CN115598038B - 改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，涉及透水路面耐久性检测技术领域。主要由注水腔、储水腔、水循环系统和测量系统四部分构成。所述储水腔由隔板分割成两个半圆筒腔，分别连通所述注水腔、测压管、出水管和排水管，形成两套透水系统；所述两套透水系统分别安装改性透水路面试样和普通透水路面试样，通过预堵塞、水循环和控制出水速度，实现所述测压管读数直观地反映待测试样有效透水孔隙堵塞恢复情况随时间的变化规律，进而评价所述改性透水路面的堵塞恢复能力。本发明解决了改性透水路面堵塞恢复能力检测困难的问题，可实现持续、高精度地检测改性透水路面的堵塞恢复能力。
Description
技术领域
本发明涉及海绵城市建设技术领域，特别涉及透水路面耐久性检测技术领域，具体是一种改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置。
背景技术
透水路面是海绵城市建设的重要组成部分。透水路面通常采用大孔隙率的骨架空隙型结构，我国现行规范《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）规定透水混凝土的连通孔隙率≥10%，透水系数≥0.5mm/s，通常在实际透水路面工程，其内部连通孔隙率超过15%。但是在实际服役过程中，由于道路所处环境复杂，空气中的粉尘、轮胎与路面的颗粒磨耗物、绿化带植物残渣等有机或无机颗粒在降雨作用下，流经透水路面内部透水孔隙，部分颗粒沉积堆积在内部透水孔隙表面，导致有效透水孔隙堵塞，造成透水路面丧失透水功能。
研究表明，在缺乏有效维护条件下，透水路面在使用5~6年后大部分丧失透水功能，仅有不到15%的透水路面尚能发挥透水作用。因孔隙堵塞造成丧失透水功能是制约海绵城市透水路面发展和使用的重要因素之一。因此，透水路面透水功能服役耐久性提升研究受到广泛关注。其中，胶凝材料改性是提升透水路面透水功能服役耐久性的一种有效途径，胶凝材料改性是指通过改变胶凝材料的理化特性，降低堵塞物在有效透水孔隙胶凝材料表面的黏着力，降低堵塞物的堆积、提高堵塞物在流水下的通过能力，以实现透水路面不易堵塞和堵塞易恢复效果的方法。常见的改性材料有树脂类材料、有机硅类材料、含氟有机物类材料等。
透水路面的透水能力和堵塞情况通常由达西渗透定律测定的渗透系数进行评价，但是已有的渗透系数检测设备仅能反映单一时刻、单一状态的渗透系数，对于透水路面堵塞恢复能力研究中，渗透系数随时间和水流冲刷变化的持续检测使用不便，并且检测结果精度较低，因此，研究一种用于改性透水路面堵塞恢复能力测试的装置十分必要，有助于推动透水路面防堵塞关键技术的进一步研究。
基于此，本发明提供了一种改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，解决了改性透水路面堵塞恢复能力检测困难的问题，可实现持续、高精度地检测改性透水路面的堵塞恢复能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，解决目前已有透水系数检测设备不适用于检测改性透水路面堵塞恢复能力的问题，可实现改性透水路面堵塞恢复能力的持续、高精度检测。
为了实现上述目的，本发明提供了一种改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，主要包括所述注水腔、所述储水腔、所述水循环系统和所述测量系统四部分，具体包括以下结构。
所述注水腔包括所述注水腔壁、所述试样夹持装置和所述溢流口，所述注水腔内部安装两个所述试样夹持装置，所述注水腔壁顶部开设所述溢流口。
进一步的，所述注水腔壁由透明有机玻璃材质制成，所述注水腔壁为圆筒形状，所述注水腔壁尺寸是内径为100cm、高为40cm、厚度为1cm；所述注水腔壁可承受内部水压不开裂、不渗漏水。
进一步的，所述试样夹持装置由所述完整部件和所述夹持部件两部分组成；所述夹持部件由两个相同的半圆筒壁组成，所述夹持部件下部具有内螺纹结构。
进一步的，所述夹持部件尺寸是内径为16cm、高为20cm，内螺纹深度为5cm，所述夹持部件中间安装直径为15cm、高为15cm的透水路面待测试样，所述夹持部件与待测试样之间预留空间用于填充密封材料，令待测试样侧壁不渗漏水。
进一步的，所述完整部件尺寸是外径为16cm、内径为15cm、高度为10cm，所述完整部件安装在所述夹持部件上部，边缘缝隙用密封材料封堵。
进一步的，所述完整部件确保待测试样的过水断面直径为15cm；所述完整部件内部用于添加颗粒堵塞物，避免颗粒堵塞物分散到待测试样以外。
进一步的，所述试样夹持装置拆卸和安装简单，同时便于对待测试样侧壁进行密封，所述试样夹持装置损坏不影响本装置主体结构的使用功能，易于维修和更换，解决了传统设备将待测试样直接与设备壁面接触密封，造成试样安装、密封、取出困难，且易因设备壁面损坏造成设备报废等问题。
进一步的，所述溢流口距离所述注水腔壁上边缘5cm，所述溢流口高出所述完整部件上边缘5cm，所述溢流口用于试验注水时保证所述注水腔内水面保持同一高度，符合常水头渗透试验条件。
所述储水腔由所述储水腔壁、所述顶板、所述底板和所述隔板组成，所述顶板设有两个所述试样夹持装置的所述安装座，所述注水腔与所述储水腔通过所述安装座内部通道连通，所述隔板位于两个所述安装座之间，所述隔板将所述储水腔分割成两个大小相同的半圆筒腔，所述储水腔壁与所述底板之间设有所述橡胶垫板，所述储水腔壁、所述底板和所述橡胶垫板通过所述螺栓安装固定。
进一步的，所述储水腔壁、所述顶板和所述隔板均为透明有机玻璃材质，所述储水腔壁尺寸是内径为100cm、高为20cm、厚度为1cm。
进一步的，所述储水腔壁、所述顶板、所述隔板和所述注水腔壁为一体式结构，解决了连接过渡区的渗漏水问题。
进一步的，所述安装座具有与所述夹持部件匹配的外螺纹结构，所述安装座内径为15cm，所述试样夹持装置与所述安装座形成螺纹连接。
进一步的，所述隔板将所述储水腔分割成的两个大小相同的半圆筒腔顶部分别对应一个所述安装座，形成两套透水系统。
进一步的，所述两套透水系统的所述试样夹持装置，分别安装普通透水路面待测试样和改性透水路面待测试样；所述普通透水路面待测试样和所述改性透水路面待测试样的区别仅在于是否经过胶凝材料改性。
进一步的，所述橡胶垫板用于防止所述底板和所述储水腔壁之间渗漏水。
进一步的，所述螺栓可拆卸，拆卸所述螺栓，取下所述底板，可清理沉积附着在所述储水腔内部的颗粒堵塞物，避免所述水循环系统被颗粒堵塞物堵塞。
所述水循环系统包括所述水循环箱、所述模拟降雨装置、所述溢流管、所述出水管、所述接水器、所述排水管和所述支架；所述模拟降雨装置安装在所述注水腔正上方，所述溢流管连通所述溢流口和所述水循环箱，所述出水管和所述排水管均为两个，所述隔板分割所述储水腔形成的两个半圆筒腔分别连通一个所述出水管和一个所述排水管，所述接水器收集所述出水管流出水量并引入所述水循环箱，所述模拟降雨装置、所述溢流管和所述出水管固定在所述支架上。
进一步的，所述水循环箱用于收集试验过程中所述溢流管和所述出水管的流出水量，并经过过滤循环处理重新用于所述模拟降雨装置降雨。
进一步的，所述模拟降雨装置的降雨范围是直径70cm，所述模拟降雨装置降雨范围内包含两个所述试样加持装置、且不超出所述注水腔内径。
进一步的，所述模拟降雨装置降雨速度可通过控制阀调节，所述模拟降雨装置用于模拟透水路面堵塞及堵塞恢复过程的实际降雨。
进一步的，所述溢流管将所述注水腔溢流的水量导入所述水循环箱，经过所述水循环箱处理，重新用于所述模拟降雨装置降雨，减少试验用水量。
进一步的，所述储水腔的两个半圆筒腔各连接一个所述出水管和一个所述排水管，所述出水管用于导出渗透试验过程出水量，所述排水管用于试验结束后，排出所述储水腔内部剩余水。
进一步的，所述接水器设置在两个所述出水管出水口正下方，所述接水器将所述出水管的出水量引入所述水循环箱，经过所述水循环箱处理，重新用于所述模拟降雨装置降雨，减少试验用水量。
进一步的，两个所述出水管末端安装在所述支架上的高度可调节，通过调节所述出水管的安装高度，可控制所述出水管的出水速度，可调节至两个所述出水管的出水速度相同。
所述测量系统包括所述测压管、所述游标尺、所述滑轨和所述流量计，所述隔板分割所述储水腔形成的两个半圆筒腔各连通一个所述测压管，所述滑轨位于两个所述测压管中间，所述游标尺安装在所述滑轨上，所述流量计检测所述出水管内水流量并固定在所述注水腔壁上。
进一步的，所述测压管用于测试所述储水腔的两个半圆筒腔内的水头高度。
进一步的，所述测压管具有刻度，所述测压管最小刻度为1mm；所述游标尺为十分度尺、最小刻度为0.9mm；所述游标尺可在所述滑轨上竖向滑动；根据游标卡尺原理，所述测压管结合所述游标尺的测量精度为0.1mm。
进一步的，所述流量计为容积式流量计，采用容积式流量计检测的水流量精度高。
进一步的，由于采用常水头渗透试验，通过控制所述出水管出水速度相同，根据伯努利方程和达西渗透定律原理，即可通过所述测压管的水头高度反映水流经过待测试样的能量损失情况。
进一步的，所述测压管和所述游标尺配合测量所述储水腔的两个半圆筒腔内的水头高度，精度达到0.1mm，实现高精度检测。
进一步的，定期调节两个所述出水管的出水速度相同，检测所述储水腔的两个半圆筒腔内的水头高度变化情况，得到待测试样的孔隙堵塞随时间的恢复情况，实现持续检测，进而评价改性透水路面堵塞恢复过程中恢复能力。
本发明实施例带来了以下有益效果。
本发明解决了改性透水路面堵塞恢复能力检测困难的问题，可实现改性透水路面堵塞恢复能力的持续、高精度检测。
本发明解决了传统设备将待测试样直接与设备壁面接触密封，造成试样安装、密封、取出困难，且易因设备壁面损坏造成设备报废等问题，将易损坏部分制作成可拆卸试样夹持装置，易于使用、维修和更换。
本发明测量精度高，操作简单，用水量少。
本发明将透水路面堵塞情况转化为水头高度，并利用游标卡尺原理进行高精度检测，不需额外计算，实现透水路面堵塞恢复情况的直观评价。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置主要构成示意图；
图2为改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置剖面示意图；
图3为试样夹持装置示意图；
图4为储水腔壁和顶板示意图；
图5为底板和橡胶垫板示意图；
图6为测压管结合游标尺工作示意图。
图中：1-注水腔壁，2-溢流口，3-试样夹持装置，4-夹持部件，5-完整部件，6-储水腔壁，7-顶板，8-底板，9-隔板，10-橡胶垫板，11-安装座，12-螺栓，13-螺孔，14-水循环箱，15-模拟降雨装置，16-溢流管，17-出水管，18-接水器，19-排水管，20-支架，21-测压管，22-游标尺，23-滑轨，24-流量计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
如图1至图6，改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，主要由所述注水腔、所述储水腔、所述水循环系统和所述测量系统四部分构成，具体包括：1-注水腔壁，2-溢流口，3-试样夹持装置，4-夹持部件，5-完整部件，6-储水腔壁，7-顶板，8-底板，9-隔板，10-橡胶垫板，11-安装座，12-螺栓，13-螺孔，14-水循环箱，15-模拟降雨装置，16-溢流管，17-出水管，18-接水器，19-排水管，20-支架，21-测压管，22-游标尺，23-滑轨，24-流量计。
如图1、图2和图3，所述注水腔包括：所述注水腔壁1，距离所述注水腔壁1上边缘5cm开设所述溢流口2，所述注水腔壁1内部设置两个所述试样夹持装置3，所述试样夹持装置3由所述夹持部件4和所述完整部件5组成。
如图1、图4和图5，所述储水腔包括：所述储水腔壁6、所述顶板7、所述隔板9和所述注水腔壁1为一体式结构，所述储水腔壁6在所述注水腔壁1下部；所述储水腔壁6上方具有所述顶板7，所述顶板7设有两个所述安装座11，所述安装座11内部通道为直径15cm的圆形过水断面，所述安装座11用于安装所述试样夹持装置3；所述储水腔壁6内部设有所述隔板9，所述隔板9位于两个所述安装座11之间，所述隔板9将所述储水腔壁6分割成两个大小相同的半圆筒腔；所述储水腔壁6下方具有所述底板8，所述储水腔壁6与所述底板8之间设有所述橡胶垫板10，所述储水腔壁6、所述底板8和所述橡胶垫板10通过所述螺栓12和所述螺孔13安装固定，所述橡胶垫板10用于防止所述储水腔壁6和所述底板8连接处渗漏水。
如图1和图2，所述水循环系统包括：所述水循环箱14用于试验用水的循环使用；所述水循环箱14与所述注水腔壁1之间通过所述溢流口2和所述溢流管16连通；所述水循环箱14与所述储水腔壁6之间用所述出水管17和所述接水器18连通，所述出水管17为两个，分别连通所述储水腔的两个半圆筒腔，所述接水器18设置在所述出水管17出水口正下方；所述排水管19为两个，分别连通所述储水腔的两个半圆筒腔，用于试验结束后排出所述储水腔内部剩余水；所述模拟降雨装置15、所述溢流管16和所述出水管17固定在所述支架20上，所述出水管17安装在所述支架20上的高度可调节。
如图1和图6，所述测量系统包括：两个所述出水管17各安装所述流量计24，所述流量计24固定在所述注水腔壁1上，所述流量计24可以实时检测所述出水管17内水流量；所述测压管21为两个，分别连通所述储水腔的两个半圆筒腔，用于检测所述储水腔的水头高度；两个所述测压管21中间设有所述滑轨23，所述滑轨23上设有所述游标尺22，所述游标尺22可在所述滑轨23上滑动；所述测压管21最小刻度为1mm，所述游标尺22为十分度尺、最小刻度为0.9mm，根据游标卡尺原理，所述测压管21结合所述游标尺22的测量精度为0.1mm。。
具体的实施过程如下所述。
安装待测试样：首先，将预先制作的普通透水路面待测试样和改性透水路面待测试样的侧壁用树脂类防水材料密封，用厚度1mm左右的弹性防水卷材缠绕待测试样侧壁五至六圈；然后，如图3，所述夹持部件4内壁涂刷树脂类防水材料，将密封后的待测试样用所述夹持部件4夹紧，此时弹性防水卷材受到夹持力内缩，确保了待测试样和所述夹持部件4的充分贴合，贴合处无渗漏水情况发生，同时所述完整部件5在所述夹持部件4上部夹紧，所述完整部件5与所述夹持部件4之间连接处缝隙用树脂类防水材料填充封堵；接着，所述夹持部件4外部用防水胶带和束带绑扎牢固，防止所述夹持部件4分离；最后，将两个所述试样夹持装置3及内部待测试样分别安装在所述安装座11上，此时，向所述完整部件5内注水，观察各连接位置有无渗漏水情况，对有渗漏水的位置进一步用树脂类防水材料密封，直至无渗漏水情况发生，完成待测试样安装步骤。
待测试样预堵塞：如图1，首先，打开所述模拟降雨装置15，调整所述出水管17安装高度，至所述注水腔内水面达到所述溢流口2处，且两个所述流量计24读数相同，记录此读数；如图6，利用所述游标尺22和所述测压管21刻度，记录此时两个所述测压管21读数；然后，将预先调配的颗粒堵塞物按每次100克的模式加入所述完整部件5内，直至两个所述流量计24读数与之前一致情况下，加入颗粒堵塞物令两个所述测压管21读数下降3cm以上；最后，调整单次加入颗粒堵塞物质量，当两个所述流量计24读数与堵塞前一致情况下，两个所述测压管21读数相同，此时记录两个所述测压管21读数，作为待测试样完成堵塞时所述储水腔的水头高度。
进行堵塞恢复试验：如图1，所述模拟降雨装置15向所述注水腔内注水，所述注水腔内水面与所述溢流口2保持同一高度，多余水量通过所述溢流口2和所述溢流管16流入所述水循环箱14；所述注水腔内水量通过所述试样夹持装置3、待测试样和所述安装座11流入所述储水腔；所述储水腔水量通过所述出水管17导入所述接水器18，所述接水器18将水导入所述水循环箱14，所述水循环箱14再将水用于所述模拟降雨装置15降雨，完成试验用水的闭合循环。定期观测两个所述测压管21读数，每次读数前，调整所述出水管17安装高度，至两个所述流量计24读数一致且与待测试样预堵塞步骤中读数相同。根据伯努利方程和达西渗透定律原理，所述测压管21的水头高度即可反映水流经过待测试样的能量损失情况，进一步反映有效透水孔隙堵塞情况，通过对比普通透水路面待测试样和改性透水路面待测试样对应的所述测压管21读数随时间的变化，即可评价改性透水路面的堵塞恢复能力，实现改性透水路面堵塞恢复能力持续、高精度的检测。
试验结束后清洗设备：如图2，试验结束后，打开所述排水管19，将所述储水腔内剩余水排出；如经过多次试验，所述底板8附着堆积大量颗粒堵塞物，则需要拆卸所述储水腔进行清洗，如图4和图5，拆卸所述螺栓12，取下所述底板8，将所述底板8和所述储水腔壁6清洗干净后，重新安装所述储水腔，避免颗粒堵塞物的堆积损坏所述水循环系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，主要由注水腔、储水腔、水循环系统和测量系统四部分构成；所述注水腔包括注水腔壁、试样夹持装置和溢流口，所述注水腔壁内部安装两个所述试样夹持装置，所述试样夹持装置由完整部件和夹持部件组成，所述夹持部件由两个相同半圆筒壁组成，所述注水腔壁顶部开设所述溢流口；所述储水腔包括储水腔壁、顶板、底板和隔板，所述顶板设有两个所述试样夹持装置的安装座，所述注水腔与所述储水腔通过所述安装座内部通道连通，所述隔板位于两个所述安装座之间，所述隔板将所述储水腔分割成两个大小相同的半圆筒腔，所述储水腔壁与所述底板之间设有橡胶垫板，所述储水腔壁、所述底板和所述橡胶垫板通过螺栓安装固定；所述水循环系统包括水循环箱、模拟降雨装置、溢流管、出水管、接水器、排水管和支架；所述模拟降雨装置安装在所述注水腔正上方，所述溢流管连通所述溢流口和所述水循环箱，所述出水管和所述排水管均为两个，所述隔板分割所述储水腔形成的两个半圆筒腔分别连通一个所述出水管和一个所述排水管，所述接水器收集所述出水管流出水量并引入所述水循环箱，所述模拟降雨装置、所述溢流管和所述出水管固定在所述支架上；所述测量系统包括测压管、游标尺、滑轨和流量计，所述隔板分割所述储水腔形成的两个半圆筒腔各连通一个所述测压管，所述滑轨位于两个所述测压管中间，所述游标尺安装在所述滑轨上，所述流量计检测所述出水管内水流量并固定在所述注水腔壁上；所述出水管安装在所述支架上的高度可调节，定期调节两个所述出水管的出水速度相同，检测所述储水腔的两个半圆筒腔内的水头高度变化情况，得到待测试样的孔隙堵塞随时间的恢复情况。
2.根据权利要求1所述的改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，所述注水腔壁、所述储水腔壁、所述顶板、所述隔板均为透明有机玻璃材质；所述注水腔壁、所述储水腔壁为圆筒形状，所述注水腔壁和所述储水腔壁的内径为100cm。
3.根据权利要求1所述的改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，所述夹持部件下部具有内螺纹结构。
4.根据权利要求1所述的改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，两个所述试样夹持装置分别安装普通透水路面待测试样和改性透水路面待测试样。
5.根据权利要求1所述的改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，所述安装座具有与所述夹持部件匹配的外螺纹结构，所述安装座内径为15cm，所述试样夹持装置与所述安装座形成螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，所述流量计为容积式流量计。
7.根据权利要求1所述的改性透水路面堵塞恢复能力室内试验测定装置，其特征在于，所述测压管具有刻度，所述测压管最小刻度为1mm；所述游标尺为十分度尺、最小刻度为0.9mm；所述游标尺可在所述滑轨上竖向滑动；所述测压管结合所述游标尺的测量精度为0.1mm。
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