一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种透水材料的渗透系数测试装置，更具体地说，涉及一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置。

背景技术：

随着城市化的快速发展，硬质地表面积迅速增长，直接破坏了土壤可自然渗透雨水的功能，降雨时地表径流增加，造成城市热岛效应明显、内涝频发等一系列水、生态、环境问题。近年来，我国大力推行海绵城市建设，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。透水混凝土作为海绵城市建设中的重要材料，具有适宜的抗压和抗折强度，以及较好的透水性和耐久性。然而，透水混凝土在使用过程中，由于降雨而汇集到路面上的水流中含有大量粉尘颗粒，在排水过程中，这些粉尘颗粒会随水流不断进入透水混凝土内部的孔隙，部分颗粒会滞留在孔隙通道内，造成透水混凝土内部贯穿性孔隙的堵塞，导致其渗透性衰减，使用寿命缩短。因此，需及时检测透水混凝土路面的渗透性能，为路面的优化设计和养护措施的选取提供依据。

现有透水混凝土路面材料渗透系数测试主要以室内测试为主，工序较为复杂。现场测试装置和方法也有报道，如中国专利号ZL201510677350.6，授权公告日为2017年11月10日，发明创造名称为：透水路面系统渗透系数原位测试仪及测试方法，该申请案的原位测试仪包括路面系统、基础管件、测量管件和供水系统，其中基础管件竖直的安装于路面系统内，测量管件的底端与基础管件的顶端配合连接；供水系统包括出水管上设置的阀门和流量计。该申请案在一定程度上解决了透水混凝土路面渗透系数的原位测试问题，得到待测点处的渗透系数变化过程数据。但这种装置通过管件的设置来预留待测试样，阻碍了待测试样与周边材料的联通，导致堵塞颗粒无法从水平方向进入试样，因此模拟真实性较差，并且透水混凝土堵塞情况检测并不理想。另外，现有的渗透系数测试装置通常需要使用尺寸较高的溢流筒来实现渗透加压，造成测试装置的尺寸较大，不便于携带，对于现场测试较为不便；而且现有渗透系数测试装置需要较多传感元件来检测测试过程中的相关参数，结构和控制均较为复杂。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有透水混凝土渗透系数测试方案存在测试条件与透水路面真实工况相差较大、以及测试装置结构复杂、携带不便等不足，提供一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，采用本实用新型的技术方案，利用伺服电机驱动注射活塞缸来进行注水模拟渗透过程，根据伺服电机的注水转速即可换算出一定时间的渗透流量，并利用压力传感器检测渗透压力，渗透系数测试的各项数据获取更加精确且方便，提高了渗透系数的测试精度；并且测试装置无需大尺寸溢流筒，结构简单、体积小，便于携带，可实现透水混凝土路面的现场测试。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，包括供水装置和渗透装置，所述的供水装置包括控制器、伺服电机、传动机构、注射活塞缸、压力传感器、水箱和进水管，所述的控制器与伺服电机的控制信号输入端电连接，所述的伺服电机的驱动轴通过传动机构与注射活塞缸的活动端传动连接，用于将伺服电机的旋转运动转换为注射活塞缸活动端的直线运动，所述的注射活塞缸具有一注水腔，该注水腔一路通过第一截止阀与进水管相连，另一路通过第二截止阀与水箱相连，所述的压力传感器设于进水管的支路上，且压力传感器与控制器电连接；所述的进水管与渗透装置相连接。

更进一步地，所述的渗透装置包括进水头、密封卡箍、乳胶膜和试样夹具，所述的进水头与进水管相连接，所述的进水头的直径与试样的直径相匹配，所述的进水头底部通过乳胶膜与试样包裹形成一体，且进水头底部与乳胶膜通过密封卡箍封装连接，所述的试样夹具夹紧安装在封装后的试样外侧。

更进一步地，所述的进水头包括上部分和下部分，所述的上部分和下部分固定连接，并在上部分和下部分之间形成密封的空腔，所述的上部分的中部设有连接进水管的进水孔，该进水孔与空腔相连通，所述的下部分的底面均匀设有若干连通空腔的小通孔。

更进一步地，所述的上部分和下部分通过螺纹连接，所述的空腔的高度为5mm～10mm，所述的小通孔的直径为2.5mm～5mm。

更进一步地，所述的试样夹具由左右两个半圆筒组成，左右两个半圆筒的一侧通过铰链连接，另一侧通过锁紧扣连接。

更进一步地，所述的试样夹具的内侧壁上还设有橡胶圈。

更进一步地，所述的传动机构为丝杆螺母传动机构。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其利用伺服电机驱动注射活塞缸来进行注水模拟渗透过程，根据伺服电机的注水转速即可换算出一定时间的渗透流量，并利用压力传感器检测渗透压力，渗透系数测试过程中的各项数据获取更加精确且方便，提高了渗透系数的测试精度；并且测试装置无需大尺寸溢流筒，结构简单、体积小，便于携带，可实现透水混凝土路面的现场测试；

(2)本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其可将试样安装于透水混凝土路面预留孔内，且两者之间紧密配合，能实现堵塞颗粒的有效流通迁移，通过在真实的透水路面预留待测试样，提高透水混凝土路面的渗透系数测试精度；并且单次测试后，可将试样放回透水混凝土路面预留孔内，以便于下次的测试，便于得到不同阶段透水混凝土路面的渗透系数，以获取透水混凝土路面的堵塞情况；

(3)本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其通过控制器对伺服电机的转向进行控制，并配合两组截止阀的开闭，实现注射活塞缸的进水和出水；通过控制器对伺服电机的转速进行控制，可控制注射活塞缸的出水压力，满足不同堵塞程度试样的渗透测试要求；同时根据伺服电机的转速可精确计算出注射活塞缸的出水量，也就是流经试样的渗透流量，测试过程更加简单方便，测试效率和精度更高；

(4)本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其渗透装置的进水头采用组合式结构，可实现水流的进水、储蓄和分散，保证了水流均匀地渗透到试样内部；

(5)本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其渗透装置采用乳胶膜将进水头与试样包裹形成一体，并采用密封卡箍实现上部的密封，同时采用试样夹具夹紧封装后的试样，有效避免了水流从试样周围泄露，保证水流从试样顶端到底部的一维流动；

(6)本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其试样夹具由左右两个半圆筒组成，左右两个半圆筒的一侧通过铰链连接，另一侧通过锁紧扣连接，试样装夹简单方便；并且试样夹具的内侧壁上还设有橡胶圈，进一步提高了试样周围的密封性。

附图说明

图1为本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置中的进水头的结构示意图；

图3为本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置中的试样封装结构示意图；

图4为本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置中的试样夹具的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、控制器；2、伺服电机；3、传动机构；4、注射活塞缸；5、压力传感器；6、水箱；7、第一截止阀；7’、第二截止阀；8、进水管；9、进水头；9-1、上部分；9-2、空腔；9-3、下部分；9-4、进水孔；9-5、小通孔；10、密封卡箍；11、乳胶膜；12、试样；13、试样夹具；13-1、铰链；13-2、锁紧扣；14、橡胶圈。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1所示，本实施例的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，包括供水装置和渗透装置两部分，渗透装置用于装夹试样12，供水装置用于向渗透装置内的试样12注水来模拟渗透过程。其中，供水装置包括控制器1、伺服电机2、传动机构3、注射活塞缸4、压力传感器5、水箱6和进水管8，控制器1与伺服电机2的控制信号输入端电连接，用于控制伺服电机2的转向和转速，伺服电机2的驱动轴通过传动机构3与注射活塞缸4的活动端传动连接，用于将伺服电机2的旋转运动转换为注射活塞缸4活动端的直线运动，在本实施例中，传动机构3优选采用丝杆螺母传动机构，传动稳定，传动精度更高；当然，传动机构3也可采用其他能够将旋转运动转换为直线运动的传动机构，例如齿轮齿条传动机构等。注射活塞缸4具有一注水腔，该注水腔一路通过第一截止阀7与进水管8相连，另一路通过第二截止阀7’与水箱6相连，第一截止阀7与第二截止阀7’独立控制，可手动控制两者的开关，在本实施例中，第一截止阀7与第二截止阀7’一开一关，配合注射活塞缸4的伸缩方向即可实现注水腔的进水或出水，即当第一截止阀7关闭，第二截止阀7’打开，此时伺服电机2通过传动机构3带动注射活塞缸4活动端向左移动，即可将水箱6内的水吸入注水腔内，当第一截止阀7打开，第二截止阀7’关闭，此时伺服电机2通过传动机构3带动注射活塞缸4活动端向右移动，即可将注水腔内的水注入进水管8内，进水管8与渗透装置相连接，即可将水注入渗透装置来模拟试样12的渗透过程；压力传感器5设于进水管8的支路上，且压力传感器5与控制器1电连接，压力传感器5用于检测进水管8内的进水压力(即渗透压力)，并将检测得到的压力信息反馈给控制器1。由于注射活塞缸4的注水腔截面尺寸一定，因此根据其活动端向右移动的距离即可得知试样12的渗透流量，又由于注射活塞缸4的活动端移动距离与伺服电机2的转速有关，因此根据伺服电机2的转速即可计算出某一时间内的渗透流量。因此，采用上述的渗透系数测试装置，仅需记录一段时间间隔内的渗透压力及根据伺服电机的转速计算出该段时间内的渗透流量即可计算出透水混凝土试样的渗透系数。上述的供水装置通过控制器1对伺服电机2的转向进行控制，并配合两组截止阀的开闭，实现注射活塞缸4的进水和出水；通过控制器1对伺服电机2的转速进行控制，可控制注射活塞缸4的出水压力，满足不同堵塞程度试样的渗透测试要求；同时根据伺服电机2的转速可精确计算出注射活塞缸的出水量，也就是流经试样的渗透流量，测试过程更加简单方便，测试效率和精度更高。

为了提高测试准确性，需要保证渗透装置内的试样12侧面无漏水，为此，如图1和图3所示，本实施例中的渗透装置包括进水头9、密封卡箍10、乳胶膜11和试样夹具13，进水头9与进水管8相连接，进水头9的直径与试样12的直径相匹配，进水头9底部通过乳胶膜11与试样12包裹形成一体，且进水头9底部与乳胶膜11通过密封卡箍10封装连接，以避免水从乳胶膜11上端泄漏，上述的乳胶膜11优选直径略小于试样12外径的乳胶套，具有良好的弹性，便于将试样12与进水头包裹连接起来，并起到密封试样12外周的作用；试样夹具13夹紧安装在封装后的试样12外侧，通过试样夹具13对包裹有乳胶膜11的试样12进行夹紧，避免了水从试样12周围泄漏，保证水流从试样12顶端到底部的一维流动。另外，如图2所示，在本实施例中，进水头9采用组合式结构，其包括上部分9-1和下部分9-3，上部分9-1和下部分9-3固定连接，优选通过螺纹连接，并在上部分9-1和下部分9-3之间形成密封的空腔9-2，该空腔9-2的高度优选为5mm～10mm，上部分9-1的中部设有连接进水管8的进水孔9-4，该进水孔9-4与空腔9-2相连通，下部分9-3的底面均匀设有若干连通空腔9-2的小通孔9-5，该小通孔9-5的直径优选为2.5mm～5mm，采用上述结构的组合式进水头，可实现水流的进水、储蓄和分散，保证了水流均匀地渗透到试样内部。如图4所示，为了便于试样12的装夹，在本实施例中，试样夹具13由左右两个半圆筒组成，左右两个半圆筒的一侧通过铰链13-1连接，另一侧通过锁紧扣13-2连接，该锁紧扣13-2可通过螺栓来实现夹紧固定。使用时，将封装后的试样12放在两半夹具之间，将两半夹具闭合并锁紧即可，试样装夹简单方便。另外，试样夹具13的内侧壁上还设有橡胶圈14，橡胶圈14的软硬适中，进一步提高了试样周围的密封性。

本实施例的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其利用伺服电机驱动注射活塞缸来进行注水模拟渗透过程，根据伺服电机的注水转速即可换算出一定时间的渗透流量，并利用压力传感器检测渗透压力，渗透系数测试过程中的各项数据获取更加精确且方便，提高了渗透系数的测试精度；并且测试装置无需大尺寸溢流筒，结构简单、体积小，便于携带，可实现透水混凝土路面的现场测试。

本实施例的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置的测试方法，其通过供水装置向装有试样12的渗透装置注水以模拟试样12的渗透过程，利用控制器1控制伺服电机2在注水时的转速，并根据该转速换算得到一定时间间隔内的渗透流量，利用控制器1记录由压力传感器5获得的注水水流压力，通过以下计算公式得到试样12的渗透系数K：

式中，K为渗透系数(mm/s)；Δt为时间间隔(s)；Q为时间间隔Δt内的渗透流量(m³)；L为试样高度(mm)；ρ为水的密度(kg/m³)；g为重力加速度(N/kg)；P为压力传感器记录的水流压力，即渗透压力(Pa)；S为试样横截面积(m²)。

其具体包括以下具体步骤：

S1、每隔一定距离在透水混凝土路面上设置一定尺寸的预留孔数个，并采用相同透水混凝土材料制作与预留孔紧密配合的试样12置于预留孔内，同时对各个试样12进行编号；具体在本实施例中，每隔50m在透水混凝土路面上预留直径为50mm、高度为100mm的预留孔3个；与专利ZL201510677350.6相比，试样12安装于透水混凝土路面预留孔内，且两者之间紧密配合，能实现堵塞颗粒的有效流通迁移，通过在真实的透水路面预留待测试样，提高透水混凝土路面的渗透系数测试精度；

S2、将待测试样12从预留孔内取出，并充分浸泡，以免因试样12吸水造成的测量误差；并将浸泡后的试样12装入渗透装置内；具体地，试样12在渗透装置内的装夹采用前文介绍的结构，即将试样12与进水头9拼接后采用乳胶膜11包裹，并用密封卡箍10在上部将试样12封装，然后将封装好的试样12装入试样夹具13内固定夹紧；

S3、关闭第一截止阀7，打开第二截止阀7’，控制伺服电机2旋转以使注射活塞缸4的活动端向后移动，通过水箱6将注射活塞缸4右侧的注水腔注满水，同时将进水管8与渗透装置连接起来；

S4、打开第一截止阀7，关闭第二截止阀7’，并控制伺服电机2反向旋转以使注射活塞缸4的活动端向前移动，向渗透装置内的试样12注水模拟渗透过程；

S5、根据伺服电机2的注水转速计算得到一定时间间隔Δt内的渗透流量Q，并记录压力传感器5检测得到的渗透压力P，代入上述公式(1)计算出试样12的渗透系数K；

S6、重复步骤S2～S5，每个试样12采用三个不同的渗透压力分别进行测试，取平均值作为测试结果，以提高计算精度；测试结束后将试样12放回原预留孔内，以待下次测试，便于得到不同阶段透水混凝土路面的渗透系数，以获取透水混凝土路面的堵塞情况。

本实用新型的一种便携式透水混凝土路面渗透系数测试装置，其利用伺服电机驱动注射活塞缸来进行注水模拟渗透过程，根据伺服电机的注水转速即可换算出一定时间的渗透流量，并利用压力传感器检测渗透压力，渗透系数测试过程中的各项数据获取更加精确且方便，提高了渗透系数的测试精度；通过控制器对伺服电机的转速进行控制，可控制注射活塞缸的出水压力，满足不同堵塞程度试样的渗透测试要求；并且测试装置无需大尺寸溢流筒，结构简单、体积小，便于携带，可实现透水混凝土路面的现场测试。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。