一种测定塑性混凝土渗透系数的试验装置.pdf

水利水电技术第43卷2012年第6期 一 种 测 定 塑 性 混 凝 土 渗 透 系 数 的 试 验 装 置 张禾，姚坤，王飞 ( 山东省水利科学研究院，山东济南250013) 摘要：本文介绍了一种新研制的塑性混凝土渗透试验装置，重点阐述了其试验原理、仪器结构及测 定方法等内容。并通过塑性混凝土防渗墙工程的测定实例，验证了该渗透仪的性能是稳定可靠的。 关键词：塑性混凝土；渗透仪；渗透系数；压力室 中图分类号：_r V 44文献标识码：B文章编号：J000一0860(2012)06- 0097一03 Atesterf or m e舾l Iri ngpe肿eabm 姆e佑dent 0f pl 舔t icncret e ZH A N GH e，Y A 0 K un，W A N GFei (W aterR e80ur cRes earchIIl 8tit Ilte 0f Sh舳dorIgProvinee，Jin卸250013，Sh粕doIg，Cll i册) A bst m ct ：Anew lydevel opedt es t erf orm e鹊ung山epe啊eabi l i t ycoem ci蛳t of pl ast i cconc ret ei8intm ducedheIein，粕dtI len tle泐tingfIcip】e，de“。es劬clure蹦d陀埘e嬲Hng m e乇hodofi t 鹏also em Phat j cal l yexpa妇f edFu山e衄om ，tlle渺 f0咖ance0ft het e8I er i8dem on8t m t edt obe8t al )1e蚰d陀Ii abl e tlm ugl l粕actualm e硒udng c粕em ade帅a plasti c col l cr etecut 一 0仃w al l projecL Key哪rds：pl 幽6cc咖cre地；pe珊eab丑i l ytt e；pen肿abil时coem cient；Pr e88u他chaIIl l埘 1 引言 塑性混凝土作为一种新型高性能的柔性防渗体材 料，在我国是近20年才发展应用起来的。到目前为 止。国家还没有出台测试其抗渗性能的方法和技术标 准。也没有与之配套的测定仪器，在评价塑性混凝土 抗渗性能上多套用土工抗渗或混凝土抗渗的方法来估 算。 常规土工渗透试验运用的是达两稳定渗流原 理 ，达西定律所得到的渗透系数物理意义非常明 确，但是常规的土工渗透试验仪施加的渗透压力有 限，渗透试验时间极长( 一般试验至少需要300h以 上)心】，也很难解决试样侧壁的渗漏问题。混凝土渗 透试验方法有两种，逐级加压法和相对渗透系数 法bJ。混凝土逐级加压法试验结果粗略，不能准确 地反映塑性混凝土的实际抗渗能力，并且试验的最终 结果得不到渗透系数。相对渗透系数法，渗透系数是 通过渗透高度折算得到，其物理意义不明确，并且渗 透高度的测量中存在人为误差。因而该法更多是用 来进行样品之间抗渗性能的比较，所以用作求取塑性 胁研鼬删懈删柳dM E蟛删叼眦钉M6 混凝土的渗透系数并不恰当。因此，需要研制一台适 合于塑性混凝土的渗透试验装置，能够准确求取其渗 透系数，这对今后塑性混凝土的抗渗试验研究与实际 工程应用有着重要的意义。 为解决上述问题，笔者在分析了多种渗透试验装 置的基础上成功研制出一台测定塑性混凝土渗透特 性的试验装置。经过京沪高铁、南水北调东湖水库、 双王城水库、南四湖湖西堤加固等工程的塑性混凝土 防渗墙抗渗性能检测，实际应用效果良好 2塑性混凝土渗透仪的试验原理 21 塑性混凝土渗透仪的研制思路 ( 1) 采用螺旋紧同压力室的结构形式，通过对塑 性混凝土试样施加渗透压力和周围压力的方法解决渗 透试验观测时间长的问题。 (2) 压力源采用气压，通过密封水罐转换成水压。 收稿日期：20110919 基金项目：获实用新型专利(专利号：zL20l l 202410l O 6)。 作者简介：张禾(1971一)，女，高级1：程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张禾，等一种测定塑性混凝土渗透系数的试验装置 ( 3) 为解决在高渗透压力下试件的绕渗问题，在 试件周边均匀涂上硅橡胶，再在试件外套以乳胶膜， 并施加周同压力( 周围压力渗透压力) ，解决各种 可能的侧向渗漏问题。 ( 4) 为了满足一、二级配塑性混凝土试件的试验 要求，选用两种尺寸的圆柱体试件作为塑性混凝土仪 的标准试样尺寸。一级配塑性混凝土试件尺寸为 西100m m 60唧，二级配塑性混凝土试件尺寸为 曲150m m 120m m ，渗透系数的测试方向为试件高 度方向。 22塑性混凝土渗透仪的结构及工作原理 塑性混凝土渗透仪主要由两大部分组成：( 1) 压 力控制部分。包括压力控制柜、气压源、压力水箱、 调压阀、压力表等部件，其主要作用在于气压、水压 转换及施加压力，试验时可根据实际情况组合围压和 渗透压力。( 2)螺旋紧固压力室。由压力室罩、顶 帽、底座、密封件、上盖、立柱等组成。 塑性混凝土渗透仪的试验原理见图l所示。试验 时，将涂好硅橡胶的圆柱形试样置于压力室顶帽与底 帽之间，上下各垫一块透水板，外裹乳胶膜后，通过 压力控制面板的调压装置对试样施加周围压力。渗透 压力是通过气压施加于水罐转换成为水头压力。试样 由下部进水，上部出水，渗出水排入带刻度的量水 管。渗流稳定后可由量水管连续读取数据，得到一定 时间间隔内的稳定渗流量，按达西定律计算渗透系数 和渗透比降。 接气压源 压 图1塑性混凝土渗透仪试验原理示意 3塑性混凝土渗透仪试验方法 瓤 芒 Z 试件达到龄期后取出，用钢丝刷将试样上下表面 打毛，以消除可能影响试样透水性的水泥浆膜。再在 圆柱体试样的侧表面均匀涂上一层硅橡胶。待密封材 料晾干后，将试样放置于清水中浸泡24h以上，或 用饱和罐进行真空饱和。试验时，将处理好的试样装 入压力室内的顶帽与底帽之间，上下两端放置透水 石，外包裹以乳胶膜，乳胶膜两端扎紧在试样顶帽和 底帽的凹槽内，以防止压力室中的气体进入试样。将 压力室外罩放置于底座上，通过把手旋紧压力室，并 检查压力室是否有漏气现象。打开渗透压力接管的阀 门，通过加压系统施加少许水头压力，将乳胶膜与试 样之间的空气通过上排气管排出。排气完成后，关闭 渗透压力接管阀门撤去水头压力。再在压力室内施 加005010M Pa的周围压力，将试样内部多余水 排出，在确定无多余水和气体后，方可进行渗透试 验。 分别对试件施加周围压力和渗透水压，渗透压力 要小于压力室内周围压力，确保试验不会出现绕渗现 象。之后。持续观测量管读数，直至渗流稳定，开始 读数记录。连续记录5一10次渗流量读数，得到第一 次与最后一次读数时间间隔内的稳定渗流量，按达西 定律计算渗透系数及渗透比降 J=篇 (1) 式中，七为渗透系数(crns)；Q 为时间内渗透过试 样的水量(cm 3)；A 为试件截面积(cm 2)；L为试件 高度(cm ) ；日为作用水头(cm ) ；t为渗透时间(s)。 ，=芋(2) 式中，为渗透比降；日为作用水头( cm ) ；L为试件 高度cm )。 4塑性混凝土渗透系数的测定实例 为了检验新研制的塑性混凝土渗透试验装置的实 际应用效果，笔者结合工程项目，使用该渗透试验装 置对双王城水库、京沪高铁工程防渗墙试样进行了渗 透试验，开展该渗透仪的可靠性验证。验证思路如 下。 将达西定律的数学表达式(1)改写为 Q： 竿 (3) 由渗透比降，=竿，则上式可写为 p=M 以(4) 若以单位时间渗透的流量计，则 q=啪 ( 5) 对同一种材料来说，渗透系矗是一个常量。则 式(5) 表明，在试样的断面积A 为一固定值的情况 水利水电技术第43卷2012年第6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 下，渗流量q(cm 3s) 与渗透比降_，之间呈正比例线 性关系。若想验证新研制的塑性混凝土渗透仪的试验 数据是否准确可靠，可以通过两种方法来判断。第一 种方法是看试样单位时间渗流量g与渗透比降，之间 是否成正比关系，第二种方法是看不同试验情况下试 样渗透系数的稳定性。 试样的两种配合比情况如表1所列。 表1试样配合比 kgm 3 粉煤 膨润外加 28d抗压 水泥 工程名称水泥砂石子水 灰土剂 强度M Pa标号 双王城水库 100 12090826733428040P0425 京沪高铁 560 84840 448l43Po325 笔者分别采用围压不变，渗透压力变化；围压 与渗透压力差值不变；围压与渗透压力任意组合等 三种情况进行渗透试验，试验成果如表2、图2和 图3所示。 表2渗透试验成果 围压 渗透 压差渗透 渗流量 试样压力 103cm 3 渗透系数 平均渗 M PaM Pa比降8透系数 M Pa sI l lO16O 06O10100I5lI 92xl O 一7 I一2016O 080 081331 90I 8210一7 l 一3016O，0 07150218185x10一7 187107 I一40 16010 006167249I 90 x107 150160 12004228418I107 16016O140 022333 53193lO一7 210100 06o0410006075210一o 22O 13009004 150082688I O一8 23o-16O 】20042001 227 77x】08 75210一s 24O 19O】5O042501 50764l O一8 25O 210 17O042831 68755IO一8 260 22O 1B 0 04300I 8277310 8 由图2、图3中可以看出。试验时无论渗透压力 和周围压力的组合如何变化，渗透流量q与其相应的 渗透坡降，基本上呈正比例关系，试样的渗透系数变 化都在很小的范围内，这些试验结果符合塑性混凝土 的一般渗透规律，验证了笔者所研制的塑性混凝土渗 透仪的试验性能是良好可靠的。 5结语 本文对新研制的塑性混凝土渗透仪从结构、试验 原理、试验结果等面进行了较为详细的阐述，大量 水利水电技术第43卷2012年第6期 “ j E 6 一 、 棚 媚 爱 h 二 E 呈 一 嚣 璐 张禾等一种测定塑性混凝土渗透系数的试马皇装置 图2双王城水库渗流量与渗透比降关系线 图3京沪高铁渗流量与渗透比降关系线 的试验研究结果表明： ( 1) 压力室结构是解决塑性混凝土渗透试验测试 时间长、试件绕渗等问题的有效途径。 (2)该仪器可以实现渗透压力与周围压力的自由 组合，大大缩短了试验时间，极大地提高了试验效 率。 ( 3) 在试样周边均匀涂上硅橡胶后放置于压力室 中，外包裹以乳胶膜，对试样施加渗透压力和大于渗 透压力的周围压力，这种方法可以有效地解决绕渗问 题，使测试数据的准确性得到了保证。 ( 4) 该塑性混凝土渗透仪不仅能满足测量塑性混 凝土渗透特性的试验要求，而且还可以做自凝灰浆、 水泥土、固化灰浆等多种柔性防渗体材料的渗透试 验，应用范围较为广泛。 参考文献： 1 sL237一1999，土工试验规程s 2宿辉塑性混凝土抗渗测试方法及性能评价研究 J 中国农 村水利水电，2007(10)：9193 3 sL3522006，水T混凝土试验规程Cs (责任编辑欧阳越) 99 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m