本发明属于一种透水系数测定仪，尤其是一种采用数字流量计的可长时间进行自动测定的混凝土透水系数测定仪。
本发明还涉及一种试件密封连接装置，采用上下开口的筒形弹性密封套将试件与调压水箱进行密封连接，在试件下部设有可以调节试件与调压水箱之间垂直距离的支撑件。
背景技术：
透水混凝土在建设“海绵城市”、改善水环境、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性能的一个关键指标。对于如何准确便捷地测定透水系数，目前已取得一些研究成果，有的已纳入相关标准规范，如《透水路面砖和透水路面板》gb/t25993-2010、《透水砖》jc/t945-2005等，但相关的测试仪器均存在一定的不足。在透水量测量方面，现有的技术主要采用测量某一短时间内集水筒中水的重量或体积的方式，因受集水筒容积的限制，测试时间短，结果误差大；在水头控制方面，现有的技术主要采用在不同高度设置溢流管或带刻度测量管的方式，由于试件与调压水箱的位置相对固定，不能灵活调整试件的水头压力；在水量调节方面，现有的技术因溢流口径有限，对进水管路的控制要求较高，不易控制液面波动。此外，在试件的密封连接方面，现有的技术主要采用内衬柔性材料的刚性试件筒或夹板夹持的方式，构造复杂，密封效果差，无法适应不同截面形式（如圆形、正方形、矩形等）的试件。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种混凝土透水系数测定仪，克服现有技术的不足，增大测试周期，灵活调节水头，稳定控制水量。
与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种试件密封连接装置，构造简单，密封性好，可适用于不同截面形式的试件。
就混凝土透水系数测定仪而言，本发明的混凝土透水系数测定仪包括供排水系统、调压水箱、试件密封连接装置、测量系统和数据处理系统，测量系统包括透水管和数字流量计，数字流量计可采集透水管的流量数据，数据处理系统可根据预设条件对流量数据进行计算判定，求得试件的透水系数。数字流量计可选用涡轮流量计、涡街流量计或超声波流量计等，可测量瞬时流速、瞬时流量、累积流量等信息，并具有数字通信模块。
优选的，测量系统还包括压力测量模块。试件上部的水压与透水量直接相关，因此准确测量水压是保证结果准确的基础。单纯依靠溢流板来控制水头高度的方法，不能有效监控水位的波动情况（特别是测试周期较长的情况下）。压力测量模块可实时监控试件上部的真实压力，有效识别在整个测试周期内压力的波动情况。压力测量模块可采用ms5534c压力传感器，ms5534c压力传感器功耗低，内置温度测量和零点去皮功能，分辨率达0.01kpa，采用小型smd陶瓷结构，防腐蚀封胶保护，安装便捷。压力测量模块可将采集到的水压或温度数据传输至数据处理系统，用以计算试件的透水系数。
优选的，调压水箱内部设有溢流板，溢流板将调压水箱分隔为静压腔和溢流腔，静压腔设有进水口，溢流腔设有溢流口。调压水箱中液面的波动情况受溢流口径大小的影响，与溢流管或溢流槽相比，采用溢流板方式可最大限度扩大溢流口径，减少液面的波动，保证水压的平稳。
优选的，试件密封连接装置采用上下开口的筒形弹性密封套将试件与调压水箱进行密封连接。弹性密封套可选择合成橡胶或聚氨脂等高分子材料，具有良好的拉伸和抗撕裂性能，密封性好，耐磨、耐腐蚀。与刚性密封套相比，弹性密封套可不受试件或调压水箱截面形状的限制，能灵活调整试件与调压水箱的相对位置，密封效果好，使用成本低。
优选的，试件密封连接装置采用上下开口的筒形刚性密封套将试件与调压水箱进行密封连接。刚性密封套可选择工程塑料、人造复合板、轻质合金等材料，具有良好的机械性能，易于加工，不透水，耐腐蚀。与弹性密封套相比，刚性密封套强度高，拆装快，寿命长。
与现有技术相比，本发明的混凝土透水系数测定仪在透水量测量方面，可不受集水筒容积的限制，增大测试周期，减小结果误差；在水头控制方面，可灵活调整试件与调压水箱的相对位置，精确控制水头压力；在水量调节方面，大幅扩大溢流口径，减小液面波动，降低对进水管路的控制要求。
就试件密封连接装置而言，本发明的试件密封连接装置采用上下开口的筒形弹性密封套包裹试件侧面，弹性密封套的上部与调压水箱密封连接，试件下部设有可调节试件与调压水箱之间垂直距离的支撑件。
优选的，还设有弹性环箍，弹性环箍可辅助弹性密封套与调压水箱的密封或弹性密封套与试件的密封。弹性环箍可采用尼龙或不锈钢等材质，耐久性好，品种丰富，价格低廉。
优选的，还包括机械紧固密封部件。机械紧固密封部件可采用夹具方式，将弹性密封套的上部夹持于上下夹具之间，并用g形夹紧固密封，之后再将上夹具与调压水箱的下部进行连接。也可将上夹具与调压水箱合为一体。采用机械紧固密封部件便于试件的安装和拆卸，也适于方、圆等不同截面形式之间的转接。
优选的，弹性密封套与试件或弹性密封套与调压水箱采用粘结方式密封。采用密封胶粘结的方式来实现密封，效果可靠，易于维护，适用于长周期测试或不需要频繁拆装密封试件的场合。
优选的，还包括可在试件的上部横向撑开弹性密封套的横撑。在试件与调压水箱之间的自由段，弹性密封套由于存在收缩变形（特别是大尺寸方形试件转接小尺寸圆形调压水箱时），对试件上表面（特别是方形试件的4个角部）的受水面积将产生不利影响。在试件上部设置横撑可保证试件的有效受水面积，而且采用压力传感器监控试件上部实际水压时，也便压力传感器的安装固定。
与现有技术相比，本发明的试件密封连接装置构造简单，密封性好，经济实用，可适用于不同截面形式（如圆形、正方形、矩形等）的试件。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明混凝土透水系数测定仪的调压水箱的透视示意图；
图2是本发明混凝土透水系数测定仪的调压水箱的侧视图；
图3是本发明试件密封连接装置第一种实施方式的示意图；
图4是本发明试件密封连接装置第二种实施方式的示意图；
图5是本发明试件密封连接装置的横撑的示意图；
图6是本发明混凝土透水系数测定仪的集水箱和流量测量系统的示意图；
图7是本发明混凝土透水系数测定仪的压力传感器安装示意图；
图8是本发明混凝土透水系数测定仪第一种整体装配实施方式的示意图；
图9是本发明混凝土透水系数测定仪第二种整体装配实施方式的示意图；
图10是本发明混凝土透水系数测定仪第三种整体装配实施方式的示意图；
图11是本发明混凝土透水系数测定仪的圆形试件夹套的示意图；
图12是本发明混凝土透水系数测定仪的圆形试件夹套的俯视示意图；
图13是本发明混凝土透水系数测定仪第四种整体装配实施方式的示意图；
图14是本发明混凝土透水系数测定仪的方形试件夹套的俯视示意图；
其中：1、试件；2、调压水箱，21、溢流板，22、溢流腔，23、溢流口，24、静压箱，25、进水口，26、安装板；3、密封连接装置，31、弹性密封套，32、弹性环箍，33、横撑，34、支撑件，341、支撑网，342、支撑框，35、夹具，351、上夹具，352、下夹具，353、g形夹，36、拉杆，37、调位螺杆，38、试件夹套，39、转接筒；4、集水箱；5、测量系统，51透水管，52、数字流量计，53、流量线，54、压力传感器，55、压力线；6、供排水系统，61、进水管，62、溢流管，63、排水管，64、储水箱，65、调压阀；7、框体，71水箱平台，72、支撑平台；8、主机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来对本发明混凝土透水系数测定仪及试件密封连接装置做进一步的详细描述，以求更为清楚地理解本发明的结构组成、装配方法和使用方式，但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明混凝土透水系数测定仪的调压水箱如图1和图2所示。调压水箱2为方筒状，其内部被l形的溢流板21分割为溢流腔22和静压腔24，溢流腔22和静压腔24在溢流板21的上部相连通。在溢流腔22的外壁开有溢流口23，在静压腔24的外壁开有进水口25。为确保有效排水，溢流口23的孔径大于进水口25的孔径。
本发明试件密封连接装置第一种实施方式如图3所示。试件1和调压水箱2的截面均为圆形，弹性密封套31的下部紧密地套在试件1的侧面，弹性密封套31的上部紧密地套在调压水箱2的下端，为加强密封效果，在弹性密封套31的外周设有4个尼龙弹性环箍32。调压水箱2通过其外壁上的安装板26固定在框体7的水箱平台71上。试件1的下部设有圆片状的支撑件34，其内部为尼龙材质的支撑网341，外框为刚性的支撑框342，支撑框342通过拉杆36与调压水箱2上的安装板26相连。当试件1经密封并与调压水箱2的下端连接后，可通过拉杆36来调节试件1的上表面距调压水箱2中溢流板21上沿的距离，此距离即为水头高度。
本发明试件密封连接装置第二种实施方式如图4和图5所示。试件1的截面为方形，调压水箱2的截面为圆形。弹性密封套31的下部紧密地套在试件1的侧面，为加强密封效果，在弹性密封套31的外周设有2个不锈钢弹性环箍32。弹性密封套31的上部经夹具35与调压水箱2相连。上夹具351和下夹具352均为圆环状，其中上夹具351与调压水箱2为一个整体，弹性密封套31的上部介于上、下夹具之间，通过g形夹353紧固密封。试件1的下部设有方形的支撑件34，其内部为不锈钢材质且有凸凹的支撑网341，外框为刚性的支撑框342，支撑框342通过调位螺杆37支撑在框体7的支撑平台72上。当试件1经密封并与调压水箱2的下端连接后，可通过调位螺杆37来调节试件1的上表面距调压水箱2中溢流板21上沿的距离。为避免弹性密封套31的收缩变形而影响试件1上表面的受水面积，在试件1的上部设有十字形的横撑33。横撑33的尺寸与试件1相匹配，4个端部为球状，可在试件1的上部横向撑开弹性密封套31，从而保证试件1的有效受水面积。
本发明混凝土透水系数测定仪的集水箱和流量测量系统如图6所示。集水箱4的上部开口大于试件1的截面尺寸，其底部为斜面并与透水管51相连。透水管51的水平段上设有数字流量计52，数字流量计52可采集透水管51的流量数据，并经流量线53输出至主机8。透水管51中的水经排水管63排至储水箱64。
本发明混凝土透水系数测定仪的压力传感器的安装如图7所示。压力传感器54固定在横撑33上，其压力测量模块可采用ms5534c芯片，可实时采集试件1上部的水压数据，并经压力线55输出至主机8。
本发明混凝土透水系数测定仪第一种整体装配实施方式如图8所示。试件1和调压水箱2的截面均为圆形，弹性密封套31的下部紧密地套在试件1的侧面，为加强密封效果，在弹性密封套31的外周设有2个金属弹性环箍32，弹性密封套31的上部与调压水箱2的下端采用密封胶粘结密封。调压水箱2通过其外壁上的安装板26固定在框体7的水箱平台71上。试件1的下部设有金属支撑件34，支撑件34通过拉杆36与调压水箱2上的安装板26相连。压力传感器55粘贴在试件1的上表面，压力线55从调压水箱2的上部穿出后与主机8相连。数字流量计52的流量线53沿框体7的内壁与主机8相连。框体7的下部设有储水箱64，调压水箱2和储水箱64之间分别连接有进水管61和溢流管62，储水箱64内设有水泵。流经数字流量计52的水，经排水管63排至储水箱64。
当试件1经密封连接后，通过拉杆36调节试件1的上表面距调压水箱2中溢流板21上沿的距离，使其满足预定的要求。开启主机8，设置相关测试参数。启动水泵，储水箱64中的水经进水管61进入调压水箱2，其中一部分经溢流管62回流至储水箱64。另一部分透过试件1后，经集水箱4、数字流量计52、排水管63排至储水箱64。调节进水管61的流量至预定范围。在测试期间，数字流量计52将实时采集的透水量数据输出至主机8，压力传感器54将实时采集的水压数据输出至主机8。在预定的测试周期内，当透水量和水压的测试数据（包括瞬时值、平均值、极值、累积值、标准差等）均满足预定条件时，停止测试。关闭水泵，将水全部排至储水箱64。
本发明混凝土透水系数测定仪第二种整体装配实施方式如图9所示。试件1的截面为方形，调压水箱2的截面为圆形，弹性密封套31的下部与试件1采用密封胶粘结密封，弹性密封套31的上部紧密地套在调压水箱2的下端，为加强密封效果，在弹性密封套31的外周设有1个尼龙弹性环箍32。试件1的下部设有金属支撑件34，支撑件34由调位螺杆37支撑在框体7的支撑平台72上。压力传感器55嵌固在试件1的上表面。当试件1经密封连接后，通过调位螺杆37调节试件1的上表面距调压水箱2中溢流板21上沿的距离，使其满足预定的要求。开始测试后，当透水量和水压的测试数据均满足预定条件时，停止测试。
本发明混凝土透水系数测定仪第三种整体装配实施方式如图10至图12所示。刚性密封套采用两瓣式的试件夹套38，两瓣之间通过螺栓紧固连接，试件夹套38的上沿设有法兰盘。试件夹套38分为圆形和方形两种，可内衬弹性材料。本实施方式中，试件1的截面为圆形，调压水箱2的截面为方形，将弹性密封套31紧密地套在试件1的侧面，之后装入无内衬的圆形试件夹套38中，拧紧螺栓，通过转接筒39（上口为方形、下口为圆形）以法兰方式连接至调压水箱2的下端。压力传感器55安装在调压水箱2的侧壁内表面。开始测试后，当透水量和水压的测试数据均满足预定条件时，停止测试。
本发明混凝土透水系数测定仪第四种整体装配实施方式如图13和图14所示。刚性密封套采用两瓣式的试件夹套38，试件1和调压水箱2的截面均为方形，将试件1装入有弹性内衬的方形试件夹套38中，拧紧螺栓，再以法兰方式连接至调压水箱2的下端。调压水箱2在顶部经进水管61与储水箱64相连，其内部不设溢流板和溢流口。进水管61上设有调压阀65，压力传感器55固定在调压水箱2内，压力传感器55和数字流量计52均以无线方式与主机8相连。
启动水泵，储水箱64中的水经调压阀65进入调压水箱2，之后透过试件1经集水箱4、数字流量计52、排水管63排至储水箱64。在测试期间，数字流量计52将实时采集的透水量数据输出至主机8，压力传感器54将实时采集的水压数据输出至主机8。调压阀65可根据压力传感器55采集的水压数据实时调整进水管61的进水量，控制试件1上部的水压始终处于预定范围之内。在预定的测试周期内，当透水量和水压的测试数据均满足预定条件时，停止测试。
本发明混凝土透水系数测定仪的各种整体装配实施方式中，主机8中设有数据处理系统，在计算试件的透水系数时，以达西定律（式1）为理论基础。式中，k为透水系数，q为时间t内的透水量，l为试件的厚度，a为试件的截面积，h为水头压力，t为测试时间。
达西定律的适用条件包括：匀质材料、一维流动、稳定水头、稳定流量、稳定温度，即达西定律能在稳定的状态下（以下简称稳态）评价透水材料的透水系数。因此，如何判定测试条件达到稳态是透水系数结果准确的关键。从（式1）可知，在试件的厚度和截面积一定的前提下，透水系数测试结果的精确性主要取决于水头高度和测试时间。现在的技术主要是测量某一固定时间段内的总透水量，或者取某几个特定时间间隔时的透水量的平均值，对是否达到稳态不做判断。尤其在测试时间较短、液面波动较大、水头高度较小时，透水系数的计算结果误差较大。本发明中的数据处理系统可实时采集的流量、压力或温度数据对是否达到稳态进行判断。判断稳态需要考虑的因素可包括：瞬时数据（透水量、压力、温度）的波动情况，设定计算时间段内数据的波动情况，不同计算时间段内透水系数计算结果的波动情况（如以30min为1个计算时间段，在满足瞬时数据和段内数据波动限值的情况下，连续5个计算时间段的透水系数计算结果相差不超过2%且不是单调地朝一个方向变化）。当满足稳态条件时，计算并储存透水系数结果，测试结束，否则继续测试，直至达到稳态。
本发明的混凝土透水系数测定仪及试件密封连接装置的以上各实施例中，测试时间可任意设置，液面波动可大幅降低，在采用弹性密封套或调压阀时水头高度可人工调整，能够根据试件的透水性能有针对性地调整测试参数（如：计算时间段的长短、压力波动限值的大小、水头的高低），从而优化测试条件，进一步保证结果的准确可靠。
对于在非标准温度下进行的测试，由于受水的动力粘滞系数的影响，需要根据实际温度对透水系数的计算结果进行修正。ms5534c压力传感器内置温度测量功能，在测试期间可将水的温度同步输出至数据处理系统，从而方便实现对透水系数计算结果的修正。
在测试时间t内，试件的透水量q可根据透水管的流速和管道断面计算而得。此计算过程可以由数字流量计完成，也可以由数据处理系统完成。此外，数字流量计还可带有温度补偿功能，通过内设的修正量直接对在非标准温度下测得的透水量q进行温度修正。
除了上述实施例和使用方式说明外，本发明的混凝土透水系数测定仪及试件密封连接装置还存在其他类似的结构形式、装配方法和使用方式，同样可以完成本发明的目的。只要对于本领域技术人员来说是显而易见的变换和替代，均应落在本发明的保护范围之内。
1.一种混凝土透水系数测定仪，包括供排水系统、调压水箱、试件密封连接装置、测量系统和数据处理系统，其特征在于：所述测量系统包括透水管和数字流量计，所述数字流量计可采集所述透水管的流量数据，所述数据处理系统可根据预设条件对所述流量数据进行计算判定，求得试件的透水系数。
2.按权利要求1所述的混凝土透水系数测定仪，其特征在于：所述测量系统还包括压力测量模块，所述压力测量模块可采集试件上部的水压数据。
3.按权利要求1所述的混凝土透水系数测定仪，其特征在于：所述调压水箱内部设有溢流板，所述溢流板将所述调压水箱分隔为静压腔和溢流腔，所述静压腔设有进水口，所述溢流腔设有溢流口。
4.按权利要求1所述的混凝土透水系数测定仪，其特征在于：所述试件密封连接装置采用上下开口的筒形弹性密封套将试件与所述调压水箱进行密封连接。
5.按权利要求1所述的混凝土透水系数测定仪，其特征在于：所述试件密封连接装置采用上下开口的筒形刚性密封套将试件与所述调压水箱进行密封连接。
6.一种用于权利要求1所述混凝土透水系数测定仪的试件密封连接装置，采用弹性密封套将试件与所述调压水箱进行密封连接，其特征在于：所述弹性密封套的内壁为上下开口的筒形，所述试件位于所述弹性密封套的下部且其侧面被所述弹性密封套包裹，所述弹性密封套的上部与所述调压水箱为密封连接，所述试件下部设有支撑件，所述支撑件可调节所述试件与所述调压水箱之间的垂直距离。
7.按权利要求6所述的试件密封连接装置，其特征在于：还设有弹性环箍，所述弹性环箍可辅助所述弹性密封套与所述调压水箱的密封或所述弹性密封套与所述试件的密封。
8.按权利要求6所述的试件密封连接装置，其特征在于：还包括机械紧固密封部件。
9.按权利要求6所述的试件密封连接装置，其特征在于：所述弹性密封套与所述试件或所述弹性密封套与所述调压水箱采用粘结方式密封。
10.按权利要求6所述的试件密封连接装置，其特征在于：还包括横撑，所述横撑可在所述试件的上部横向撑开所述弹性密封套。
技术总结