Приложение А. Метод оценки водопропускной способности плоской геодрены

Приложение А

Метод оценки водопропускной способности плоской геодрены

А.1 Общие положения

Метод разработан для определения водопроницаемости в плоскости геодрен. Его положения в основном совпадают с положениями в части схемы испытаний ГОСТ Р 52608 (пункт 4.8, схема по рисунку 1б), но учитывает специфические особенности геодрен. Сущность метода заключается в определении объемного расхода воды (, ), протекающей в направлении плоскости полотна геодрены при заданном градиенте напора (i) под сжимающей нагрузкой (P, кПа).

А.2 Средства измерений, испытательное и вспомогательное оборудование, устройства, вещества и материалы

Прибор для определения водопроницаемости в плоскости геодрены представляет собой герметичную фильтрационную камеру прямоугольной формы, включающую возможность подачи и сброса воды, с нагружающим устройством для передачи давления на образец и устройством для измерения напора воды. Возможная схема испытательного прибора приведена на рисунке А.1.

Прибор должен отвечать следующим общим требованиям:

- параметры прибора должны обеспечивать испытания образцов геодрены шириной 0,2 м при длине образца геодрены равной 0,3 м, должны обеспечивать плотное прилегание торцов образца к стенкам фильтрационной камеры под нагрузочной плитой;

- прибор должен обеспечивать испытание образцов толщиной до 50 мм с учетом наличия контактных резиновых прокладок или прокладок из других материалов толщиной не менее 25 мм укладываемых с двух сторон образца;

- прибор должен быть герметичным; при минимальной вертикальной сжимающей нагрузке и максимальном градиенте напора при отсутствии образца геодрены, когда нагрузочная плита и контактные прокладки соприкасаются между собой, расход воды не должен превышать 0,2 мл/с; в случае очень малых расходов воды, расход не должен превышать 10% от величины расхода;

- прибор должен обеспечивать создание постоянной величины градиента напора воды при различных высотах столбов воды, соответствующих градиентам напора, равным 0,03, 0,1 и 1,0 при этом поддерживать высоту столба воды в выпускном сечении, не более 100 мм; высота воды в выпускном сечении должна регулироваться при изменении вертикальной сжимающей нагрузки;

- прибор должен обеспечить возможность приложения к образцу вертикальной сжимающей нагрузки, величина которой не превышает нагрузку, приводящую к деформациям прибора и влияющую на результаты испытаний; нагружающее устройство должно обеспечивать приложение к образцу постоянной величины вертикальной сжимающей нагрузки, равной 20, 40, 100 и 200 кПа с погрешностью измерения %.

В качестве материала контактных прокладок следует использовать пористую резину с закрытыми порами, имеющую характеристики, соответствующие диаграмме "сжатие-деформация", приведенной на рисунке А.2.

Контактные прокладки должны располагаться с каждой стороны образца и иметь толщину 10 мм при толщине геодрены до 10 мм. Для образца геодрены толщиной от 10 до 25 мм толщина каждой прокладки должна составлять от 1 до 1,25 толщины образца. Для образца толщиной более 25 мм толщина каждой прокладки должна составлять 25 мм. Для получения требуемой толщины резиновой прокладки допускается составлять ее из двух слоев. Ширина и длина прокладки должна, соответственно, равняться ширине и длине нагрузочной плиты прибора. Во избежание стеснения потока воды, как на входе, так и на выходе из образца из-за сжатия прокладки, рекомендуется уменьшить ее длину на величину, кратную 0,4 от ее толщины.

Для испытаний необходимо применять отфильтрованную питьевую воду. Вода не должна содержать видимых взвешенных твердых частиц. При проведении испытаний в воду должны быть добавлены вещества, снижающие гидрофобный эффект.

При расходе воды через образец до 0,3 включительно, вода должна быть деаэрированной или подаваться от установки по дистилляции воды.

При расходе воды через образец более 0,3 , допускается применять воду из водопроводной сети.

Температура воды должна находиться в пределах от 18°С до 22°С и должна быть равна или превышать комнатную температуру испытательной лаборатории.

Содержание кислорода в воде, измеренное в месте подачи воды в прибор, не должно превышать 10 мг/кг.

При проведении экспериментов следует регистрировать температуру воды, а также принимать необходимые меры для предотвращения попадания воздуха в водопроводную воду. Использование воды из непрерывного повторного цикла не допускается.

Для измерения результатов и параметров экспериментальных работ основное контрольно-измерительноге оборудование должно включать в себя:

- измеритель растворенного кислорода;

- секундомер с точностью измерения до 0,1 с;

- термометр с точностью измерения до 0,2°С;

- мерный сосуд для определения расхода воды с точностью измерения до 1%;

- при низком расходе, масса воды должна определяться с помощью весов высокого класса точности при точности измерения до 1%;

- при высоком или среднем расходе, масса воды может быть измерена непосредственно счетчиком воды с точностью до 5%;

- измерительное устройство для определения создаваемого напора с точностью измерения до 1 мм;

- измерительное устройство для определения приложенной сжимающей нагрузки с точностью измерения до 1%;

- кондиционеры и другое аналогичное оборудование, обеспечивающие требуемые климатические условия проведения экспериментальных работ.

Кондиционирование при испытаниях в стандартных климатических условиях можно не проводить, если очевидно, что на результаты, полученные при испытании одного и того же типа геодрен не влияют атмосферные климатические условия, превышающие установленные предельные значения. Данная информация должна фиксироваться в протоколе испытаний.

А.3 Методика определения водопропускной способности в плоскости полотна

Методика определения водопропускной способности включает в себя следующие этапы:

- отбор и подготовку проб;

- подготовку к проведению испытаний;

- проведение испытаний;

- обработку результатов испытаний.

Для отбора проб следует применять чистый, без поверхностных отложений, видимых повреждений и следов перегиба материал. Отобранную пробу материала следует хранить в горизонтальном положении без нагрузки.

Для проведения испытаний из пробы вырезают шесть образцов - три образца с размером по длине вдоль полотна, три образца с размером по длине поперек образца.

Образец должен иметь следующие геометрические параметры:

- длина каждого образца в направлении течения воды равна длине нагрузочной плиты прибора по определению водопроницаемости (рисунок А.1), но не менее 300 мм. При использовании приборов с мембранным типом нагрузочной плиты, длина образца может превышать длину нагрузочной плиты;

- ширина каждого образца в направлении поперек течению воды принимается равной 200 мм и соответствует ширине нагрузочной плиты и внутреннему поперечному размеру фильтрационной камеры для обеспечения плотного прилегания торцов образца к стенкам камеры.

Перед проведением испытаний образцы высушивают. Образец считается пригодным для испытаний, если при выдерживании в стандартных климатических условиях (относительная влажность %, температура °C) и последовательном взвешивании, с интервалом не менее двух часов, изменение массы не превышает 0,25% к массе образца.

Подготовка к проведению испытаний проводится в следующей последовательности:

- измеряется номинальная толщина испытательных образцов под давлением 2 кПа в соответствии с ГОСТ Р 50276;

- измеряется толщина контактных прокладок;

- испытательный образец помещается минимум на 12 часов в предварительно перемешенную для удаления пузырьков воздуха и содержащую смачивающий реагент воду;

- в соответствии с рабочей схемой производится сборка прибора;

- готовый к испытанию образец помещается на нижнюю контактную прокладку, на его поверхность укладывается верхняя контактная прокладка и сверху устанавливается нагрузочное устройство;

- для вытеснения воздуха из образца устанавливается первоначальная нагрузка на образец при ее величине с учетом массы нагрузочного устройства не менее 20 кПа;

- при установленном давлении в рабочий резервуар фильтрационной камеры с максимальным (для данного эксперимента) напором подается вода и проверяется герметичность на контакте образца и стенок фильтрационной камеры (вдоль краев образца); при наличии течи необходимо переустановить образец или заменить его на другой;

- при продолжающейся с тем же напором подаче воды нагрузку снимают, в течение 10 минут выполняют несколько аналогичных циклов нагрузки-разгрузки;

- окончательным этапом подготовки к испытаниям является передача постоянного вертикального давления величиной в 20 кПа и выдерживание ее в течение 360 секунд;

- испытания проводят для каждого значения гидравлического напора от 0,03 до 1,0 или при градиенте напора, соответствующем возникающему в конкретной строительной конструкции при значениях давления на образец, равных 20 кПа, 40 кПа, 100 кПа и 200 кПа, или при давлении, соответствующем воздействующему на материал в конкретной строительной конструкции;

- заполняют впускной отсек фильтрационной камеры прибора водой до уровня, соответствующего величине гидравлического напора 0,03 при давлении на образец в 20 кПа, и пропускают воду через образец в течение 120 секунд; собирают воду, прошедшую через образец за данный период времени, в измерительный сосуд в объеме не менее 0,5 л при времени сбора не менее 5 секунд; для образца с низкой водопроницаемостью время сбора воды может быть увеличено до 600 секунд; в процессе эксперимента фиксируются количество собранной воды и ее температура;

- повторяют испытание для данного образца при тех же значениях давления и градиента напора еще 2 раза;

- объем собранной воды принимают как среднее арифметическое значение объемов собранной воды по результатам данных трех испытаний; при использовании для измерения собранной воды расходомеров объем собранной воды определяется как среднее значение из трех показаний прибора взятых с интервалом не менее чем через 15 секунд;

- без изменения значений давления на образец повторяют перечисленные замеры при гидравлическом напоре 0,1 и 1,0;

- после определения объема прошедшей воды через образец при нагрузке 20 кПа уменьшают гидравлический напор до 0,03 и увеличивают давление до 40 кПа, выдерживают образец в течение 120 секунд и проводят полный цикл эксперимента, как было указано выше при гидравлических градиентах, равных 0,1 и 1,0;

- повторяют испытания при других величинах давления.

Испытания проводят для каждого из шести образцов при всех величинах напора и давления.

В результате эксперимента должны быть определены и зафиксированы следующие параметры:

- геометрические параметры образца - ширина образца W в метрах с точностью до второго знака после запятой;

- значения нормальных сжимающих давлений Р в кПа с точностью до 3 знака после запятой;

- гидравлический градиент напора i;

- температура воды T в °С с точностью °C;

- время t в секундах с точностью до одного знака после запятой;

- средний по результатам трех измерений объем воды V в литрах. При измерении водомерными счетчиками - средний по результатам трех измерений расход воды Q в .

Рекомендуемая форма лабораторного журнала по определению водопропускной способности плоской геодрены приведена на рисунке A.3.

Журнал лабораторного определения водопропускной способности плоской геодрены

Регистрационный номер образца для испытаний _____ дата___________________

Дата отбора проб ________________________________________________________

Дата проведения испытаний: ______________________________________________

Наименование геотекстильного материала или изделия на его основе:

_________________________________________________________________________

Идентификация образца:___________________________________________________

Поверхностная плотность г/м2 ____________________________________________

Наименование прибора и краткие сведения о нем ___________________________

Размеры пробы: длина __________________м, ширина _______________________м

Температура воздуха проведения испытаний: ____________________________ °C

Температура воды:_______________________ _____________________________ °C

Нормальная сжимающая нагрузка S, кПа	Гидравлический градиент напора, i	Среднее значение объема воды V(л) или расхода воды Q без учета температуре воды	Время сбора воды t, сек.	Поправочный коэффициент	Водопропускная способность геодрены ( с учетом поправочного коэффициента
20	0,04
	0,1
	1,0
40	0,04
	0,1
	1,0
100	0,04
	0,1
	1,0
200	0,04
	0,1
	1,0

      Испытания провел _______________ Ф.И.О

                         (подпись)

Рисунок А.3 - Рекомендуемая форма лабораторного журнала по проведению испытаний по определению водопропускной способности образцов геодрен

А.4 Правила обработки результатов испытаний и их оформления

За промежуточный результат испытания принимают среднее арифметическое значение измеренного объема воды V (л) или расхода воды Q при заданных гидравлических градиентах, равных 0,03, 0,1 и 1,0 и давлениях, равных 20, 40, 100 и 200 кПа.

Водопропускная способность геодрены по результатам лабораторных испытаний может быть определена по зависимостям А.1 и А.2:

, (А.1)

, (А.2)

где - водопропускная способность геодрены при температуре 20°C в л/(м·с) с точностью до двух знаков после запятой;

V - средний по результатам трех измеренный объем воды, в литрах;

Q - средний по результатам трех измерений расход воды, в (при измерении расходомерами);

W - ширина образца, м;

t - время, секунды;

- поправочный коэффициент приведения температуры воды к 20°C при проведении экспериментов в диапазоне температур воздуха от 18 до 22°С, принимается зависимостям А.3 и А.4 или по графику на рисунке А.4:

, (А.3)

, (А.4)

где - динамическая вязкость при фактической температуре воды T от 18 до 22°С, ;

- динамическая вязкость при температуре воды Т=20°C, .

Связь между водопропускной способностью геодрены и ее коэффициентом фильтрации может быть установлена при необходимости по зависимости (А.5):

, (А.5)

где - толщина геодрены при определенном давлении;

i - гидравлический градиент.

По результатам испытаний составляется документ (протокол, акт, заключение), характеризующий качество представленной пробы, и делается запись в лабораторном журнале. При необходимости, полученные данные могут быть сведены в таблицу экспериментальных данных и вычислений.

В документе и журнале должны быть указаны:

- наименование организации, предоставившей пробу на испытание;

- обозначение и наименование настоящего стандарта;

- идентификационные данные материала (образцов) в соответствии с ГОСТ Р 55028;

- дата поступления пробы на испытание;

- дата проведения испытаний;

- атмосферные климатические условия для испытаний;

- наименование используемого прибора, включая диаграмму;

- количество испытуемых образцов;

- ширина образца, если она отличалась от 0,2 м;

- общая кривая зависимости водопропускной способности геодрены от сжимающей нагрузки для, минимум, трех заданных градиентах напора, равных 0,1 и 1,0 (рисунок А.5);

- средние значения водопропускной способности в плоскости полотна при заданных гидравлических градиентах напора и нормальных сжимающих нагрузках в соответствии с журналом лабораторных экспериментов (рисунок А.3);

- диапазон температуры воды;

- тип воды (деаэрированная, дистиллированная или водопроводная);

- все отклонения от описанной методики проведения испытания;

- любая информация об изменениях в гидравлическом поведении геодрены и изделиях на их основе;

- результаты испытаний в соответствии с рисунком А.3.