以透水量指标简便评价透水混凝土堵塞情况的实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及土木工程材料测试技术领域，具体涉及一种以透水量指标简便评价透水混凝土堵塞情况的实验装置。


背景技术：

2.透水混凝土由骨料、胶凝材料、空隙组成，其胶凝材料的总体积要小于骨料间的空隙，故透水混凝土的内部结构中存在大量的连通空隙，一般透水混凝土的孔隙率为10％～25％。透水混凝土路面是一种重要的可持续城市排水系统，近年来广泛用于“海绵城市”的建设中，其透水性的实现是基于结构中的联通空隙，这部分空隙能有效将地面的水分引入到地下，补给地下水资源，降低路面塌陷风险，并防止路面积水，减少城市的洪涝灾害和交通事故。有研究表明，由于透水混凝土内部存在大量相互连通的间隙或微孔，声波在透水混凝土内部传播会不断反射耗散，地表径流中的污染物也会吸附在空隙内壁，因此透水混凝土还兼具吸声降噪，净化水质的功能。对于全透水路面而言，土壤可以通过排水路面与空气实现热量和水分交换，有利于降低地表温度，调节城市气候，缓解城市的“热岛效应”。然而，随着透水路面服役时间的延长，透水路面的透水性会逐渐降低。早期的研究表明透水混凝土路面使用五年之后，其渗透性能可能会降低90％，这意味着透水路面的透水性能基本消失。通常会有砂砾、泥沙、灰尘、树叶、草屑等杂物在透水混凝土路面上，在强降雨过程中，地表径流会携带砂砾、泥沙、粘土等杂物进入透水混凝土的空隙中，随着杂质在透水混凝土中逐渐累积，透水混凝土中的空隙堵塞率会越来越高，直至透水混凝土透水性失效。透水混凝土的堵塞机制及过程对其透水性具有重要影响，研究透水混凝土的堵塞机制可用于指导混凝土透水长效性设计，有利于保持透水混凝土的透水安全性。
3.现有的用于研究透水混凝土堵塞情况的实验装置，仍存在以下弊端：
4.1、实验装置整体较复杂，操作步骤繁琐，实验时间较长导致实验效率较低；
5.2、实验中所需记录的数据种类多，且处理过程复杂，不能快速得到实验结果；
6.3、透水混凝土与容器之间的缝隙密封不到位，导致侧壁渗漏，影响透水量，进而影响试验结果的准确性。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以透水量指标简便评价透水混凝土堵塞情况的实验装置，该装置原理简单，通过模拟实际降雨过程中地表径流情况，基于透水量指标简便快速评价透水混凝土堵塞情况，操作简易，实验重复性和可推广性强，有利于透水混凝土堵塞机制的探索。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
9.一种以透水量指标简便评价透水混凝土堵塞情况的实验装置，该装置包括喷头、搅拌叶片、方形透水筒，所述喷头设置在方形透水筒的正上方，所述方形透水筒内部的中下部放置透水混凝土，所述透水混凝土的上方设置有搅拌叶片，所述方形透水筒底部的中间
设置有出水口，所述出水口正下方有量筒，所述方形透水筒底部连接有支撑架；
10.所述方形透水筒上端开口，其侧壁上设置有溢水口、刻度，所述刻度设置在透水混凝土上方，所述溢水口设置在刻度所在的方形透水筒侧面区域上，溢水口通过外部管道连接有储水箱，所述透水混凝土的下方设置有支撑块，所述支撑块与方形透水筒内壁固定连接。
11.所述喷头通过管道与储水箱连接，所述管道上设有水泵。
12.所述搅拌叶片顶部连接有电机。
13.优选地，所述溢水口在竖直方向上设置有多个，最高的溢水口位于刻度的最大刻度值处。
14.优选地，所述出水口向下穿过支撑架。
15.优选地，所述出水口设置有阀门。
16.优选地，所述透水混凝土与方形透水筒之间的缝隙设置有密封层，所述密封层包括蜡密封层、凡士林密封层和橡皮泥密封层。
17.优选地，所述透水混凝土的4个侧面上设置有蜡密封层。
18.优选地，所述透水混凝土的侧面与方形透水筒内壁之间的缝隙设置有凡士林密封层。
19.优选地，所述透水混凝土上端周围与方形透水筒之间的缝隙设置有橡皮泥密封层。
20.本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
21.1、本实用新型通过在方形透水筒正上方设置喷头，透水混凝土上方设置搅拌叶片，喷头将水洒落到方形透水筒中，在透水混凝土上形成水流，搅拌叶片搅动水流加大流速，方形透水筒侧壁上设置溢水口、刻度，溢水口在竖直方向上设置有多个，通过设置喷头、搅拌叶片、溢水口和刻度模拟实际降雨过程中地表径流情况，可以研究径流流速大小和径流深度对透水混凝土堵塞进程的影响；方形透水筒的出水口正下方设置有量筒，通过量筒收集透过透水混凝土的水量，基于透水量可以简便、快速地评价透水混凝土的透水能力和堵塞情况。
22.2、本实用新型在透水混凝土与方形透水筒之间的缝隙设置有密封层，透水混凝土的4个侧面设置腊密封层，透水混凝土的侧面与方形透水筒的内壁之间的缝隙设置凡士林密封层，在透水混凝土上端周围与方形透水筒之间的缝隙设置橡皮泥密封层，通过设置多层密封层，进一步提升了密封效果，解决侧壁渗漏对透水量的影响，提高试验结果的准确性。
23.3、综上所述，本实用新型可以模拟实际降雨过程中地表径流情况，通过在透水混凝土上方加入一定粒径的堵塞物，量筒接收放入堵塞物前后的透水量和测出多次堵塞后的透水量来计算堵塞程度，选用不同粒径的堵塞物进行实验可以研究堵塞物敏感性粒径，对指导混凝土透水长效性的设计具有重要意义，该装置原理简单，操作简易，实验重复性和可推广性强，有利于透水混凝土堵塞机制的探索。
附图说明
24.图1为本实用新型结构示意图。
25.附图中，1-水泵，2-喷头，3-电机，4-溢水口，5-刻度，6-透水混凝土，7-出水口，8-搅拌叶片，9-支撑块，10-量筒，11-阀门，12-支撑架，13-储水箱，14-方形透水筒。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1所示，本实用新型提供一种以透水量指标简便评价透水混凝土堵塞情况的实验装置，该装置包括喷头2、搅拌叶片8、方形透水筒14，所述喷头2设置在方形透水筒14的正上方，所述方形透水筒14内部的中下部放置透水混凝土6，所述透水混凝土6的上方设置有搅拌叶片8，所述方形透水筒14底部的中间设置有出水口7，所述出水口7正下方相对设置有量筒10，所述方形透水筒14底部连接有支撑架12。
28.所述喷头2通过管道与储水箱13连接，所述管道上设有水泵1，所述搅拌叶片8顶部连接有电机3，电机3连接有固定架，通过固定架支撑和稳定电机3和搅拌叶片8的结构；通过水泵1将储水箱13中的水抽至喷头2，喷头2将水洒落到方形透水筒14中，在透水混凝土6上形成水流，通过电机3带动搅拌叶片8在水中转动，形成一定的流速，同时使堵塞物在水中均匀分布；调节水泵1的转速可以控制喷头的出水量，保持方形透水筒14中的水深可以模拟地表径流深度，调节电机3的转速可以模拟不同的地表径流流速。
29.所述方形透水筒14上端开口，其侧壁上设置有溢水口4、刻度5，所述刻度5设置在透水混凝土6上方，所述溢水口4设置在刻度5所在的方形透水筒侧面区域上，溢水口4在竖直方向上设置有多个，最高的溢水口4位于刻度5的最大刻度值处，刻度5以透水混凝土6顶面刻度为0mm，最大刻度值为300mm，即该装置可以研究的径流深度范围为0mm～300mm，溢水口4上设置有开关装置，通过打开所对应刻度5处的溢水口4，关闭其他溢水口4；通过刻度5和溢水口4可以标定特定的径流深度，研究不同径流深度对透水混凝土堵塞的影响。
30.所述溢水口4通过外部管道连接有储水箱13，当水深超过溢水口4时，水便会流向储水箱13中。
31.储水箱13通过不同的管道连接喷头2和溢水口4，一方面给喷头2提供水源，一方面收集溢水口4流出的水，使系统中的水可以循环使用；储水箱13的尺寸为500mm
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500mm
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500mm，容量为125l。
32.所述出水口7设置有阀门11，出水口向下穿过支撑架12，通过阀门11控制出水口7的闭合，在方形透水筒14中透水混凝土6的下方设置有空腔，出水口7设置在空腔底部的中间；水透过透水混凝土6之后滴落在空腔里，打开阀门11，水便从空腔底部的出水口7流出，量筒10可以收集出水口7排出的水量，量筒10的直径为50mm，高度为30mm。
33.所述支撑架12包括上表面和支撑脚，上表面下端固定连接支撑脚，支撑脚设置有4个，分别设置在上表面水平面互相垂直的四个方向上，上表面中心设置有贯穿的孔洞，孔洞的尺寸为100mm
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100mm，出水口7可穿过孔洞，通过在方形透水筒14底部设置支撑架12，支撑架12支撑方形透水筒14。
34.所述透水混凝土6的尺寸为150mm
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150mm
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150mm，所述透水混凝土6与方形透水
筒14之间的缝隙设置有密封层，所述密封层包括所述密封层包括蜡密封层、凡士林密封层和橡皮泥密封层：透水混凝土6的4个侧面上设置有蜡密封层，所述透水混凝土6的侧面与方形透水筒14的内壁之间的缝隙设置有凡士林密封层，透水混凝土6上端周围与方形透水筒14之间的缝隙设置有橡皮泥，通过多层密封层，防止水从透水混凝土6与方形透水筒14的缝隙中渗漏，避免侧壁渗透对透水量的影响。
35.所述透水混凝土6的下方设置有支撑块9，所述支撑块9与方形透水筒14内壁固定连接，所述支撑块9和方形透水筒14的材质为有机玻璃，方形透水筒14的厚度为5mm，高度为570mm，底面积为155mm
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155mm，在方形透水筒14相对的两个内壁上均设置有支撑块9，支撑块9上方与透水混凝土6抵触连接，用来支撑和稳定透水混凝土6。
36.利用上述装置进行透水混凝土堵塞情况的实验包括以下步骤：
37.(1)在透水混凝土6的4个侧面上涂抹液体蜡，待干后形成蜡密封层，再在其4个侧面涂抹凡士林，嵌挤于方形透水筒14内部的中下部形成凡士林密封层，然后用橡皮泥填充透水混凝土6上端周围与方形透水筒14之间的缝隙，形成橡皮泥密封层，对透水混凝土6与方形透水筒14之间的缝隙进行密封；
38.(2)打开出水口7上的阀门11；
39.(3)在储水箱13中加入足量的水，然后启动水泵1，喷头4将水喷洒到方形透水筒14中，在透水混凝土6上形成水流，同时启动电机3，调至固定的转速z0，带动搅拌叶片8转动，使水流的流速恒定；
40.(4)根据实验条件选择径流深度h0，即刻度5上的刻度h0处，打开所对应刻度值处的溢水口4，关闭其他溢水口4，通过调节水泵1转速控制喷头2的出水量，使方形透水筒14中水的深度达到设定值；
41.(5)待径流深度稳定后，开始计时，同时用量筒10接收出水口7流出的水，直至300s后，移开量筒10停止接收，得到量筒10内水的体积v0(ml)，v0即透水混凝土6的初始透水量，初始透水量v0的大小可以评价透水混凝土的透水能力，v0越大，表示透水混凝土的透水能力越强，透水混凝土的堵塞程度越小；v0越小，表示透水混凝土的透水能力越小，透水混凝土的堵塞程度越严重；
42.(6)待初始透水量v0(ml)测试完毕后，关闭水泵1、电机3；
43.(7)在透水混凝土表面均匀撒上一定质量、一定粒径的堵塞物；
44.(8)保持电机3的转速、径流深度与进行初始透水量v0测试时的一致，重复步骤(2)～(5)，得到量筒10内水的体积vi(ml)；
45.(9)堵塞程度评价应用以下公式：
[0046][0047]
式中，i＝1、2、3、4
……
，d为堵塞程度，v0为初始透水量，vi为第i次堵塞后的透水量，i为堵塞次数。
[0048]
当d＝0～20％时，透水混凝土为轻微堵塞；
[0049]
当d＝20％～50％时，透水混凝土为较严重堵塞；
[0050]
当d＝50％～80％时，透水混凝土为严重堵塞；
[0051]
当d＝80％以上，透水混凝土透水性基本失效。
[0052]
利用上述装置和步骤进行透水混凝土堵塞情况的实验时，通过调节水泵1的转速来控制喷头的出水量，保持透水混凝土6上方水的深度，模拟降雨过程的地表径流的径流深度；通过调节电机3的转速来控制搅拌叶片8的转速，模拟实际降雨过程的地表径流的流速大小，同时能够有效分散堵塞物，根据实验方案设计不同的径流流速和径流深度，可以研究径流流速大小和径流深度对透水混凝土堵塞进程的影响；测出的初始透水量v0可以简易、快速的评价透水混凝土6的透水能力，当选用不同的透水混凝土就可以测出不同透水混凝土的透水能力；通过在透水混凝土上方加入一定粒径的堵塞物并测出多次堵塞后的透水量vi，通过初始透水量v0和多次堵塞后的透水量vi来计算堵塞程度，选用不同粒径的堵塞物进行实验，可以研究透水混凝土的堵塞物敏感性粒径大小。
[0053]
综上所述，本实用新型原理简单，通过模拟实际降雨过程中地表径流情况，基于透水量指标可以简便、快速评价透水混凝土透水能力和堵塞情况，操作简易，实验重复性和可推广性强，有利于透水混凝土堵塞机制的探索。
[0054]
本实用新型所有实施例未详尽描述之处均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
[0055]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。