[发明专利]径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置及方法。

背景技术

透水路面也称为多孔路面，包括透水混凝土路面和OGFC(开级配抗滑磨耗层)沥青路面等，在粗集料骨架内部有大量的贯通性孔隙使得路面具有良好的透水性能，能够快速让大量的雨水渗入地下，从而有效减小或消除城市暴雨洪涝灾害。高透水性是透水性路面的基本要求之一，但在这类道路使用过程中往往因非水相液体和沙粒发生孔隙堵塞而导致透水性能降低的问题，导致透水路面难以发挥排水功能，最终演变成非透水路面，使用寿命缩短，增大了城市洪涝和冻融灾害发生的可能性。现有试验装置通常采用混凝土路面进行试验，可重复操作性差，而且，针对非水相液体，容易出现堵塞的问题；而且现有技术中未对非水相液体以及非水相液体包裹的沙粒运移规律做过多的试验，导致试验数据的准确性差，实用性不高。

发明内容

本发明第一目的是提供径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置，通过3D打印的透水混凝土的缩尺模型揭示径流作用下颗粒输运和透水路面堵塞的机理，提高试验的可重复性。

本发明的第二目的是提供径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置的制作方法，该制作方法给出了试验装置是如何被制备的，制备方法的给出，进一步提高了后续试验的精度。

本发明的第三目的是提供径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置的试验方法，具体给出了非水相液体运移规律试验和非水相液体包裹的沙粒运移规律试验，为综合考虑路面养护周期提供依据。

为了达成上述目的，本发明提供的第一个技术方案：

径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置，包括顶部设置开口的模型箱，在模型箱内从底部到顶部依次设置下基层、上基层和3D打印的混凝土透水路面，其中，透水路面为透明或者半透明的，是通过对混凝土透水路面扫描得到切片，在3D打印机内重构后制成3D打印的透水路面；在模型箱的底部设置渗流口，渗流口与收集器连通。

3D打印的混凝土透水路面采用低粘度液态光敏树脂进行制造。

低粘度液态光敏树脂，也就是3D打印光敏树脂，外观：透明；粘度大小：270cps(30℃)。3D打印出来的透明度会降低，利用光源照射之后，可以提高透明度。低粘度液态光敏树脂是专门针对3D打印开发，能制作耐用、坚硬、防水的功能零件。其固化快速、成型精度高、表面效果好、具有类ABS性能，机械强度高、低气味、耐储存、通用性强等特点，适用于国内主流SLA快速成型设备。

在模型箱顶部一侧设有与恒定水头供水箱连通的进水口，另一侧设有与循环水箱连通的排水口，循环水箱通过管路与恒定水头供水箱连通。

上述模拟装置，采用3D打印的透水路面来替代现有的混凝土透水路面，便于试验过程中对水、非水相液体流动情况的观察，并便于通过录像机进行记录，同时，在透水路面被堵塞的情况下，透明或者半透明的3D打印透水路面可较为清晰地观测到透水路面内的堵塞情况，便于分析原因，这一点是现有的混凝土透水路面所达不到的效果；另外，3D打印的透水路面，不易被冲刷，可重复使用多次，一定程度上节约了传统的混凝土资源。

在所述进水口与恒定水头供水箱之间、排水口与循环水箱之间，渗流口与收集器之间均设置有阀门。

所述收集器的顶部敞口设置，在收集器的底部设置有称重机构，称重机构优选电子秤，称重机构需要去除收集器的重量。

所述称重机构与控制单元连接，所述模型箱为透明材料制成，在所述模型箱的一侧设置有录像机，录像机与所述的控制单元连接，为了便于对径流作用下颗粒输运和堵塞路面的研究，采用透明材料的模型箱，配合3D打印的透水路面，便于录像机进行记录，可方便后续学者对运移规律进行反复研究和分析。

所述混凝土透水路面采用水泥、单粒级石灰岩碎石和氨基磺酸盐系高效减水剂制成。

本发明提供的第二方案是：

径流作用下3D打印透水路面缩尺模拟装置的制作方法，具体步骤如下：

1)将3D打印的透水路面、下基层石子和上基层石子放入去离子水中浸泡设定时间，浸泡后进行风干；

2)选择粒径为10-20mm的石子作为下基层，在下基层表面铺设粒径为5-10mm的石子作为上基层，每装填40mm高度压实后继续装填，在上基层的表面安装3D打印的透水路面；

3)进水口与恒定水头供水箱连接，排水口与循环水箱连接，将收集器设于渗流口的下部，在收集器的底部设置称重机构，在模型箱的侧部设置录像机；

4)将称重机构、录像机与控制单元分别单独连接。