CN205120540U - 用于透水沥青混凝土车辙板试件的渗透系数测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于透水沥青混凝土车辙板试件的渗透系数测定装置，包括测试装置和供水装置，测试装置包括工作平台、溢流水槽、上套筒、下套筒、两个法兰、电子温度计、量筒等；上套筒外侧壁上设有与其内部相通的溢水口，两个相同的法兰刻有一圈凹槽与套筒胶结为一个整体；下套筒与溢流水槽贯通，溢流水槽设置了一个溢流口和一个排水口；试件置于两个法兰之间，法兰与试件之间放置橡胶密封垫，法兰设有螺孔，通过长螺栓穿过螺孔并用螺母固定试件；所述供水装置由储水桶、水泵、电源开关等组成。本装置结构合理，操作简便，不仅良好地解决了侧壁渗漏的问题，还实现了水力梯度的灵活控制，测定的结果合理可靠。

Description

用于透水沥青混凝土车辙板试件的渗透系数测定装置

技术领域

本实用新型涉及道路工程材料渗透系数测定技术领域，尤其是一种用于透水沥青混凝土车辙板试件的常水头竖向渗透系数测定装置。

背景技术

透水沥青路面作为一种环保型道路结构层，具有排水、抗滑、降噪等诸多优点。其很好地解决了路面径流雨水的渗透问题，同时又能够补给地下水，其充分的储渗能力和减少径流污染负荷能力受到国内外道路工程领域的广泛关注。

渗透系数是反映孔隙介质排水能力的一个最有效直接的指标，室内测定渗透系数的仪器一般分为常水头渗透仪和变水头渗透仪两种。不同仪器的差别只是在于形式、量测精度和使用范围上的不同，其工作原理大多基于Darcy定律。对于透水性沥青混合料,其渗透系数通常在1×10^-2cm/s以上,采用常水头方法比较合理。

对于透水沥青混凝土渗透系数测定,目前国内外还没有统一的试验方法，主要使用自行设计的渗透系数测定装置。通过调查发现，国内外现有的渗透系数测定装置均不同程度地存在以下问题：一、侧壁侧漏问题没有得到良好地解决；二、对水力梯度的控制缺乏灵活性,实际应用并不广泛；三、装置结构复杂，实际操作繁琐。此外，实验室进行试验的材料大多为击实法成型的马歇尔试件，然而这种试件体积小，单个试件差异较大，会影响测定数据的精度，而碾压法成型的车辙板试件则能避免以上问题，并能够较好模拟实际路面情况，但目前还没有针对车辙板试件设计的渗透系数测定装置。

实用新型内容

本实用新型的目的主要是针对现有渗透系数测定装置存在的不足，提供了一种适用于透水沥青混凝土车辙板试件的常水头竖向渗透系数测定装置。该装置结构设计合理，密闭性好，操作简便，可实现水力梯度的灵活控制，并良好的解决了侧壁渗漏问题。

为实现以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，包括测试装置和供水装置，所述测试装置包括工作平台、溢流水槽、上套筒、下套筒、第一法兰、第二法兰、量筒、温度计；工作平台上设置所述溢流水槽，溢流水槽上设有溢流口和排水口，溢流口下方设置所述量筒；溢流水槽内设置所述下套筒，所述下套筒与所述溢流水槽相连通；所述下套筒上方设置相连接的第一、二法兰，第一、二法兰之间设置所述透水沥青混凝土车辙板试件，第二法兰上方设置所述上套筒，上套筒上设有溢流孔；所述温度计设置在所述溢流水槽中；上、下套筒为管状；

所述供水装置包括储水桶、水泵、电源开关，储水桶通过供水导管、水泵向所述上套筒注水，电源开关控制水泵运作。

优选地，所述第一、二法兰在靠近边缘处设有一圈凹槽，上下套筒筒壁嵌于对应的凹槽中并胶结；所述下套筒侧壁底部设有若干个与溢流水槽贯通的条形孔；所述上、下套筒的截面尺寸相同，上、下套筒均为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA优质有机玻璃浇筑管，上、下套筒内径控制在420mm-450mm之间。。

优选地，所述透水沥青混凝土车辙板试件为采用碾压法成型的透水沥青混凝土车辙板试件，试件的四个侧面以及上、下表面边缘采用环氧树脂涂料进行空隙密封，试件尺寸为长300mm×宽300mm×厚50mm。

优选地，所述溢流水槽是由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃浇筑管和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃圆形底板胶结而成，胶结处不漏水。

优选地，所述第一、二法兰外边缘与凹槽之间设有8个螺孔，相邻螺孔间距相同，第一、二法兰的外径大于上、下套筒的外径，第一、二法兰的厚度大于上、下套筒的厚度；第一、二法兰中央设有正方形开孔，长螺栓穿过螺孔并用螺母安装固定所述透水沥青混凝土车辙板试件。

优选地，所述第一、二法兰与所述透水沥青混凝土车辙板试件表面接触处各放置一条橡胶密封垫，橡胶密封垫为条形正方形，橡胶密封垫内边缘与所述第一、二法兰中央正方形开孔尺寸相同。

优选地，所述电源开关上设有水泵电控，水泵电控通过导线连接所述水泵。

优选地，所述上套筒外侧壁上开有5个溢流口，溢流口上设有阀门，相邻两个溢流口之间距离相同，5个溢流口布设在同一竖直线上。

优选地，所述温度计为电子温度计，电子温度计底部在溢流水槽的溢水口下边缘水平线以下，电子温度计的数显屏幕高于溢流水槽的上边缘。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、结构合理，操作简便，投入成本低。

2、透水沥青混凝土车辙板试件四周用环氧树脂涂料密封，同时与套筒侧壁非直接接触，良好地解决了侧壁渗漏的问题，提高了渗透系数测定的稳定性。

3、法兰中央的正方形开孔尺寸已定，则透水横截面有效面积是固定值，消除了试件与套筒间用油泥、砂浆等密封时透水横截面有效面积的不确定性，提高了测量的精度。

4、由于套筒与试件之间是用螺栓连接，所以只要螺栓足够长，则试件的高度与数量也可以根据研究的需要而调整。

5、上套筒设置了多个溢水口，可实现水力梯度的灵活控制。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为测试装置结构示意图；

图3为法兰结构示意图；

图4为车辙板试件侧表面密封示意图；

图5为该渗透系数测定装置测得的渗透系数与水力梯度的关系图。

图中，1上套筒，2上套筒溢流口，3阀门，4螺栓，5电子温度计，6溢流水槽，7工作平台，8橡胶密封垫，9透水沥青混凝土车辙板试件，10环氧树脂涂料，11法兰，12螺母，13溢流水槽溢流口，14下套筒，15溢流水槽排水口，16大容量量筒，17供水导管，18储水桶，19电源开关，20水泵，21凹槽，22螺孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步说明：

一种用于透水沥青混凝土车辙板试件的渗透系数测定装置，包括测定透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数的测定装置和向测试装置供水的供水装置。

测试装置包括工作平台7、溢流水槽6、上套筒1、下套筒14、两个法兰11、溢流口、橡胶密封垫8、电子温度计5、大容量量筒16。上套筒1的上、下部均开口且外侧壁上开有与其内部相通的溢流口2。两个相同的法兰11(上部的法兰称作第二法兰，下部的法兰称作第一法兰，下同)在靠近边缘处刻有一圈凹槽21与套筒胶结为一个整体。下套筒14的上、下部均开口且靠近底部的侧表面开多个条形孔，与溢流水槽贯通。溢流水槽6设置了一个溢流口13和一个排水口15。工作平台上表面由下至上依次为溢流水槽6、下套筒14和第一法兰、橡胶密封垫8、透水沥青混凝土车辙板试件9、橡胶密封垫8、第二法兰和上套筒1。透水沥青混凝土车辙板试件9置于第一、二法兰之间，法兰与试件上、下表面接触处各放置一条橡胶密封垫，法兰上设有螺孔22，通过长螺栓穿过螺孔并用螺母12安装固定试件。

供水装置由储水桶18、水泵20、电源开关19等组成，供水装置通过导管向所述测试装置由上至下注水,水流大小可控，流速稳定。

试件为采用碾压法成型的透水沥青混凝土车辙板试件，尺寸为长300mm×宽300mm×厚50mm。试件的四个侧面以及上、下表面边缘采用环氧树脂涂料10进行空隙密封。

上套筒1为圆柱形，在外侧壁上开有5个溢流口，相邻两个溢流口之间距离相同,且布设在同一竖直线上。

下套筒14与上套筒的截面尺寸相同，且都为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA优质有机玻璃浇筑管，内径控制在420mm-450mm之间。

溢流水槽6是由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃浇筑管和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃圆形底板胶结而成，胶结处不漏水，设有一个溢水口和一个排空阀，溢水口出水通过导管流入量筒。

法兰11边缘设有8个螺孔，相邻两个螺孔间距离相同，法兰的外径大于上、下套筒的外径，厚度大于上、下套筒的厚度；法兰中央设有正方形开孔，开孔外缘有一圈刻槽，所述刻槽宽度与上、下套筒的厚度相同，套筒壁嵌于刻槽中并胶结，胶结处不漏水。

橡胶密封垫8两只，为条形正方形，内缘正方形与所述法兰中央正方形开孔尺寸相同。

电子温度计5底部在溢流水槽的溢水口下边缘水平线以下，电子温度计的数显屏幕高于溢流水槽的上边缘。

电源开关19上设有水泵电控，水泵电控通过导线连接所述水泵，储水桶经由导管连接水泵，水泵经由输水导管连接所述测试装置。

将溢流水槽13安置于工作平台7上；下套筒14嵌入第一法兰11的凹槽21中，并胶结为一整体，将其放置在溢流水槽13的中央；在下套筒14上的第一法兰11的正方形开孔外缘固定橡胶密封垫8，将透水沥青混凝土车辙板试件9的外缘对准橡胶密封垫8放置稳当；上套筒1与第二法兰11、橡胶密封垫8的连接方式同下套筒14，并将其置于车辙板试件9之上；用螺栓4和螺母12将车辙板试件9固定在第一、二法兰11之间；在溢流水槽溢流口13下方放置一大容量量筒16；供水装置是由电源开关19控制水泵20运作，由供水导管17穿过水泵20将储水桶18中的水通入测试装置的上套筒1中，由供水装置输出的水流可控，且较之于自来水管直接供水更加地稳定。

根据透水沥青混合料配合比设计方法确定混合料的矿料级配和油石比，并进行混合料拌合，把拌合好的沥青混合料放入试模内，采用碾压法成型车辙板试件，试件尺寸为300mm×300mm×50mm，在常温下存放至少24h后脱模，获得透水沥青混合料车辙板试件9。

如图2所示，整个测试装置的高度H＝500mm，上套筒1的高度H1＝300mm，内壁直径为D＝400mm，以其下边缘为基准，从下往上每隔40mm设置一个溢流口2和阀门3，溢流口的内壁直径D2＝10mm；下套筒14的高度H2＝150mm，内壁直径与上套筒1相同；溢流水槽的高度H3＝240mm，内壁直径D1＝500mm，在其底部设置一排水口15，在其底部以上150mm处设置一带有阀门的溢流口13，溢流口13下端与下套筒14的上边缘在同一水平线上；如图3所示，法兰11的外径D3＝450mm，凹槽21的直径与上套筒1和下套筒14的直径相同，中央正方形开孔面积为L×L＝260mm×260mm，即为试件的过水断面面积，橡胶密封垫8的内边缘与正方形开孔重合，条形宽度为20mm，在法兰11外边缘与凹槽21之间设有8个螺孔22，其直径为10mm，相邻螺孔22的间距相同。供水装置的储水桶容积为200L，量筒容积50L。如图4所示，用环氧树脂与固化剂1:1调和制成的环氧树脂涂料10对车辙板试件9的侧表面以及上、下表面边缘20mm的宽度处涂抹浸润，静置2h以上使环氧树脂固化。

透水沥青混凝土车辙板试件的透水系数的测定过程如下：

1、将密封完成的透水沥青混凝土车辙板9试件放入Corelok真空密度仪中抽真空，而后将试件放入清水中静置2h，使其为饱水状态；

2、渗透系数测定装置的密闭性检查完毕后，将试件置于两只法兰11之间，并使用螺栓4和螺母12固定，使得试件与套筒紧密贴合，水无法从侧面流出；

3、向储水桶18内注入清水，打开电源开关19，向上套筒1内缓慢注水，水流自上而下通过整个试件，当试件内部无气泡排出后，打开溢流水槽溢流口13和上套筒的一个溢流口2，关闭其他溢流口，使试件处在渗透状态；

4、调节供水水流大小，使得水流稳定溢出，即水头差Δh保持不变。

5、在按下秒表的同时，记录量筒16的初始读数Q₁，过一定的时间t，记录此时量筒16的读数Q₂，并记录此时的水温T，则(Q₂-Q₁)即试件在t时间内通过的流量，记为Q。

6、透水系数按照以下公式来计算，计算精确至1.0×10^-2mm/s，并将结果换算为水温为20℃时的渗透系数。

$K_T=\frac{QL}{A\mathrm{\Δ}ht}$

式中：K_T为水温T℃时的渗透系数，cm/s；

Q为时间t秒内的渗出水量，cm³；

L为透水沥青混凝土试件的高度，cm；取5cm；

Δh为水头差，cm；

A为透水沥青混凝土试件的过水断面面积，cm²；取260mm×260mm；

$K_{20}=\frac{K_T{\mathrm{\η}}_T}{{\mathrm{\η}}_{20}}$

式中：K₂₀为水温20℃时的渗透系数，cm·s^-1；

η_T为水温为T℃时水的动力粘滞系数，kPa·s；

7、重复上述操作三次，计算得出的数据取平均值作为最后的结果。

8、要探究水力梯度对渗透系数测定结果的影响，则改变水头差Δh，即改变上套筒溢流口3阀门的开闭组合，对同一试件重复上述操作。

图5为使用该渗透系数测定装置测得的透水沥青混凝土车辙板试件的渗透系数与水力梯度的关系图，可见由该渗透系数测定装置测得的结果合理可靠。

Claims (6)

1.一种用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，包括测试装置和供水装置，其特征在于，所述测试装置包括工作平台（7）、溢流水槽（6）、上套筒（1）、下套筒（14）、第一法兰、第二法兰(11)、量筒（16）、温度计（5）；工作平台（7）上设置所述溢流水槽（6），溢流水槽（6）上设有溢流口（13）和排水口（15），溢流口（13）下方设置所述量筒（16）；溢流水槽（6）内设置所述下套筒（14），所述下套筒（14）与所述溢流水槽（6）相连通；所述下套筒（14）上方设置相连接的第一、二法兰，第一、二法兰之间设置所述透水沥青混凝土车辙板试件（9），第二法兰上方设置所述上套筒（1），上套筒（1）上设有溢流孔（2）；所述温度计（5）设置在所述溢流水槽（6）中；上、下套筒（1、14）为管状；

所述供水装置包括储水桶（18）、水泵（20）、电源开关（19），储水桶（18）通过供水导管（17）、水泵（20）向所述上套筒（1）注水，电源开关（19）控制水泵（20）运作。

2.根据权利要求1所述的用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，其特征是，所述第一、二法兰在靠近边缘处设有一圈凹槽（21），上、下套筒（1、14）筒壁嵌于对应的凹槽（21）中并胶结；所述上套筒（1）外侧壁上开有5个溢流口，溢流口上设有阀门（3），相邻两个溢流口之间距离相同，5个溢流口布设在同一竖直线上，所述下套筒（14）侧壁底部设有若干个与溢流水槽贯通的条形孔；所述上、下套筒（1、14）的截面尺寸相同，上、下套筒（1、14）均为PMMA优质有机玻璃浇筑管，上、下套筒（1、14）内径控制在420mm-450mm之间。

3.根据权利要求1所述的用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，其特征是，所述透水沥青混凝土车辙板试件（9）为采用碾压法成型的透水沥青混凝土车辙板试件，试件的四个侧面以及上、下表面边缘采用环氧树脂涂料进行空隙密封，试件尺寸为长300mm×宽300mm×厚50mm。

4.根据权利要求1所述的用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，其特征是，所述溢流水槽（6）是由PMMA有机玻璃浇筑管和PMMA有机玻璃圆形底板胶结而成，胶结处不漏水；所述温度计（5）置于溢流水槽（6）上边缘，为电子温度计，电子温度计底部在溢流水槽的溢水口下边缘水平线以下，电子温度计的数显屏幕高于溢流水槽的上边缘。

5.根据权利要求2所述的用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，其特征是，所述第一、二法兰外边缘与凹槽（21）之间设有8个螺孔（22），相邻螺孔间距相同，第一、二法兰的外径大于上、下套筒（1、14）的外径，第一、二法兰的厚度大于上、下套筒（1、14）的厚度；第一、二法兰中央设有正方形开孔，长螺栓穿过螺孔并用螺母安装固定所述透水沥青混凝土车辙板试件（9）；第一、二法兰与所述透水沥青混凝土车辙板试件（9）表面接触处各放置一条橡胶密封垫（8），橡胶密封垫为条形正方形，橡胶密封垫内边缘与所述第一、二法兰中央正方形开孔尺寸相同。

6.根据权利要求1所述的用于透水沥青混凝土车辙板试件渗透系数测定装置，其特征是，所述电源开关（19）上设有水泵电控，水泵电控通过导线连接所述水泵（20）。