一种植生型多孔混凝土透砂系数快速测定方法及装置与流程

本发明属于植生型多孔混凝土领域，具体涉及一种植生型多孔混凝土透砂系数快速测定方法及装置。

背景技术：

因普通混凝土的大量应用而引起的城市热岛效应、二氧化碳排放增多而导致的全球变暖、海平面上升等环境问题，严重威胁着人类的生存环境。国内外研究者逐渐将普通混凝土生态化，即通过调节混凝土的组分及配比，控制其强度、孔隙率、孔径等控制指标获得所需的生态多孔混凝土；将满足植被生长要求的多孔混凝土应用在屋顶、绿化带、边坡等处，对改善城市生态环境、清新空气具有重要作用。

而生态多孔混凝土的植草功能，关键在于其平均孔径的大小及允许植被根茎透过的能力；已有生态多孔混凝土孔结构的表征方法，如透水系数与孔隙率并不能准确表征其允许植被根茎透过的能力。透砂系数高的生态多孔混凝土则能为植被的根系伸入泥土提供渠道,因此，测定多孔混凝土透砂系数具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可快速测定植生型多孔混凝土透砂系数的方法和装置，通过本方法及装置来准确判断植生型多孔混凝土允许植被根茎透过的能力。

本发明提供的这种植生型多孔混凝土透砂系数快速测定方法，该方法采用的测定装置包括溜板、支撑箱体、挡板、罩筒和砂子回收箱；

溜板具有光滑表面，倾斜安装于支撑箱体内，挡板沿竖直方向连接于支撑箱体内溜板的上方，挡板的下沿与溜板之间有间隙，支撑箱体对应于溜板的下端有与溜板宽度一致的溜砂出口，使溜板、支撑箱体和挡板连接成漏斗状装置；罩筒的内腔尺寸与试件尺寸相同，高度大于试件的高度，回收箱的顶面开设有落砂口；

多孔混凝土试件采用不同粒径的粗骨料浇筑而成，每种粒径的试件分为单层、双层和三层三种，试件的平面尺寸相同；

将同一粒径的试件之一置于回收箱上对应落砂口处，用罩筒将试件的侧壁罩住；

测量回收箱的净重，记为m0，调整溜板与罩筒顶部的相对位置，向漏斗状装置中缓慢倾倒称量好的定量砂子，使砂子从挡板和溜板之间的间隙流出，从溜板的端部分散洒下将试件的上端面均匀覆盖，从砂子离开溜板端部时开始计时为t0，待砂子全部离开溜板的端部瞬间计时为t1，并停止计时；

挪开试件，测量砂子与回收箱的总重，记为m1；

计算得出混凝土试件的透砂系数：ρ1＝(m1-m0)/(t1-t0)，单位为g/s，通过公式ρ1＝(m1-m0)/(t1-t0)可以看出透砂系数为一定时间内透过植生型多孔混凝土砂子的质量与时间的比值；

分析选取合适的数据。

在一个具体实施方式中，混凝土试件需养护3天以上，使其达到一定强度。

在一个具体实施方式中，试件脱模后，待试件表面的附着物处理完毕且无杂物落下时再进行透砂系数的测定。

在一个具体实施方式中，试验用砂的粒径范围由植被根茎的直径确定，所述溜板的下端高于罩筒的顶部且与罩筒顶部之间有水平距离，水平距离的确定以砂子能均匀覆盖试件上端面为准。

本发明提供的这种植生型多孔混凝土透砂系数快速测定装置，包括溜板、支撑箱体、挡板、罩筒和回收箱；溜板、支撑箱体和挡板连接成漏斗状装置，溜板具有光滑表面，倾斜安装于支撑箱体内，挡板沿竖直方向连接于支撑箱体内溜板的上方，溜板的下沿与溜板之间有间隙，支撑箱体对应于溜板的下端有与溜板宽度一致的溜砂出口；罩筒的内腔尺寸与试件尺寸相同，高度大于试件高度，回收箱的顶面开设有落砂口；罩筒用于限制砂子散落范围，回收箱用于回收透过试件的砂子。

在一个实施例中，所述支撑箱体为一侧和顶面开口的长方体形箱体，溜板倾斜布置于支撑箱体的两长度方向侧板之间，溜板的下端与支撑箱体开口端底板的端面平齐，溜板与支撑箱体底板之间的夹角可调整，挡板沿竖直方向连接于支撑箱体的长度方向两侧板之间，挡板的下沿与溜板之间有间隙，使砂子呈单层流状流过溜板。

在一个实施例中，所述挡板的两侧开设有竖向插接槽，竖向插接槽的宽度与所述支撑箱体长度方向侧板的厚度一致，通过竖向插接槽与支撑箱体的长度方向侧板之间无缝连接。

在一个实施例中，所述支撑箱体的宽度为试件宽度的1/2～1/3。

在一个实施例中，所述回收箱的顶面对应落砂口的周围设置有承托框，试件的下端置于承托框上。

本发明的测试装置结构简单，所以制作简单快捷，既可在试件预制工厂使用，又能在施工现场使用，能快速测定多孔混凝土的透砂系数，试验用砂与混凝土试件均可循环使用，可多次测量透砂系数后取平均值，减小试验误差。本发明的测定方法，首次定义了透砂系数，即单位时间内透过砂的质量，能够定量分析植生型多孔混凝土允许植被根系透过能力，从而准确确定该多孔混凝土适应于种植哪种根茎的植被，保证种植的植被根茎很好的透过多孔混凝土。总之，本发明的试验方法及装置可定量分析多孔混凝土的孔结构与植被根系的结构相容性，能够快速、及时、准确测定透砂系数，为保证多孔混凝土的植被具有较长的生命周期与评价多孔混凝土植生性能具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的单层多孔混凝土试件的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的植生型多孔混凝土透砂系数测试装置示意图。

图中：1、薄木板；2、长方体形纸箱；3、木质挡板；4、纸筒；5、木质回形承托框；6、回收箱。

具体实施方式

本发明的采用不同粒径的粗骨料浇筑试件，每种粒径的试件分别浇筑三种：单层、双层和三层，各试件的平面尺寸相同。

本发明公开的这种植生型多孔混凝土透砂系数测试装置，包括溜板、支撑箱体、挡板、罩筒和回收箱。溜板、支撑箱体和挡板连接成漏斗状装置，溜板具有光滑表面，倾斜安装于支撑箱体内，挡板沿竖直方向连接于支撑箱体内溜板的上方，溜板的下沿与溜板之间有间隙，支撑箱体对应于溜板的下端有与溜板宽度一致的溜砂出口；罩筒的内腔尺寸与试件尺寸相同，高度大于试件高度，回收箱的顶面开设有落砂口；罩筒用于限制砂子散落范围，回收箱用于回收透过试件的砂子。

本发明公开的这种快速测定多孔混凝土透砂系数的方法，主要包括以下步骤：

(一)混凝土试件制备；

(二)试验装置安装调试；

(三)试件透砂系数测定；

(四)测试数据处理；

(五)装置精确度验证。

下面以一个具体实施例来说明本发明公开的植生型多孔混凝土透砂系数测定方法。

(一)混凝土试件制备

本实施例的试件分别利用粒径区间为9.5mm～16mm、16mm～19mm、19mm～26.5mm的粗骨料，与水泥、水，按照确定的水胶比和骨胶比，经搅拌和轻微振捣成型制成单层、双层和三层的九个多孔混凝土试件，各试件的平面尺寸均为150mm×150mm(单层是指粗骨料平铺为一层，无堆积，模型见图1，其它以此类推)。

浇筑试模采用150mm*150mm*150mm的普通混凝土试模，试模上方开口且可拆卸，试件需在标准养护室养护三天，以使试件达到一定强度，防止实验过程中试件破坏。

(二)测定装置安装调试

如图2所示，本实施例测定装置的支撑箱体采用长方体形纸箱，长方体形纸箱的宽度方向一侧面和顶面均为开口侧。溜板采用表面光滑的薄木板，挡板采用木质挡板，罩筒采用纸筒，纸筒的上端和下端均为开口端，回收箱采用长方体形的纸箱，纸箱的上侧开设有方形的落砂口。由于回收箱采用纸箱，所以在回收箱上落砂口的周围设置木质回形承托框。

具体安装步骤入如下：

(1)将长方体形纸箱、薄木板和木质挡板装配成漏斗状装置

薄木板1的宽度和长方体纸箱2的宽度相同，均为试件宽度的1/2～2/3，将薄木板倾斜安装于长方体形纸箱的两长度方向侧板之间，并使薄木板与长方体形纸箱底板之间的夹角为31°。再将木质挡板3插接于长方体形纸箱的两长度方向侧板上，在木质挡板上开设两竖向槽，竖向槽的宽度与长方体形纸箱侧板的厚度相同，两竖向槽之间的距离与长方体形纸箱的内宽相同，使木质挡板与薄木板及纸箱侧板紧密接触无缝隙确保不漏砂，同时木质挡板的下沿与薄木板的上表面之间预留3mm的间距，使砂子呈单层流状流过溜板。

(2)回收箱及木质回形框安装

回收箱采用211mm*206mm*98mm的纸箱，在纸箱的上表面中心开设134mm*134mm的方形孔后称取其净质量，记为m0；木质回形承托框的内腔尺寸为129mm*129mm，将木质回形承托框置于方形孔的正上方。

(3)制作罩住试件的纸筒

罩住试件的纸筒的内腔与试件的尺寸相同，高为220mm，上下端均为开口端。

(三)试件透砂系数测定

(1)待混凝土试件晾干至不粘附砂子，试验用砂烘干至质量不再发生变化，通过标准振筛机筛分粒径范围为1.16mm～2.36mm的砂子2kg；

(2)将9.5mm～16mm粗骨料制成的单层试件摆放在木质回形承托框的正上方，并用纸筒将试件罩住；

(3)调整已装配好的漏斗状装置的位置：将长方体形纸箱的宽度方向开口侧朝向纸筒，调整长方体形纸箱底面的宽度方向中心面与纸筒的相应方向的中心面共面，使薄木板下端端部距离纸筒相应侧顶部的水平距离为107mm，竖向距离为128mm，该水平距离、竖向距离及前面调整的薄木板与长方体形纸箱底板之间的31°夹角，确保砂子从薄木板端部洒向纸筒内均匀覆盖试件的上端面。由于试验用砂只有300g，溜砂过程中装置不会有移动，故无需固定，只需摆放好相对位置。

(4)用电子秤称取300g砂子于烧杯中，同时准备秒表；

向漏斗状装置中匀速、缓慢倾倒砂子，当砂子离开薄木板时开始计时，初始时刻记为t0；待300g砂子完全离开薄木板瞬间停止计时，此刻记为t1；

(5)透砂完成后，挪开木质回形承托框、试件与纸筒，利用电子秤称取砂子与回收箱的总质量，记为m1。

(四)数据处理

(1)根据记录的透砂初始时刻t0与结束时刻t1，计算透砂过程所用时长；由回收箱的净质量m0和砂子与回收箱的总质量m1，可计算透砂时间(t1-t0)内透过试件的砂子质量(m1-m0)。将数据带入下式可得该试件进行透砂实验的透砂系数ρ1。

ρ1＝(m1-m0)/(t1-t0)，式中，m0和m1的单位为g，t1和t0的单位为s。同一个试件反复测试三次，分别得出透砂系数ρ2和ρ3。

(2)同理，9.5mm～16mm粗骨料制成的单层、双层和三层试件分别进行测试，得出三个透砂系数。同理，其它两种16mm～19mm和19mm～26.5mm的粗骨料浇筑的试件参照上述步骤测试。

(3)数据选取原则：同一个试件三个透砂系数测试值的最大值或最小值中，如果有一个与中间值之差超过中间值的5％时，则舍去最大值和最小值取中间值；如果最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的5％，则该组试件的测试结果无效。经验算，该组数据的最大值或最小值与中间值之差分别为2.6％、0.39％，均未超过5％，即该组数据有效。最后各试件测定的透砂系数见下表：

(五)装置精确度验证

装置自验证：为进一步验证本测定装置的精确度，将19mm～26.5mm粒级的单层试件单独进行三次透砂系数测定。

实验数据见下表，最大值为17.76，中间值为17.35，最小值为16.92，最大值与中间值的差值为0.41，该差值为中间值的2.36％，中间值与最小值的差值为0.43，该差值为中间值的2.47％。由此可知，本发明公开的透砂系数测定方法的精确度可靠。