本发明涉及的是一种透水混凝土透水系数的测试装置和方法，属于土木工程材料中透水混凝土测试技术领域。
背景技术：
透水混凝土是一种由粗骨料、水泥和水拌制而成的多孔混凝土，它不含或只含少量细骨料，是由粗骨料表面包裹一层水泥浆体粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透水、透气和重量轻等特点。目前透水混凝土主要用于透水路面、河堤边坡加固及城市绿化等工程。透水混凝土可以快速将地表径流水排入地下，有效补充地下水，缓解城市地下水位下降带来的环境问题，并能有效固土防砂，保持边坡稳定，孔隙提供植物生长的空间，兼顾城市绿化要求。透水系数是检验透水混凝土透水性能的重要指标。
目前透水混凝土透水系数测试方法可以分为两种：固定水位法和变动水位法。其中固定水位法是根据达西定律，在透水套筒上部持续注入水，使之在试验时间内保持固定水位高度，通过量取在试验时间内流过透水混凝土的出水量，来计算得到的透水系数，这种试验方法得到的透水系数被称为固定水位透水系数。日本混凝土工学学会推荐的大孔混凝土透水性试验方法和住建部标准cjjt135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》所采用的透水系数测试方法即为固定水位法。变动水位法是采用变化水头的方法，从一定的水头高度开始，通过测量试件表面水位下降一定高度所需要的时间，来计算得到变动水位透水系数。北京市地方标准db11/t775-2010《透水混凝土路面技术规程》中附b所建议的透水混凝土路面透水性试验方法等所采用的透水系数测试方法为变动水位法。
两种测试方法所依据的理论是不同的，所得到的透水系数有着不同的物理意义。从测试方法的简便程度来看，固定水位法由于要求在测试时间内保持固定的水位高度，相对于变动水位法，测试更加复杂，对试验条件的要求更加严格。因此在透水混凝土路面的现场检测中常采用变动水位法。同时在现场检测中变动水位法不需要钻孔取样，破坏透水混凝土路面，是一种无损检测方法。但是固定水位法依据达西定律，有着更加严谨的物理意义。两种不同类型的透水系数之间的关系如何，以及它们之间如何转化，目前尚无有效精确的测试装置进行研究验证。
公开号为cn103398929a的透水水泥混凝土渗透系数测试装置及方法，改进了透水混凝土透水系数测试装置结构复杂及密封性不佳等技术问题，是测试固定水位透水系数的测试装置，不适用与测试变动水位透水系数。
公开号为cn203824874u的一种测量透水混凝土透水系数的试验装置，通过使用防水布和橡胶套包裹试件，解决现有装置准确度和稳定度低的问题。是测试变动水位透水系数测试装置，不适用与测试固定水位透水系数。
技术实现要素：
为解决透水混凝土透水系数测试装置只能测量一种透水系数以及透水系数测试装置结构复杂等技术问题。本发明提供一种可以便捷测量固定水位透水系数和变动水位透水系数的测试装置和方法，可以利用同一套测试装置，测试两种不同的透水系数，对于研究两种不同透水系数之间的转化关系，具有一定的帮助。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种透水混凝土透水系数的测试装置，包括供水阀门、透水混凝土试样、量杯，还包括依次连通且内径相同的透水圆筒、橡胶套管、连接管、溢流管，连接管上设置有不可调节流量的止水阀门，所述供水阀门为可调节流量阀门，其一端与供水管相连，另一端对准透水圆筒的上口，所述透水混凝土试样被紧密裹于橡胶套管中，且其外径与橡胶套管的内径相同，所述透水圆筒上带有刻度标识，所述溢流管为透明材质圆筒，其上设置有溢流口，所述量杯设置于溢流口下，量杯中设置有温度计，所述溢流口的高度高于橡胶套管上口的高度，所述透水圆筒上口的高度高于溢流管中溢流口的高度。
作为本发明的进一步改进，所述透水混凝土试样的四周涂有防水涂料，并缠绕防水带。
作为本发明的进一步改进，所述连接管包括过渡管、第一连接管和第二连接管，所述橡胶套管与过渡管通过第一连接管相连，所述过渡管与溢流管通过第二连接管相连，且第一连接管和第二连接管的内径与透水圆筒、橡胶套管、过渡管和溢流管相同，所述止水阀门设置于过渡管上。
作为本发明的进一步改进，所述橡胶套管的上端套设于透水圆筒的下端外部，且采用第一金属环箍固定连接；所述橡胶套管的下端套设于第一连接管的上端外部，且采用第二金属环箍固定连接。
本发明还提供一种透水混凝土透水系数的测试装置的测试方法，所述透水系数包括固定水位法透水系数和变动水位法透水系数；
测试所述固定水位法透水系数包括以下步骤：
步骤1：取圆柱体透水混凝土试样，用测量圆柱体透水混凝土试样的直径d和高度l，计算圆柱体透水混凝土试样的表面积a；
步骤2：将试样四周密封内裹于橡胶套管中，以防止水流从试件与橡胶套管之间流过；
步骤3：将橡胶套管连接于透水圆筒和过渡管之间；
步骤4：将止水阀门打开，打开供水阀门，使水流入透水圆筒中，并通过试样渗透至溢流管内，待溢流管中溢流口有水流出后，调节供水阀门进水量，使透水圆筒内保持规定的水位高度，待溢流管的溢流口和透水圆筒的流水量稳定后，用量筒从溢流管的溢流口处接水，同时记录时间t内流出的水量q；
步骤5：测量透水圆筒的水位与溢流口水位之差h，用温度计测量量杯中水的温度t；
步骤6：重复步骤4、5若干次，取q、h、t平均值；计算透水系数
测试所述变动水位法透水系数包括以下步骤：
步骤1：取圆柱体透水混凝土试样，用测量圆柱体透水混凝土试样的直径d和高度l，计算圆柱体透水混凝土试样的表面积a；
步骤2：将试样四周密封内裹于橡胶套管中，以防止水流从试件与橡胶套管之间流过；
步骤3：将橡胶套管连接于透水圆筒和过渡管之间；
步骤4：将止水阀门打开，打开供水阀门，使水流入透水圆筒中，并通过试样渗透至溢流管内，待溢流管中溢流口有水流出后，关闭供水阀门和止水阀门；此时透水圆筒和溢流管中保持一定水位差；打开止水阀门，待透水圆筒中水位降至第一刻度h1时开始计时，至水位降至第二刻度h2时计时终止；
步骤5：记录透水圆筒的两次水位之差h＝h1-h2，用温度计测量试验中溢流水槽中水的温度t；计算透水系数
进一步，所述步骤4中供水阀门提供的水流是无气水。
进一步，所述透水混凝土试样在进行试验前进行抽真空操作，排除透水混凝土中的空气。
本发明的有益效果如下：
本发明的透水混凝土透水系数测试装置和方法，可以用于测量固定水位透水系数和变动水位透水系数。测试装置使用橡胶套管包裹密封透水混凝土试件，外侧使用金属环箍同透明圆筒和连接管固定，保证测试装置的密封性。测试装置中带有可调节水量供水阀门，便于调节流入透水圆筒水量，保证固定水位透水系数测试的准确性，带有止水阀门，保证变动水位透水系数测试的准确性。同时，试样安装完成后，可以先后测量两种透水系数，减少由于试样密封及测试装置安装差异带来的误差，便于两种透水系数的比较。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明透水混凝土透水系数测试装置的示意图；
图中，1、透水圆筒，2、供水阀门，3第一金属环箍，4、第二金属环箍，5、第一连接管，6、橡胶套管，7、溢流管，8、量杯，9、过渡管，10、第二连接管，11、供水管，12、溢流口，13、止水阀门。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明一种测量透水混凝土透水系数的测试装置，用于测量圆柱体透水混凝土试样的固定水位透水系数和变动水位透水系数。该装置包括供水阀门2、供水管11、透水圆筒1、橡胶套管6、金属箍、连接管、止水阀门13、溢流管7和量杯8等。供水阀门2和供水管11连接入水管道为测试装置提供无气水，供水阀门2为可调节流量阀门。透水圆筒1为内径与透水混凝土试样直径相同或相仿的透明材质圆筒，并带有刻度标识。橡胶套管6内径略小于透水圆筒1外径。溢流管7为透明材质圆筒，上装有漏斗形的溢流口12。量杯8设置在溢流管7的溢流口12下，在量杯8中应设有温度计。溢流口12高度高于橡胶套管6，透明圆筒1高度高于溢流管7中溢流口12的高度。13止水阀门位于透水圆筒1和溢流管7之间。
本技术方案用于测量透水混凝土的固定水位和变动水位透水系数，测量装置一侧为透水圆筒1，下部为试样，试样四周涂抹凡士林或防水涂料，并缠绕防水胶带或防水布，外用橡胶套管6包裹试件，橡胶套管6下侧为连接管，连接管中装有止水阀门13，测试装置另一侧为溢流管7，溢流管7下侧与连接管相连。透水混凝土试件包裹在橡胶套管6内，橡胶套管6通过环箍与透水圆筒1和连接管相连。凡士林或防水涂料、防水胶带或防水布及橡胶套筒1保证了透水混凝土试件侧面的密封性，提高了透水系数测试的精度。
为保证测试装置的密封性，透水圆筒1与连接管及溢流管的外径和厚度相一致。所用橡胶套管长度大于试样高度，两端同透水圆筒与连接管相连，橡胶套管外侧使用金属环箍旋紧以保证测试装置的密封性。
为保证测试装置的稳定性，测试装置安装完毕后应使用支撑脚安放于水平桌面，并在测试过程中保持测试装置呈垂直状态。
为保证测试装置上下衔接紧密，所述透水圆筒、连接管和溢流管外径保持一致，并与橡胶套管内径相同。透水混凝土试件外径同橡胶套管内径相同。
为保证测试装置水流的调节与止回，所述供水阀门2为可调节流量阀门，止水阀门13为不可调节流量的止水阀。
如图1所示，是本发明的优选实施例，透水混凝土透水系数的测试装置包括供水阀门2、供水管、透水圆筒1、橡胶套管6、第一金属环箍3、第二金属环箍4、连接管、止水阀门9、溢流管7和量杯8。连接管优选为如图1所示的分体式结构，即连接管包括第一连接管5、过渡管9和第二连接管10。供水阀门2和供水管11连接入水管道，为测试装置提供无气水，供水阀门2为可调节流量阀门。透水圆筒1为内径与透水混凝土试样直径相同或相仿的透明材质圆筒，并带有刻度标识。橡胶套管6内径略小于透水圆筒1外径。溢流管7为透明材质圆筒，上装有漏斗形的溢流口；量杯8设置在溢流管7的溢流口下，在量杯中应设有温度计；溢流口高度高于橡胶套管6，透明圆筒1高度高于溢流管中溢流口的高度。止水阀门9位于透水圆筒1和溢流管7之间。
测量装置一侧为透水圆筒1，下部为试样，试样四周涂抹凡士林或防水涂料，并缠绕防水胶带或防水布，外用橡胶套管6包裹试件，橡胶套管6下侧为第一连接管5，第一连接管5与过渡管9的一端连接，过渡管9中装有止水阀门9，测试装置另一侧为溢流管7，溢流管7下侧与第二连接管10相连，第二连接管10与过渡管9的另一端连接。透水混凝土试件包裹在橡胶套管6内，橡胶套管6通过第一金属环箍3和第二金属环箍4分别与透水圆筒1和连接管5相连。凡士林或防水涂料、防水胶带或防水布及橡胶套管6保证了透水混凝土试件侧面的密封性，提高了透水系数测试的精度。
本实例中，透水圆筒1和溢流管7采用透明有机玻璃材质，连接管采用pvc材料，橡胶套管6采用橡胶材质。透水圆筒1外径为80mm，高度为600mm，为便于读取水位，圆筒外壁带有刻度标识。溢流管7外径为80mm，高度为500mm。透水混凝土试件外径为80mm，高度为100mm。橡胶套管6内径为80mm，高度为140mm。
下面结合图1对本发明的操作步骤进行说明，透水混凝土透水系数测试方法，采用上述透水混凝土透水系数测试装置，包括如下步骤：
1.取圆柱体透水混凝土试样，用钢直尺测量圆柱试样的直径(d)和高度(l),分别测量两次，取平均值，读数精确值1mm，计算圆柱体试样的表面积(a)。
2.将试样四周涂抹凡士林或防水涂料，并缠绕防水胶带或防水布，外用橡胶套管包裹，以防止水流从试件与橡胶套管之间流过。调整透水混凝土试样至橡胶套管中间位置，上下各留出20mm。
3.将橡胶套管上下端套在透水圆筒、连接管上，使透水圆筒、连接管同试样相接。并在橡胶套管的外侧使用金属环箍旋紧将橡胶套管同透水圆筒、连接管密封。
4.将测试装置的止水阀门打开，打开供水阀门，使水流入透水圆筒中，并通过试样渗透至溢流管内，待溢流管中溢流口有水流出后，调节供水阀门进水量，使透水圆筒内保持一定的水位高度(约150mm),待溢流管的溢流口和透水圆筒的溢流口的流水量稳定后，用量筒从溢流管的溢流口处接水，同时记录5min流出的水量(q)。
5.测量透水圆筒的水位与溢流口水位之差，(h)，精确至1mm。用温度计测量试验中溢流水槽中水的温度(t)，精确至0.5℃。
6.重复步骤4、5三次，取q、h、t平均值。
固定水位透水系数按下式计算：
式中kt---水温为t℃时试样的透水系数(mm/s)；
q---时间t秒内溢流出的水量(mm3)；
l---试样的高度(mm)；
a---试样的上表面积(mm2)；
h---水位差(mm)；
t----时间(s)。
试验结果以3块试样的平均值表示，计算精确至1.0×10-2mm/s。
本试验以15℃水温为标准温度，标准温度下的透水系数应按下式计算：
式中k15---标准温度时试样的透水系数(mm/s)；
ηt---t℃时水的动力黏滞系数(kpa·s)；
η15---15℃时水的动力黏滞系数(kpa·s)。
7.测试结束完成后，松开连接透水圆筒、连接管和橡胶套管的金属环箍，取出橡胶套管中试样，将测试装置洗净保存。
为减小误差，提高试验精度，所述步骤4中供水阀门提供的水流宜使用无气水。
(2)变动水位法透水系数：
1.与上述固定水位法相同。
2.与上述固定水位法相同。
3.与上述固定水位法相同。
4.将透水系数测试装置的止水阀门打开，打开供水阀门，使水流入透水圆筒中，并通过试样渗透至溢流管内，待溢流管中溢流口有水流出后，关闭供水阀门和止水阀门。此时透水圆筒和溢流管中保持一定水位差。打开止水阀门，待透水圆筒中水位降至第一刻度(h1)时开始计时，至水位降至第二刻度(h2)时计时终止。
5.记录透水圆筒的两次水位之差，(h＝h1-h2)，精确至1mm。用温度计测量试验中溢流水槽中水的温度(t)，精确至0.5℃。
变动水位透水系数按下式计算：
式中kt′---水温为t℃时试样的透水系数(mm/s)；
h---试验水位差(mm)；
t----试验持续时间(s)。
试验结果以3块试样的平均值表示，计算精确至1.0×10-2mm/s。
变动水位透水系数温度调整公式同固定水位透水系数。
为减小误差，提高试验精度，所述步骤4中供水阀门提供的水流宜使用无气水。
透水混凝土试样在进行试验前需放入抽真空装置，进行抽真空操作，排除透水混凝土中的空气。
本发明所采用的密封方式为在试件四周涂抹凡士林或防水涂料，并缠绕防水胶带或防水布，外用橡胶套管包裹试件，试验采用多重密封方式相结合，密封紧密，避免侧面漏水。实验操作简便，测量准确，设计合理，易于推广。
本发明的橡胶套管上下分别套在透明圆筒和连接管上，外用金属环箍旋紧。保证了测试装置连接部分紧密，避免连接处漏水。测试装置安装试样方便，拆卸方便，试样通过橡胶套管密封，橡胶套管同透明圆筒和连接管通过金属环箍密封，保证了测试装置的精确性。
透水混凝土透水系数测试装置存在的普遍问题在于试件密封性不好，部分水分会从试件与密封材料之间流出，影响试验结果的准确性。同时无法对比研究两种类型透水系数之间的关系。
综上所述，本发明的一种透水混凝土透水系数的测试装置和测试方法，可用于测试固定水位透水系数和变动水位透水系数。本发明的装置包括供水阀门、供水管、透水圆筒、橡胶套管、金属箍、连接管、止水阀门、溢流管和量杯；测量装置一侧为透水圆筒，下部为试样，试样四周涂抹凡士林或防水涂料，并缠绕防水胶带或防水布，外用橡胶套管包裹试件，橡胶套管下侧为连接管，连接管中装有止水阀门，测试装置另一侧为溢流管，溢流管下侧与连接管相连。透水混凝土试件包裹在橡胶套管内，橡胶套管通过环箍与透水圆筒和连接管相联。透水圆筒为内径与透水混凝土试样直径相同或相仿的透明材质圆筒，并带有刻度标识；溢流管为透明材质圆筒，上装有漏斗形的溢流口。凡士林或防水涂料、防水胶带或防水布及橡胶套筒保证了透水混凝土试件侧面的密封性，提高了透水系数测试的精度。调整供水阀门和止水阀门的开闭状态，可以使测试装置用于测试固定水位透水系数和变动水位透水系数。
以上所述本发明的较佳实施案例为启示，相关人员可以在不偏离本发明技术思想的基础上进行适当变更和改进。本发明的技术性范围不局限于说明书内容，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。