Pierwszenstwo: 10.05.1972 (P. 155315) Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 28.04.1975 75530 KI. 421,13/01 MKP GOln 15/08 CZY i lUsIA Urzedu P-«l«nlo.iV .Pols.-ej | Twórca wynalazku: Zbigniew Janiak Uprawniony z patentu tymczasowego: Akademia Rolnicza, Wroclaw (Polska) Urzadzenie do okreslania wspólczynnika przesaczalnosci plynów przez osrodki porowate Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do okres¬ lania wspólczynnika przesaczalnosci plynów przez osrodki porowate o budowie ciaglej lub nieciaglej, w róznych warunkach przesaczania.Osrodek porowaty pod wzgledem przesaczalnosci plynów charakteryzowany jest przez podanie wspól¬ czynnika przesaczalnosci za pomoca wzorów empi¬ rycznych, badan terenowych (próbne pompowania) lub badan laboratoryjnych.Znany aparat Thieme-Kamienskiego, sluzacy do laboratoryjnego badania przesaczalnosci plynów przez osrodki porowate, sklada sie z dwóch cylin¬ drów o ukladzie otwartym i cylindra- kerna z pró¬ bka gruntu. Cylindry te umieszczone sa jeden nad drugim. Do górnego cylindra doprowadzana jest woda, a od dolnego cylindra woda jest odprowa¬ dzana do zbiornika pomiarowego. Dodatkowy cylin- der-kern z próbka umieszczony jest w cylindrze górnym.Innym znanym urzadzeniem jest aparat kompre¬ sy]ny, skladajacy sie z dwóch cylindrów o ukladzie otwartym, przy czym do górnego cylindra zaklada sie, próbke gruntu. Od góry przylozony jest obcia¬ znik, który dociskany jest za pomoca prasy.Znany jest równiez aparat, który sklada sie z dwóch cylindrów, wewnetrznego z próbka gruntu i zewnetrznego z plynem filtrujacym. Aparat pra¬ cuje w ukladzie otwartym w zakresie malych spad¬ ków, z mozliwoscia obciazenia. 10 15 30 Znane urzadzenia nie pozwalaja na pelna chara¬ kterystyke kazdego osrodka porowatego pod wzgle¬ dem przesaczalnosci plynów, sa przystosowane do pracy w bardzo waskich przedzialach cisnien ply¬ nów oraz nie umozliwiaja badania wspólczynników przesaczalnosci cieczy przy duzych cisnieniach i spadkach hydraulicznych ujemnych i dodatnich.Poza tym urzadzenia te nie pozwalaja na okresle¬ nie wspólczynnika przesaczalnosci plynów przez osrodki porowate o strukturze ciaglej i osrodki o duzej spójnosci, takie jak gliny ciezkie, ily, be¬ tony bitumiczne itp.Zaden z aparatów nie posiada mozliwosci pomiaru przesaczalnosci cieczy przy cisnieniach mniejszych od atmosferycznego, oraz w przypadkach gdy z jed¬ nej strony próbki cisnienie jest wieksze od atmos¬ ferycznego, a z drugiej strony próbki mniejsze.Przyczyna takiego stanu rzeczy jest niewlasciwie rozwiazany sposób uszczelniania i brak mozliwosci pelnego odpowietrzania badanych próbek w plasz¬ czyznie styku z przesaczajacym sie plynem. W apa¬ ratach stosowanych dotychczas, bardzo czesto prze¬ saczanie zachodzi po sciankach, miedzy badanym osrodkiem porowatym a sciana aparatu. W zadnym ze znanych aparatów dla osrodków porowatych luznych, zmiana porowatosci osrodka nie nastepuje w sposób standartowy poprzez zageszczanie w apa¬ racie Proctora z pomiarem energii zageszczajace].Celem wynalazku jest okreslenie rzeczywistych wspólczynników przesaczalnosci plynów przez rózne 75 5303 osrodki porowate o budowie ciaglej i nieciaglej w róznych warstwach przesaczania sie plynów z po¬ miarem parametrów w zaleznosci od potrzeb, a za¬ gadnieniem technicznym wynalazku jest skonstruo¬ wanie urzadzenia umozliwiajacego latwy pomiar tych wspólczynników.Zagadnienie to zostalo rozwiazane przez skon¬ struowanie urzadzenia, skladajacego sie z cylindra, w którym znajduje sie badany osrodek, umieszczo¬ nego miedzy dwoma podstawami, które sa skrecone srubami. Miedzy cylindrem a podstawami umiesz¬ czone sa uszczelki gumowe, a szczelina jest wypel¬ niona plastelina. Dolna podstawa wyposazona jest w otwór odpowietrzajacy i tloczek dociskajacy, umieszczony w tulei. Górna podstawa wyposazona jest w tloczek dociskajacy umocowany na srubie z pokretlem. Calosc podlaczona jest do aparatury zasilajacej, która stanowi rura z plynem przesacza¬ jacym sie, zaopatrzona w piezometr i przelew o re¬ gulowanej wysokosci, zbiornik z plynem przesacza¬ jacym sie dla duzych spadków, zaopatrzony w ma¬ nometr, prasy hydrauliczne ze zbiornikiem, prze¬ kazujace obciazenie na próbke, zbiorniki z mano¬ metrem dla zapewnienia wlasciwych warunków cis¬ nien wody wyplywajacej z próbki, oraz naczynia pomiarowe, przewody doprowadzajace i odprowa¬ dzajace, krany i zawory.Zasadnicza korzyscia techniczna, wynikajaca ze stosowania urzadzenia do okreslania przesaczalno- sci plynów przez osrodki porowate, jest mozliwosc okreslania wspólczynnika przesaczalnosci dla wszys¬ tkich rodzajów osrodków porowatych rozdrobnio¬ nych i niektórych ciaglych, w róznych warunkach w zaleznosci od potrzeb. Badania prowadzone sa przy pelnym odpowietrzaniu powierzchni próbki, a zmniejszenie powierzchni uszczelnienia do minimum pozwala na przeprowadzenie badan przy pelnej szczelnosci w zakresie spadków dodatnich i ujem¬ nych od zera do tysiaca. Urzadzenie umozliwia przeprowadzenie badan przy cisnieniach mniejszych od atmosferycznego, oraz w przypadkach gdy z jed¬ nej strony próbki cisnienie jest wieksze od atmo¬ sferycznego, a z drugiej strony mniejsze. Wykonanie powierzchni chropowatej na sciankach wewne¬ trznych cylindra poprzez pomalowanie zywica epo¬ ksydowa i posypanie piaskiem o wlasciwej gra¬ nulacji, eliminuje przesaczanie sie plynów po scian¬ kach cylindra miedzy badanym osrodkiem a apa¬ ratem. x Badania moga byc przeprowadzane na próbkach o strukturze naruszonej i nienaruszonej, z obcia¬ zeniem i pomiarem sily odksztalcenia próbki oraz bez obciazenia. Dzieki temu, ze wielkosc cylindra jest równa objetosciowo wielkosci cylindra do aparatu Proctora, dla osrodków porowatych luz¬ nych zmian porowatosci nastepuje w sposób stan¬ dartowy.Urzadzenie pozwala na przeprowadzenie badan ze zmiana spadku hydraulicznego w sposób ciagly lub skokowo, oraz na uzyskanie zaleznosci miedzy pred¬ koscia przesaczalnosci a spadkiem hydraulicznym.Przeprowadzajac badania przy róznych stanach za¬ geszczenia charakteryzuje sie przesaczalnosc plynu przez dany osrodek w zaleznosci od porowatosci, ciezaru objetosciowego czesci stalych i wskaznika 530 4 albo stopnia zageszczania przy osrodkach porowa¬ tych luznych. Urzadzenie pozwala równiez na ba¬ danie przesaczalnosci betonów, asfalto-betonów, oraz okreslenie wskaznikowo glebokosci, do której 5 dojdzie izolacja bitumiczna w osrodkach porowatych pod wplywem przylozonego cisnienia. Powieksze¬ nie wysokosci cylindra pozwala na badanie prze¬ saczalnosci ukladu róznych warstw, w róznych warunkach. Stosowanie szkla organicznego do bu- io dowy aparatu pozwala na obserwacje przesaczalno¬ sci, a przede wszystkim umozliwia zaobserwowanie zjawiska przebicia hydraulicznego. Aparat sklada sie z wielu czesci, które moga byc latwo modyfiko¬ wane i dostosowane do wymaganych warunków. 15 Przy jednym zestawie aparatury zasilajacej mozna badac równolegle kilka próbek podlaczajac kilka aparatów. Urzadzenie sluzy dodatkowo do pomiaru pojemnosci kapilarnej osrodków porowatych, a przy niewielkiej zmianie oprzyrzadowania do pomiaru 20 potencjalu elektrycznego filtracyjnego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia urzadzenia do okreslania wspólczyn¬ nika przesaczalnosci plynów przez osrodki porowate 25 w przekroju podluznym, fig. 2 — urzadzenie wraz z aparatura zasilajaca i oprzyrzadowaniem, a fig. 3 — aparat Proctora, przystosowany do zageszcza¬ nia gruntów do badania wspólczynnika przesa¬ czalnosci. 30 Urzadzenie wedlug wynalazku sklada sie z cylin¬ dra 10 z badanym gruntem oraz z dwóch podstaw, górnej podstawy 17 i dolnej podstawy 1. Cylinder 10 umieszczony jest miedzy podstawami 1 i 17 i skrecony trzema srubami 26. Miedzy scianka cylin¬ dra 10 a sfazowana scianka dolnej podstawy 1 znajduje sie uszczelka 5 z walka gumowego. W celu wyeliminowania nieszczelnosci przy duzych spad¬ kach, szczeline miedzy podstawami a cylindrem 10 wypelnia sie nieprzepuszczalna plastyczna sub- 40 stancja, np. plastelina. Podstawy 1 i 17 zaopatrzone sa w otwory odpowietrzajace ze srubami 15. Na badanej próbce umieszczona jest filtracyjna siatka 4 z podsypka zwirowa 24, przykryta siatka filtra¬ cyjna i perforowana plytka 3. Perforowana plytke 45 3 dociska do próbki tloczek 34, z otworami o sred¬ nicy próbki, na srubie z pokretlem 31 i nakretka 11 z uszczelka 9. Podobny uklad jest w dolnej pod¬ stawie 1 z ta róznica ze perforowana plytke 3 do¬ ciska tloczek 2 z otworami o srednicy próbki, za¬ mocowany na trzpieniu gladkim, który umieszczony jest suwliwie w tulei 12. Na trzpieniu gladkim umocowana jest plytka 18, sluzaca do pomiaru od¬ ksztalcen. Plyn filtrujacy doprowadzany jest z za¬ silajacego naczynia 27 lub ze zbiornika 29 prze¬ wodami. Obciazenie przekazywane jest na tloczek 2 za pomoca pras hydraulicznych 16. Odplyw wo¬ dy jest zalezny od warunków filtracji. Cylinder 10 jest wyposazony w rurki 7 doprowadzajace i od- 60 prowadzajace przesaczajacy sie plyn do zbiorników 8. Gladki trzpien oparty jest poprzez kulke 20 na cokole 14 i unieruchomiony nakretka 13. Na glad¬ kim trzpieniu umieszczona jest nakretka 19 kon- trujaca plytke 18. Przewody odprowadzajace plyn 65 filtrujacy wyposazone sa w odcinajace zawory 6.5 Urzadzenie w czasie pracy polaczone jest z ma- nometryczna rurka 25 i przelewem 28, natomiast prasy hydrauliczne polaczone sa z cisnieniowym zbiornikiem 30. Zbiornik 8 do pomiaru plynu przesa¬ czajacego sie wyposazone sa w zawory 32 do ma¬ nometru rteciowego i w zawory 33 do pompy ssacej lub tloczacej. Ponadto urzadzenie wedlug wyna¬ lazku umocowane jest w ramie 35 i wyposazone w zawór 37 do odplywu plynu przesaczajacego sie, przy czym rama 35 zamocowana jest na metalowym stole 38. Zbiornik 29 i cisnieniowy zbiornik 30 wy¬ posazone sa w spustowe zawory 36. W aparacie Proctora przystosowanym do zageszczania bada¬ nych gruntów cylinder 10 urzadzenia wedlug wyna¬ lazku, umieszczony jest w oslonowym cylindrze 21 i docisniety górnym cylindrem 22, a calosc umoco¬ wana jest do podstawy 23.W przypadku osrodków rozdrobnionych, po uzy¬ skaniu zadanego zageszczenia, cylinder 10 z bada¬ nym osrodkiem zaklada sie na dolna podstawe 1.Na cylinder 10 zaklada sie uszczelke 5 i górna pod¬ stawe 17, a nastepnie skreca sie obydwie podstawy trzema srubami 26. Do cylindra doprowadza sie plyn, który przesacza sie na górna powierzchnie próbki przy odkreconej odpowietrzajacej srubie 15, przez która wypuszcza sie powietrze ze srodka apa¬ ratu na zewnatrz. Po wypelnieniu plynem górnej podstawy 17 zakreca sie odpowietrzajaca srube 15 i w przypadku przeprowadzania przesaczalnosci z góry do dolu zwieksza sie cisnienie plynu do war¬ tosci programowanej, a nastepnie mierzy sie obje¬ tosc filtrujacej cieczy, czas i temperature.W przypadku przeprowadzania filtracji z dolu do góry odwraca sie dolna podstawe 1 do góry, a gór¬ na podstawe 17 na dól i po odpowietrzeniu odwraca sie powrotnie urzadzenie z próbka, a nastepnie zwiekszajac cisnienie do programowanego mierzy sie objetosc filtrujacej cieczy. Zwiekszenie cisnienia 530 6 przeprowadza sie w dwojaki sposób, poprzez zwie¬ kszenie wysokosci slupa plynu filtrujacego w na¬ czyniu 27 za pomoca ruchomego przelewu 28, albo przez zwiekszenie cisnienia w zbiorniku 29 z ply- 5 nem filtrujacym. Wybór sposobu zalezy od rodzaju plynu filtrujacego i wielkosci cisnienia. W przy¬ padku filtracji z odplywem wody pod cisnieniem, postepuje sie podobnie jak w przypadku badania filtracji z dolu do góry, z tym, ze po odwróceniu io urzadzenia i odczekaniu az filtrujacy plyn przejdzie przez próbke, a tym samym odpowietrzy sie kana¬ liki, którymi zachodzi przeplyw, laczy sie odply¬ wowa rurke z wyskalowanym zbiornikiem zaopa¬ trzonym w manometr. Ilosc filtrujacego plynu 5 mierzy naczynie w ukladzie zamknietym. Badanie przesaczalnosci przy cisnieniu mniejszym od atmo¬ sferycznego przeprowadza sie podobnie jak w opi¬ sanym przykladzie. PL