缓解城市热岛效应等功能。但目前未有统一、标准的透水铺装材料透水净化特性分析装置对透水铺装材料的透水、净化等使用性能进行综合评估。

目前室内透水系数的测试推荐的测试方法是采用直径100mm、高度50mm的圆柱形试件测试路面透水材料的透水系数。在我国建材行业标准《透水混凝土》（JC/T 2558-2020）中，测试透水系数的试件采用边长为100mm的立方体试件。因此，急需一种能测试不同尺寸试件的透水系数的装置，以满足不同行业标准规范的要求。

现有市面上的透水系数测试仪总体上分为两种，一种是按照《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）中推荐的测试方法制作的简易测试装置，虽然符合规范要求，但操作麻烦，测试时人力成本大，用肉眼来判断渗流时水头稳定情况，存在较大的人为误差；另一种是能实现自动测试透水系数的测试装置，虽然操作方便，但这种测试装置采用的是自由出流，与《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）中规定采用的淹没出流不一致，测试方法与规范规定的溢流法有差异，产生测试误差，使得测试结果缺乏可比性。而且以上这些装置大都采用缠裹胶带的方式进行防侧漏，胶带侧边容易漏水，防漏水效果差，造成测试结果有误差。这些实验装置设计的缺陷导致透水铺装材料的透水性能测试存在偏差，因此一种能满足规范测试要求、准确、便捷、自动化测试程度高的透水系数测试装置显得极其重要。

目前透水铺装材料的净化性能测试没有统一的试验规程和试验装置，市场上未见室内模拟降雨径流过程的透水铺装材料净化性能的装置。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种透水净水特性测试一体化装置及测试方法。

本装置将透水铺装材料的透水性能、净水特性测试装置进行一体化设计，利用循环净化作用模拟降雨径流过程中透水铺装材料的净化持续效应，能实现透水铺装材料的透水净水特性高效、准确和便捷的一体化测试，达到综合性能评估的效果。

本发明采用如下技术方案：

一种透水净水特性测试一体化装置，包括，

透水系数测试系统，包括试件透水过程模拟组件、供水组件、水循环组件及计量组件；

所述试件透水过程模拟组件包括透水筒、试件套筒及出流水槽，所述透水筒固定在试件套筒上方，所述透水筒及试件套筒置于出流水槽内，所述透水筒的顶部设置淌水平台，所述淌水平台设置进水口、溢流口及污水入水口，所述溢流口与水循环组件连接，所述进水口与供水组件连接，所述出流水槽设置出水口，且与计量组件连接；

净水特性测试系统，包括凹槽、污水容纳盒及蠕动泵，所述凹槽设置在出流水槽内，用于收集净化后的污水且与污水容纳盒连通，所述污水容纳盒通过蠕动泵与污水入水口连通。

进一步，所述污水容纳盒设置第一腔室及第二腔室，第一腔室及第二腔室中间设置阀门用于连通或分隔，所述第一腔室设置蠕动泵用于将第一腔室内的污水送入污水入水口，所述第二腔室与凹槽连通。

进一步，所述透水筒与试件套筒的轴线均处于同一直线上，透水筒的外壁与试件套筒的外壁一致，透水筒的内壁比试件套筒内壁向内移5mm。

进一步，所述计量组件包括U形管及超声波流量计，所述U形管与出水口连接，超声波流量计设置在U形管内。

进一步，所述水循环组件包括溢流管及水箱，所述溢流管一端与溢流口连接，另一端与水箱连接。

进一步，所述试件套筒横截面为方形或圆形。

进一步，所述出流水槽设置出水口，所述出水口为矩形开口，矩形开口的下方设置集水平台，所述集水平台开有一出水口与U形管连接实现自由出流。

进一步，所述进水口与进水管连接，采用底部溢流进水方式。

一种透水净水特性测试一体化装置的测试方法，包括：

透水材料试件包裹在橡胶套中放入试件套筒内，试件套筒放入试件支架上，透水筒放在试件套筒上方，试件安装完成；

启动抽水泵，水通过进水管进入淌水平台；

当透水筒内未充满水时，水通过透水筒，透水材料试件进入出流水槽内，通过出水口流向U形管；

当透水筒充满水时，水面将上升，溢出的水经溢流口、溢流管流回水箱，从而循环利用；

当溢流管中有水回流且透水筒上部水头稳定，则启动超声波流量计，开始记录流量和累计时间，计算透水系数。

一种透水净水特性测试一体化装置的测试方法，包括：

透水材料试件包裹在橡胶套中放入试件套筒内，试件套筒放入试件支架上，透水筒放在试件套筒上方，试件安装完成；

在污水容纳盒第一腔室内倒入污水，启动蠕动泵，蠕动泵将污水送至淌水平台由污水入水口透过试件流入出流水槽中，凹槽收集流出污水，进入第二腔室；

打开设置在两个腔室中间的阀门，将净化后的污水全部流入第一腔室，关闭阀门，完成一次净化；

按照上述步骤，完成设定净化次数后，关闭蠕动泵，收集净化后的污水进行测试，得到该试件的净水特性。

本发明的有益效果：

（1）本发明利用常水头透水系数测试原理，对透水材料的透水性能进行准确、自动测量，还可以模拟降雨污水流经透水铺装材料的过程，并收集净化后的污水为后续测试净化性能提供检测样本。

（2）本发明中透水筒上部采用开放式溢流入水，防止淌水平台溢流口处出现壅水现象，保证了水头的稳定，形成溢流的常水头测试条件，并且出流水槽出水处采用大尺度的矩形出水口加集水平台，防止因出水口太小而产生阻力，提高了测量的精准度。

（3）本发明出流水槽的出水口安装有U形管，并且超流量计探头安装在U形管底部，U形管保证了管道底部可以充满水，为超声波流量计的使用提供了满管流条件。使用超声波流量计测流量，代替人工接水和人工计时测流量，提高测量精度，减少测量的人工成本。

（4）测试试件在安装之前需套一层橡胶套，橡胶套可以充满试件与试件套筒内壁间的空隙，防止水通过空隙流出，同时可以防止水从试件侧面流进空隙中，提高了对透水系数及净化性能测试的精准度。

（5）本发明采用蠕动泵抽取污水，使污水多次循环流过试件，在室内模拟自然条件下降雨污水流经试件净化的过程，简化了操作步骤，为透水铺装材料的综合性能评估提供了更多依据。

（6）渗透系数测试过程和净化性能测试过程，试件都不需要移动、不需要重新拆卸安装，简化了实验步骤，实现透水铺装材料的透水净水特性一体化测试。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明透水系数测试系统的结构示意图；

图3是试件套筒为方形截面的俯视图；

图4是试件套筒为圆形截面的俯视图；

图5是本发明透水筒的俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种透水净水特性测试一体化装置，包括：透水系数测试系统及净水特性测试系统。

如图2所示，所述透水系数测试系统包括淌水平台1，溢流管3，进水管4，透水筒5，橡胶套8，试件套筒9，出流水槽10，试件支架11，U形管13，超声波流量计14，水箱16，装置支架17、抽水泵控制阀18、抽水泵19及水箱排水口20。

其中，淌水平台1，溢流管3，进水管4，透水筒5，橡胶套8，试件套筒9，出流水槽10，试件支架11，U形管13，超声波流量计14，水箱16，抽水泵19、透水筒5及试件支架11构成试件透水过程模拟组件。

所述淌水平台1覆盖在透水筒的顶部，所述淌水平台的一侧设置进水口、溢流口2，其顶部设置污水入水口23。所述溢流口2向外倾斜一定角度，通过溢流管3可以引导水流流向出水口。从透水筒5中溢出的水先流入淌水平台上，再从溢流口2流出。

所述透水材料试件6由橡胶套8包裹形成试件整体设置在试件套筒9的中间位置，所述试件套筒9设置在试件支架11上。所述透水筒5设置在试件套筒9的上方，并通过法兰扣7连接在一起，透水筒5、试件套筒9及试件支架11均设置在出流水槽10中。透水筒5与试件套筒9轴线均处于同一直线上，透水筒5的外壁与试件套筒外壁一致，透水筒内壁比试件套筒内壁向内移约5mm，透水筒5与试件套筒9通过接口处的法兰扣连接，上下两个法兰盘分别固定于透水筒5和试件套筒9上，在连接透水筒的法兰盘上有一橡胶圈，扣紧法兰扣后，可以防止试验过程中水从法兰盘之间渗出。

另外，本实施例中，透水筒的内壁比试件套筒内壁向内移5mm，目的是卡住橡胶套，防止橡胶套上下移动，内移量比橡胶套的厚度稍大就可以。

具体地，所述的试件套筒9底部有向内移约10mm的卡槽，防止试件从试件套筒底部滑出。试件套筒与试件之间有一圈厚度为2~3mm的橡胶圈，橡胶圈将试件以及试件套筒内壁间的空隙填满，防止实验过程中水从试件和试件套筒内壁之间通过，并能防止水从试件侧面流出。

本发明所述的透水筒5及试件套筒9上下均敞口，试件套筒下部放置在试件支架11上，透水筒、试件套筒及试件支架均置于出流水槽内中心位置，使得试验用水可顺畅流经透水筒5、试件套筒9、试件支架11，最后流到出流水槽10内。

如图3及图4所示，本实施例中试件套筒的横截面可以为方形或圆形，随试件实际需求切换。

计量组件包括U形管13及超声波流量计14，所述出流水槽设置出水口12，所述出水口为矩形开口，开口外侧设置一集水平台，所述集水平台上开一出水孔，出水孔连接U形管13，在U形管13底部连接超声波流量计14，用于记录出流量及出流时间并通过内部设置的程序自动计算出透水系数。

另外，超声波流量计14还可与电脑连接，利用超声波流量计的数据通过电脑进一步生成流量-时间曲线图，并计算出渗透系数。

并且，超声波流量计设置在U形管的底部，为超声波流量计的使用提供满管流条件，使用超声波流量计测流量，代替人工接水和人工计时测流量，提高测量精度，减少测量的人工成本。

在本发明的一个实施例中，出流水槽的出水口为矩形开口，开口外侧设置一集水平台，在平台底部开一出水孔与水管连接。在现有技术中出流水槽的出水口大部分是一个圆形开口，然后直接与出水管连接出水实现淹没出流，经常会因为水流速度过大而管径太小而导致水位没管口，但是计算水头差的时候使用上水头到出流水槽管口的位置的高差，不可避免的造成透水系数测试结果不准确，误差大的问题。本发明实施例中矩形开孔是一个开放型的出水口，自由出流，与大口径U形管连接，使得水头差比较稳定，透水系数测量准确。

具体地，本实施例中矩形开口的尺寸为40mm×50mm，集水平台略大于矩形开口的长度。

进一步说明，所述集水平台为四周围蔽的矩形板，

本发明中，所述供水组件包括抽水泵19及进水管4，所述抽水泵19置于水箱16中，进水管4一端连接抽水泵，另一端固定于透水筒中。水循环组件包括溢流管3及水箱16，所述溢流管3一端与溢流口连接，另一端与水箱16连接。

通过抽水泵19抽取水箱中的水流入透水筒中用于实验，水箱中的水通过进水管4先流到透水筒的淌水平台1中，待水位高于透水筒的管壁后将流入透水筒，当水位继续上升至淌水平台溢流口高度，溢出的水将从出水口流回水箱。抽水泵可通过抽水泵控制阀18控制其功率大小，保证透水筒上部水头稳定。水箱顶部有一开口15，可以从外界向内供水，水箱底部设置一出水口，出水口加阀门，实验时关闭阀门，待实验结束，可打开阀门，将水箱内多余的水通过水箱排水口20排出。

如图5所示，所述净水特性测试系统，包括凹槽21、污水容纳盒入水口22、污水入水口23、污水容纳盒24、蠕动泵25及污水容纳盒出水口26及污水容纳盒中间阀门27。本实例中凹槽为漏斗形凹槽。

进一步，所述污水容纳盒24分为两个腔室，中间设有阀门27用于连通和分隔两边腔室，设左边腔室为第一腔室，右边腔室为第二腔室，所述第一腔室内放置蠕动泵25，所述蠕动泵25连接污水入水口23的管道。

所述的污水容纳盒第二腔室内有一斜向下的台阶，使污水可以向左边流动。污水容纳盒第一腔室底部放入连接蠕动泵的软管，蠕动泵安装在污水容纳盒的上方，软管另一端固定在试件上方，蠕动泵可以将污水容纳盒中的污水抽取到试件上方进行单次净化或多次循环净化实验。

本发明所述的污水容纳盒第二腔室上部连接入水管，入水管的另一端连接出流水槽底部的漏斗形凹槽，透过试件的污水可以通过入水管流回污水容纳盒第二腔室，入水管上设置一阀门。

本发明采用蠕动泵抽取污水，使污水多次循环流过试件，在室内模拟自然条件下降雨污水流经试件净化的过程，简化了操作步骤，为透水铺装材料的综合性能评估提供了更多依据。

实施例2

一种净水系数的测试方法，包括：

测量透水系数时，所述透水材料试件6包裹在橡胶套8中一起放入试件套筒9中间，再整体放入试件支架11上，将透水筒5放在试件套筒9上，对准法兰盘上的小孔，使用螺丝固定法兰盘，试件安装完成。

启动抽水泵控制阀18，水通过进水管4，从透水系数测试装置入水口中进入淌水平台1，当透水筒5内未充满水时，水通过透水筒5、透水材料试件6进入出流水槽10中，最后通过出流水槽出水口12，从U形管13中流出；当透水筒5内充满水时，水面将上升，溢出的水会从淌水平台溢流口2中流出，再从溢流管3中流回水箱16，从而可以循环利用，当溢流管3中有水回流且透水筒5上部水头稳定，便可以启动超声波流量计，开始记录累计出流量和累计时间。等待1分钟左右，便可以结束记录，从超声波流量计14中可以读出累计出流量值、累计时间并通过内置程序计算出透水系数。

具体地，水头稳定是指上部水面不再上下波动，水面稳定在与溢流口同一水平面内。

超声波流量计内部设置渗透系数计算公式：

式中：

k——透水材料试件的渗透系数，mm/s；

Q——t时间内出流水槽出水口的出流量累计值，ml；

L——透水材料试件高度，mm；

A——透水材料试件横截面积，mm²

H——水头差，即淌水平台溢流口到出流水槽出水口的高差，mm；

t——累计时间，s。

本方法在《透水水泥混凝土路面技术规程》 （CJJ/T 135-2009）推荐的常水头透水系数测试法的基础上，对市场上的简易测试装置进行了改进创新，通过使用开放性的溢流口、下部出水口以及使用超声波流量计自动测试，减小了水头不稳定、出水不流畅、人为操作等因素导致的测试结果误差，解决了测试成本高、人为操作繁琐等问题，提高了测试结果的精确度和可比性。

实施例3

一种基于实施例1的净水特性测试方法，包括：

测试渗透系数安装试件步骤，具体为：

所述透水材料试件6包裹在橡胶套8中一起放入试件套筒9中间，再整体放入试件支架11上，将透水筒5放在试件套筒9上，对准法兰盘上的小孔，使用螺丝固定法兰盘，试件安装完成。若在测试净化性能前已经测试透水系数且试件未拆卸，则无需重新安装。

关闭污水容纳盒出水口26和污水容纳盒中间的阀门27，打开污水容纳盒入水口23上的开关，在污水容纳盒24左腔室内倒入污水，然后启动蠕动泵25，蠕动泵25将污水容纳盒24左腔室内的污水泵送到试件上方，污水将透过试件流入出流水槽10中，最后通过漏斗形凹槽21以及污水容纳盒入水口22流入污水容纳盒24第二腔室。待所有污水流入污水容纳盒24第二腔室时，打开污水容纳盒中间的阀门27，待污水容纳盒24第二腔室的污水全部流入污水容纳盒24第一腔室时，关闭污水容纳盒中间的阀门27，则完成了一轮净化。待完成所有净化次数后，关闭蠕动泵25，打开污水容纳盒出水口28，便可收集净化后的污水为后续测试净化性能提供检测样本。

本发明同时在透水系数测试装置的基础上实现透水材料净化性能一体化测试，使得透水铺装材料的透水系数和净化性能可以在同一台装置上进行测试，降低了测试成本，提高了测试的简便性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种透水净水特性测试一体化装置，其特征在于，包括，

透水系数测试系统，包括试件透水过程模拟组件、供水组件、水循环组件及计量组件；

所述试件透水过程模拟组件包括透水筒、试件套筒及出流水槽，所述透水筒的顶部设置淌水平台，所述透水筒固定在试件套筒上方，所述试件套筒内放置透水材料试件，所述透水筒及试件套筒置于出流水槽内，所述淌水平台底部设置进水口，其一侧设置溢流口，顶部设置污水入水口，所述溢流口与水循环组件连接，所述进水口与供水组件连接，所述出流水槽设置出水口，且与计量组件连接；

所述计量组件包括U形管及超声波计量计，所述出流水槽设置出水口，所述出水口为矩形开口，矩形开口的下方设置集水平台，所述集水平台开有一出水口与U形管连接，所述U形管底部连接超声波流量计，为超声波流量计的使用提供满管流条件，并且当溢流管中有水回流且透水筒上部水头稳定，启动超声波流量计；

所述供水组件包括抽水泵及进水管；

本装置采用开放式进水，出水实现自由出流；

透水测试时：抽水泵抽取水箱中的水流入淌水平台，待水位高于透水筒的管壁后将流入透水筒，经过透水筒流入试件套筒，渗入测试试件；当水位继续上升至淌水平台溢流口高度，溢出的水经溢流口、溢流管流回水箱；

净水特性测试系统，包括凹槽、污水容纳盒及蠕动泵，所述凹槽设置在出流水槽内，用于收集净化后的污水且与污水容纳盒连通，所述污水容纳盒通过蠕动泵与污水入水口连通；

所述污水容纳盒设置第一腔室及第二腔室，第一腔室及第二腔室中间设置阀门用于连通或分隔，所述第一腔室设置蠕动泵用于将第一腔室内的污水送入污水入水口，所述第二腔室与凹槽连通；

净水测试时：蠕动泵抽取第一腔室的污水送到试件上方，污水将透过试件流入出流水槽，通过凹槽最后流入第二腔室，由于第二腔室与第一腔室设置阀门用于连通或分隔，本装置能够完成单次净化或多次循环净化实验。

2.根据权利要求1所述的透水净水特性测试一体化装置，其特征在于，所述透水筒与试件套筒的轴线均处于同一直线上，透水筒的外壁与试件套筒的外壁一致，透水筒的内壁比试件套筒内壁向内移5mm。

3.根据权利要求1所述的透水净水特性测试一体化装置，其特征在于，所述水循环组件包括溢流管及水箱，所述溢流管一端与溢流口连接，另一端与水箱连接。

4.根据权利要求3所述的透水净水特性测试一体化装置，其特征在于，所述试件套筒横截面为方形或圆形。

5.根据权利要求4所述的透水净水特性测试一体化装置，其特征在于，所述进水口与进水管连接，采用底部溢流进水方式。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的透水净水特性测试一体化装置的测试方法，其特征在于，包括：

透水材料试件包裹在橡胶套中放入试件套筒内，试件套筒放入试件支架上，透水筒放在试件套筒上方，试件安装完成；

启动抽水泵，水通过进水管进入淌水平台；

当透水筒内未充满水时，水通过透水筒，透水材料试件进入出流水槽内，通过出水口流向U形管；

当透水筒充满水时，水面将上升，溢出的水经溢流口、溢流管流回水箱，从而循环利用；

当溢流管中有水回流且透水筒上部水头稳定，则启动超声波流量计，开始记录流量和累计时间，计算透水系数。

7.一种基于权利要求1-5任一项所述的透水净水特性测试一体化装置的测试方法，其特征在于，包括：

透水材料试件包裹在橡胶套中放入试件套筒内，试件套筒放入试件支架上，透水筒放在试件套筒上方，试件安装完成；

在污水容纳盒第一腔室内倒入污水，启动蠕动泵，蠕动泵将污水送至淌水平台由污水入水口透过试件流入出流水槽中，凹槽收集流出污水，进入第二腔室；

打开设置在两个腔室中间的阀门，将净化后的污水全部流入第一腔室，关闭阀门，完成一次净化；

按照上述步骤，完成设定净化次数后，关闭蠕动泵，收集净化后的污水进行测试，得到该试件的净水特性。

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