混凝土透水系数测定仪的制作方法

1.本实用新型涉及测量技术领域，尤其涉及一种混凝土透水系数测定仪。


背景技术：

2.随着经济的发展和城市建设步伐的加快，城市的地表逐步被建筑物和混凝土路面覆盖，这给城市的生态环境带来诸多的不利影响。不透水混凝土铺筑的路面缺乏透水性和透气性，雨水不能渗入地下，致使地面很难与空气进行热量和水分的交换，并使城市地表缺乏对温度和湿度的调节能力，进而产生“热岛效应”。透水混凝土制品在建设“海绵城市”、改善水环境和减少“热岛效应”等方面具有重要的作用。透水系数是评价透水混凝土制品透水性能的重要指标，在测定透水系数方法上，目前已取得一些成果，有的已纳入国家标准，如《透水路面砖和透水路面板》(gb/t 25993)附录c中描述的测试仪器。
3.相关技术中，在透水系数测定过程中，由于水位变化，作用于混凝土试样的水压会发生变化，导致透水系数的测试结果误差较大，透水系数的测量精度不高。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种混凝土透水系数测定仪，能够减弱水位变化对透水系数测定的影响，提高透水系数的测量精度。
5.根据本实用新型实施例的混凝土透水系数测定仪，包括：
6.测试组件，包括储水箱、溢流水箱、透水圆管、升降组件、液位计和真空泵，所述储水箱位于所述溢流水箱的上方，所述储水箱设有容置腔，所述储水箱还设有与所述容置腔连通的第一进水口、第一出水口、第一溢流口和第一出气口，所述第一进水口能够打开或封闭，所述第一溢流口能够打开或封闭；所述溢流水箱设有溢流槽，所述溢流槽设有开口，所述溢流水箱还设有与所述溢流槽连通的第二溢流口；所述透水圆管设有通孔，所述通孔用于安装混凝土试样，所述透水圆管的上端可拆卸地固定于所述储水箱，且所述通孔的上端与所述第一出水口连通，所述透水圆管的下端插设在所述溢流槽的所述开口中，所述通孔的下端能够打开或封闭；所述升降组件用于调节所述储水箱和所述溢流水箱之间的高度差，所述液位计用于测量所述容置腔内的水位，所述真空泵设有吸气口，所述吸气口能够与所述第一出气口连通或隔断，所述真空泵用于抽取所述容置腔中的气体；
7.计量组件，包括容器和计量秤，所述容器用于接收所述第二溢流口溢出的水，所述计量秤用于称量所述容器内的水的质量。
8.根据本实用新型实施例的混凝土透水系数测定仪，至少具有如下有益效果：储水箱设有与容置腔连通的第一进水口、第一出水口、第一溢流口和第一出气口，透水圆管设有通孔，通孔用于安装混凝土试样，透水圆管的上端可拆卸地固定于储水箱，由此方便将透水圆管拆下，并安装混凝土试样，升降组件用于调节储水箱和溢流水箱之间的高度差，通过提升调节储水箱和溢流水箱之间的高度差，也有助于拆卸透水圆管；通孔的上端与第一出水
口连通，通孔的下端能够打开或封闭，第一进水口能够打开或封闭，第一溢流口能够打开或封闭，真空泵用于抽取容置腔中的气体，由此在通孔、第一进水口和第一溢流口均封闭的情况下，真空泵能够对容置腔进行抽真空，进而抽出混凝土试样中的空气，减少混凝土试样中的空气对透水系数测定的干扰，完成透水系数检测前的准备工作；第一进水口打开时，容置腔能够通入无气水(水中溶解的气体被抽离的水)，进而对混凝土试样进行透水系数检测前的湿润工作，以及进行透水系数的检测；升降组件用于调节储水箱和溢流水箱之间的高度差，可将第一溢流口和第二溢流口之间的高度差调整为测试标准规定的15cm，能够使混凝土透水系数的测定符合国标要求；液位计用于测量容置腔内的水位，由此容置腔内的水位发生波动时，液位计会进行记录，从而将水位的误差值计入第一溢流口和第二溢流口之间的高度差中，水位变化对透水系数测定的影响减弱，透水系数的测量精度得以提高。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述测试组件还包括筛网，所述筛网用于降低从所述第一进水口进入的水流的流速。
10.根据本实用新型的一些实施例，还包括制水组件，所述制水组件包括制水水箱、水泵、加热器和温度传感器，所述制水水箱设有制水腔，所述制水水箱还设有与所述制水腔连通的第二进水口、第二出水口和第二出气口；所述加热器用于加热所述制水腔中的水，所述水泵设有第三进水口和第三出水口，所述第三进水口能够与所述第二出水口连通或隔断，所述第三出水口能够与所述第一进水口连通或隔断；所述温度传感器用于检测所述制水腔中的水的温度；所述真空泵的所述吸气口还能够与所述第二出气口连通或隔断，所述真空泵还用于抽取所述制水腔中的气体。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述制水组件还包括搅拌器，所述搅拌器用于搅动所述制水腔中的水。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述温度传感器包括热电偶。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述加热器包括电热管。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述透水圆管的内壁设有台肩，所述台肩用于支撑所述混凝土试样。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述透水圆管的上端与所述储水箱螺纹连接。
16.根据本实用新型的一些实施例，所述计量秤为电子台秤。
17.根据本实用新型的一些实施例，所述测试组件还包括支架，所述储水箱与所述支架固定连接，所述升降组件包括电动升降平台或液压升降平台，所述电动升降平台或所述液压升降平台用于升降所述溢流水箱。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
20.图1为本实用新型实施例的混凝土透水系数测定仪的示意图；
21.图2为图1中混凝土透水系数测定仪的储水箱的剖视图；
22.图3为图1中混凝土透水系数测定仪的溢流水箱的剖视图；
23.图4为本实用新型另一实施例的混凝土透水系数测定仪的示意图；
24.图5为图4中混凝土透水系数测定仪的制水水箱的剖视图。
25.附图标记：测试组件100、升降组件110、支架120、溢流水箱130、溢流槽131、第二溢流口132、开口133、透水圆管140、通孔141、台肩142、储水箱150、第一进水口151、第一出气口152、容置腔153、第一溢流口154、第一出水口155、筛网160、真空泵170、第一气管171、第一气阀172、第二气管173、第二气阀174、液位计180、集水箱190；
26.计量组件200、计量秤210、容器220；
27.制水组件300、水泵310、制水水箱320、制水腔321、第二出水口322、排水孔323、第二进水口324、第二出气口325、温度传感器330、加热器340、搅拌器350；
28.plc400。
具体实施方式
29.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
32.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
33.本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
34.参照图1至图3，根据本实用新型实施例的混凝土透水系数测定仪，包括测试组件100和计量组件200。测试组件100包括升降组件110、溢流水箱130、透水圆管140、储水箱150、真空泵170和液位计180。储水箱150位于溢流水箱130的上方，储水箱150设有容置腔153，储水箱150还设有与容置腔153连通的第一进水口151、第一出气口152、第一溢流口154和第一出水口155，第一进水口151能够打开或封闭，第一溢流口154能够打开或封闭。溢流水箱130设有溢流槽131，溢流槽131设有开口133，溢流水箱130还设有与溢流槽131连通的第二溢流口132。
35.透水圆管140设有通孔141，通孔141用于安装混凝土试样，透水圆管140的上端可
拆卸地固定于储水箱150，且通孔141的上端与第一出水口155连通，透水圆管140的下端插设在溢流槽131的开口133中，通孔141的下端能够打开或封闭。升降组件110用于调节储水箱150和溢流水箱130之间的高度差，液位计180用于测量容置腔153内的水位。真空泵170设有吸气口，吸气口能够与第一出气口152连通或隔断，真空泵170用于抽取容置腔153中的气体。
36.计量组件200包括计量秤210和容器220，容器220用于接收从第二溢流口132溢出的水，计量秤210用于称量容器220内的水的质量。
37.结合上述，储水箱150设有与容置腔153连通的第一进水口151、第一出水口155、第一溢流口154和第一出气口152，透水圆管140设有通孔141，通孔141用于安装混凝土试样，透水圆管140的上端可拆卸地固定于储水箱150，由此方便将透水圆管140拆下，并安装混凝土试样；升降组件110用于调节储水箱150和溢流水箱130之间的高度差，通过提升调节储水箱150和溢流水箱130之间的高度差，也有助于拆卸透水圆管140。
38.通孔141的上端与第一出水口155连通，通孔141的下端能够打开或封闭，第一进水口151能够打开或封闭，第一溢流口154能够打开或封闭，真空泵170用于抽取容置腔153中的气体，由此在通孔141、第一进水口151和第一溢流口154均封闭的情况下，真空泵170能够对容置腔153进行抽真空，进而抽出混凝土试样中的空气，减少混凝土试样中的空气对透水系数测定的干扰，完成透水系数检测前的准备工作。
39.第一进水口151打开时，容置腔153能够通入无气水(水中溶解的气体被抽离的水)，进而对混凝土试样进行透水系数检测前的湿润工作，以及进行透水系数的检测。升降组件110用于调节储水箱150和溢流水箱130之间的高度差，由此可将第一溢流口154和第二溢流口132之间的高度差调整为测试标准规定的15cm，通过设置升降组件110，能够使混凝土透水系数的测定符合国标要求。液位计180用于测量容置腔153内的水位，由此容置腔153内的水位发生波动，液位计180会进行记录，从而将水位的误差值计入第一溢流口154和第二溢流口132之间的高度差中，水位变化对透水系数测定的影响减弱，透水系数的测量精度得以提高。
40.具体的，第一进水口151的打开或封闭，可通过阀门实现，即在第一进水口151上安装水管，水管上安装阀门，通过阀门控制第一进水口151的打开或封闭。为方便自动控制，阀门一般使用电磁阀。
41.第一溢流口154的打开或封闭、通孔141的下端能够打开或封闭，均与第一进水口151类似，在此不重复叙述。需要说明的是，透水圆管140的下端会浸泡在水中，因此通孔141的打开或封闭可通过手动控制的小球阀实现。
42.具体的，测试组件100还包括第一气管171和第一气阀172，第一气管171的一端与真空泵170的吸气口连接，第一气管171的另一端与第一出气口152连接，第一气管171上设有第一气阀172。由此，第一气阀172打开后，吸气口即可与第一出气口152连通；第一气阀172关闭后，吸气口即可与第一出气口152隔断。
43.具体的，测试组件100还包括集水箱190，集水箱190用于收集第一溢流口154溢出的水。通过设置集水箱190，可回收利用溢出的水。
44.参照图1和图2，需要说明的是，附图标记160所指示的虚线即代表筛网。在本实用新型的一些实施例中，测试组件100还包括筛网160，筛网160用于降低从第一进水口151进
入的水流的流速。筛网160可降低从第一进水口151进入的水流的流速，由此可降低容置腔153中水的波动幅度，从而有利于第一溢流口154和第二溢流口132之间的高度差趋于稳定，使透水系数的测量更为标准。
45.具体的，筛网160可消耗水流的动能，进而降低水流的流速。筛网160可绑扎固定在水管接头上，而水管接头插设在第一进水口151中，水管接头与储水箱150之间用密封圈密封，水管接头用于与外界的水管连接。
46.参照图4和图5，在本实用新型的一些实施例中，混凝土透水系数测定仪还包括制水组件300，制水组件300包括水泵310、制水水箱320、温度传感器330和加热器340。制水水箱320设有制水腔321，制水水箱320还设有与制水腔321连通的第二出水口322、第二进水口324和第二出气口325。加热器340用于加热制水腔321中的水。水泵310设有第三进水口和第三出水口，第三进水口能够与第二出水口322连通或隔断，第三出水口能够与第一进水口151连通或隔断。温度传感器330用于检测制水腔321中的水的温度。真空泵170的吸气口还能够与第二出气口325连通或隔断，真空泵170还用于抽取制水腔321中的气体。
47.由此，制水水箱320通过第二进水口324送入自来水之后，可通过加热器340加热制水腔321中的水，使制水腔321中的水高于环境温度3～4℃。制水腔321中的水的温度可通过温度传感器330进行控制，即制水腔321中的水的温度低于环境温度与3℃的和时，温度传感器330反馈电信号给plc400，plc400连通加热器340的电路，加热器340通电工作，对制水腔321中的水进行加热；当制水腔321中的水的温度高于环境温度与4℃的和时，温度传感器330反馈电信号给plc400，plc400断开加热器340的电路，加热器340断电，加热器340不再加热制水腔321中的水。
48.在加热器340加热制水腔321中的水的同时，真空泵170还通过第二出气口325抽取制水腔321中的气体，从而使制水腔321中的水成为无气水。具体的，真空泵170通常将制水腔321抽真空至90kpa(标准大气压约为101kpa)，直至制水腔321中的水无气泡冒出。
49.制水腔321中的水加热至设定温度，并抽成无气水后，即可通过水泵310将无气水送入至储水箱150，无气水用于透水系数的测定。
50.通过设置制水组件300，可方便地获取具有设定温度的无气水，从而方便透水系数的测定。
51.具体的，测试组件100还包括第二气管173和第二气阀174，第一气管171的一端、第二气管173的一端通过三通接头与真空泵170的吸气口连接，第二气管173的另一端与第二出气口325连接，第二气管173上设有第二气阀174。由此，第二气阀174打开后，吸气口即可与第二出气口325连通；第二气阀174关闭后，吸气口即可与第二出气口325隔断。
52.在另外的实施例中，制水水箱320还设有排水孔323，排水孔323与制水腔321连通，排水孔323用于排出制水腔321中的水。通过设置排水孔323，可在透水系数测定完成之后，将制水腔321中的水排出，减少水对制水水箱320的腐蚀。
53.参照图4，在本实用新型的进一步实施例中，制水组件300还包括搅拌器350，搅拌器350用于搅动制水腔321中的水。通过设置搅拌器350，可使制水腔321中的水加速流动，从而使制水腔321中上下层的水实现对流，加速完成热交换，水温更为均匀，制水腔321中的水能够更快完成加热。
54.在本实用新型的进一步实施例中，温度传感器330包括热电偶。热电偶具有结构简
单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点；另外，由于热电偶是一种无源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便。通过使用热电偶，有利于降低成本、提高测量精度。
55.在另外的实施例中，温度传感器330也可使用热电阻。
56.在本实用新型的进一步实施例中，加热器340包括电热管。电热管可将电能转化为热能，对制水腔321中的水进行加热。电能容易获取，且较为环保，通过使用电热管，可降低成本、保护环境。
57.在另外的实施例中，加热器340也可选择燃气加热装置。
58.在本实用新型的一些实施例中，透水圆管140的内壁设有台肩142，台肩142用于支撑混凝土试样。由此，当混凝土试样完成取样后，可直接将混凝土试样放入至透水圆管140中，混凝土试样与台肩142，即可完成混凝土试样的定位。通过设置台肩142，可方便快速地完成混凝土试样的安装。
59.具体的，台肩142为固定在透水圆管140的内壁的圆环。
60.在本实用新型的一些实施例中，透水圆管140的上端与储水箱150螺纹连接。螺纹连接较为方便，且螺纹连接密封性较好，透水圆管140与储水箱150的安装更为快速，安装之后密封性较好。
61.具体的，为提高密封性能，可增加密封垫，密封垫置于混凝土试样上方，透水圆管140与储水箱150螺纹连接后，储水箱150与混凝土试样夹紧密封垫，密封垫可对透水圆管140与储水箱150之间的缝隙进行密封。
62.在本实用新型的一些实施例中，计量秤210为电子台秤。电子台秤可直接显示容器220和容器220中的水的质量之和，使用较为方便。
63.在本实用新型的一些实施例中，测试组件100还包括支架120，储水箱150与支架120固定连接，升降组件110包括电动升降平台或液压升降平台，电动升降平台或液压升降平台用于升降溢流水箱130。电动升降平台或液压升降平台均可自动实现溢流水箱130的升降，使用较为方便。
64.结合上述，说明本实用新型实施例的混凝土透水系数测定仪的工作流程，需要说明的是，该工作流程是安装《gb/t25993-2010透水路面砖和透水路面板》标准中附录c透水系数测试方法执行的。
65.参照图4和图5，并适当参照图1，首先，将第二出水口322、排水孔323和第二出气口325关闭，打开第二进水口324，往制水水箱320的制水腔321中注入蒸馏水或自来水，注入水量到达设定值后(具体注入量视待检试样的透水能力决定)，关闭第二进水口324。
66.之后，通过plc400接通加热器340所在的电路，对制水腔321中的水进行加热，当温度传感器330实时监测制水腔321中的水的温度，当水温高于环境温度3～4℃时，plc400断开加热器340所在的电路，停止加热。在加热器340加热的同时，plc400接通搅拌器350所在的电路，搅拌器350开始搅拌制水腔321中的水。在加热器340加热的同时，打开第二气阀174，关闭第一气阀172，启动真空泵170，将制水腔321中的水抽真空至90kpa的真空度，直至吸气瓶中无气冒出为止，备用。
67.在对试验用水进行处理的同时，分别在三块产品上制取三个直径为73～75mm、厚度等于产品厚度的圆柱体作为混凝土试样，用游标卡尺测量混凝土试样的直径d和厚度l，
分别测量两次，取平均值，精确至0.1mm，将数据输入plc400中，计算试样的上表面积a。
68.通过升降组件110将溢流水箱130降至最低点，将透水圆管140拆下。将混凝土试样套设在硅胶套筒中，再将套有硅胶套筒的混凝土试样放置在透水圆管140的通孔141中，混凝土试样的下端与台肩142抵持。硅胶套筒可密封混凝土试样的四周，由此水仅从混凝土试样的上下表面透过。之后，在混凝土试样的上方放置一个密封垫，密封垫的外周面与透水圆管140抵持，密封垫的内径比硅胶套筒的内径小3～5mm，密封垫有助于密封透水圆管140与储水箱150之间的缝隙。最后，将透水圆管140与储水箱150连接固定。完成混凝土试样的安装。
69.之后，通过升降组件110将溢流水箱130升起至设定位置，使第一溢流口154的下沿和第二溢流口132的下沿之间的高度差为15cm，将该高度差记为h0。
70.封闭透水圆管140的通孔141的下端，并将第一进水口151和第一溢流口154封闭，打开第一气阀172，关闭第二气阀174，开启真空泵170，真空泵170抽取容置腔153、通孔141和混凝土试样中的空气，抽真空至90
±
1kpa，并保持30min。在保持真空的同时，打开第一进水口151和第二出水口322，开启水泵310，将准备好的无气蒸馏水或无气自来水泵入容置腔153中，当水完全覆盖混凝土试样，且水位高出混凝土试样10cm时，停止抽真空，并关闭水泵310，将混凝土试样浸泡20min。
71.混凝土试样浸泡完成后，打开第一进水口151和第二出水口322，开启水泵310，将准备好的无气蒸馏水或无气自来水继续泵入容置腔153中，当容置腔153中的水位高于第一溢流口154时，打开透水圆管140的通孔141的下端，以及打开第一溢流口154和第二溢流口132，使无气水透过混凝土试样流入至溢流槽131中。
72.当有无气水从溢流水箱130的第二溢流口132流出时，调节水泵310的功率(即调节容置腔153的进水流量)，待第一溢流口154和第二溢流口132流出的水量稳定后，检测液位计180与第一溢流口154的下沿的差值，在2min内，每5s记录一次差值，当2min内的各时间点的读数差值的绝对值不超过2mm时，认为容置腔153的水位已经稳定，此时可以进行透水系数检测。
73.开始检测时，电子台秤自动去皮(归零)。当测试时间到达300s时(时间精确到0.1s)，关闭第二溢流口132，plc400记录混凝土试样在300s内的流出水的质量m，并换算成水的体积q，精确到1ml。并且在300s，plc400每5s记录一次液位计180与第一溢流口154下沿的差值，取得差值的平均值(精确到1mm)，该平均值即为其中，当平均值为负数时，即容置腔153的水位低于第一溢流口154的下沿；当平均值为正值时，即容置腔153的水位高于第一溢流口154的下沿。
74.重复以上操作，每个混凝土试样测量三次，取平均值，然后在对另一块试样进行透水系数检测。
75.plc400计算得出实际水位差在检测时间内，plc400每5s记录一次容置腔153中水的温度，求得其平均值t，并精确到0.1℃。h0为150mm，试样上表面面积d为试样上表面直径，时间t为300s，试样厚度为l测量值，测量前输入到plc400中。
76.透水系数按利用公式计算，其中：
77.k
t
——水温为t℃时混凝土试样的透水系数，单位为厘米每秒(cm/s)；
78.q——时间t秒内的渗出水量，单位为毫升(ml)；
79.l——试样的厚度，单位为厘米(cm)；
80.a——试样的上表面积，单位为平方厘米(cm2)；
81.h——水位差，单位为厘米(cm)；
82.t——时间，单位为秒(s)。
83.计算结果以三块试样的平均值表示，计算精确至1.0
×
10-3
cm/s。
84.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。