推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及方法，包括试件台、试件支架、推移质冲磨机构、位移传感器、速度传感器和试件高度控制机构；试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面；推移质冲磨机构包括悬臂、悬臂驱动机构、冲击锤和冲磨辊；冲磨辊设置在冲击锤底部中心，且冲磨辊的中心轴两端分别与冲击锤底部相铰接，冲磨辊的直径不低于5mm；位移传感器能用于检测冲击锤的高度；速度传感器能用于检测冲击锤的速度；试件高度控制机构包括试件顶面高度传感器和试件高度升降机构。本发明专利技术从能量的角度，模拟推移质冲磨水泥砂浆、混凝土，有助于揭示冲磨的机理，更好指导水工混凝土结构抗冲磨设计。冲磨设计。冲磨设计。

【技术实现步骤摘要】
推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料领域，特别是一种推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法。

技术介绍

[0002]水工建筑物，如大坝、船闸、泄洪建筑物、电站厂房等，长期与环境水接触，过流面受悬移质、推移质及高速水流的冲刷磨损，对混凝土有较高的抗冲磨要求。另外，跨江海桥梁桥墩结构混凝土同样面临着冲刷磨损。水流中冲磨介质主要包括两类，分别为推移质和悬移质。在河床表面附近以滑动、滚动、跳跃或层移方式运动的粒径大于5mm块石泥沙，为推移质。悬浮在水流中随水流运动，粒径小于等于5mm的泥沙，为悬移质。
[0003]保障跨江、跨海桥梁安全，意义重大。目前，对悬移质对混凝土的冲刷磨损试验方法主要是水下钢球法。水下钢球法采用圆柱体试件，用数个(10、25、35)钢球模拟了块石泥沙在砂浆、混凝土圆柱体端面的滚动。评价指标为抗冲磨强度(单位面积上被磨损单位质量所需要的时间)或磨损率，评价依据是试件的质量损失。然而，水下钢球法在试验过程中，还存在着如下不足，有待进行改进：
[0004]1、设备损耗问题较为严重。
[0005]2、评价依据较为单一，未能将质量损失与试件其他物理力学性能联系起来，也未能从能量的角度将外力作用效果与试件抗冲磨性能有机结合起来。
[0006]3、水下钢球法只模拟了推移质在未受外力作用下(钢球的重量忽略)混凝土试件表面的滚动摩擦产生的磨损，未考虑推移质对混凝土表面的冲击、磨削作用；未考虑推移质的表面特征，如表面的不规则形，棱角等；也未考虑实际工况中压应力作用下的混凝土构件，推移质对其造成的磨损。然而，实际工况则是：高速挟沙水流中，沙石粒径越大，颗粒数量越多，推移质的动量越大，对混凝土试件表面的冲击作用越显著；沙石表面越不规则，即棱角越多、越尖锐，对混凝土表面造成的局部应力就越大，磨损作用就越大。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法，该推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法从能量的角度，模拟推移质冲磨水泥砂浆、混凝土，有助于揭示冲磨的机理，更好指导水工混凝土结构抗冲磨设计。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，包括试件台、试件支架、推移质冲磨机构、位移传感器、速度传感器和试件高度控制机构。
[0010]支架包括底座、立柱和横梁；立柱安装在底座两侧，横梁安装在立柱顶部。
[0011]试件台设置在横梁正下方的底座上，且能夹紧试件，并使试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面。
[0012]推移质冲磨机构包括悬臂、悬臂驱动机构、冲击锤和冲磨辊。
[0013]悬臂的顶端与横梁中部相铰接，悬臂的另一端设置所述冲击锤；悬臂能在悬臂驱动机构的驱动下绕横梁进行转动并锁紧。
[0014]冲磨辊设置在冲击锤底部中心，且冲磨辊的中心轴两端分别与冲击锤底部相铰接，冲磨辊能绕自身轴线自由转动；冲磨辊的直径不低于5mm。
[0015]位移传感器能用于检测冲击锤的高度。
[0016]速度传感器能用于检测冲击锤的速度，且与悬臂驱动机构相连接。
[0017]试件高度控制机构包括试件顶面高度传感器和与顶面高度传感器相连接的试件高度升降机构。
[0018]试件顶面高度传感器能用于检测试件顶面的高度。
[0019]试件高度升降机构用于控制试件台的高度升降。
[0020]冲磨辊的中心轴与横梁相平行。
[0021]悬臂的长度能调节。
[0022]冲磨辊的辊面上均布有若干个球面凸起，且每个球面凸起的直径均不低于5mm。
[0023]通过调整悬臂和/或冲击锤的质量，进而模拟不同水流速度的推移质。
[0024]推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟方法，包括如下步骤。
[0025]步骤1、制备试件：制备设定规格的试件并养护；其中，试件材质为砂浆或混凝土。
[0026]步骤2、试件饱水：将养护完成的试件，进行饱水。
[0027]步骤3、试件装夹：将饱水后的试件表面擦干并称重；接着，试件台在高度升降机构控制下高度升降；并将称重后的试件在试件台上进行装夹固定；装夹后的试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面。
[0028]步骤4、冲磨辊抬升至初始高度：悬臂在悬臂驱动机构的驱动下绕横梁向上转动抬升至设定的初始高度并锁紧；此时，速度传感器启动并置零。
[0029]步骤5、试件高度上升：通过试件高度升降机构使试件台高度上升，在试件台高度升降过程中，通过试件顶面高度传感器对试件顶面高度进行实时检测，直至试件顶面高度达到设定高度。
[0030]步骤6、推移质冲磨，具体包括如下步骤。
[0031]步骤61、冲磨辊高度下降：悬臂从步骤4的初始高度进行释放，并带动冲磨辊，以自由落体方式，顺时针向下摆动；冲磨辊在向下摆动过程中，位移传感器将对推移质冲磨辊的高度进行实时监测；速度传感器则对悬臂的摆动速度进行实时监测。
[0032]步骤62、推移质冲磨：当冲磨辊向下摆动至试件上方时，冲磨辊将与试件顶面相冲磨并转动；
[0033]步骤63、检测冲磨高度：摆臂在惯性力作用下，继续顺时针摆动，冲磨辊从试件顶面脱离，直至速度为零；在惯性摆动过程中，速度传感器对悬臂的摆动速度进行实时监测；当速度传感器检测到悬臂的摆动速度为零时，悬臂驱动机构将悬臂位置锁紧，位移传感器对冲磨辊此时的冲磨高度进行检测并记录。
[0034]步骤64、试件高度下降：在步骤63中，当冲磨辊从试件顶面脱离后，试件将在试件高度升降机构的驱动下，高度下降。
[0035]步骤7、悬臂驱动机构解除对悬臂的位置锁紧，并重复步骤4和步骤6，直至达到设
计冲磨次数N，并记录每次的冲磨高度；其中，N≥6。
[0036]步骤8、计算试件总冲磨能E：根据悬臂和冲击锤质量、初始高度和每次的冲磨高度，计算总冲磨能E。
[0037]还包括步骤9、试件检测，具体检测方法包括如下步骤：
[0038]步骤91、试件外观完整性观察：停止冲磨试验，从试件台上取出试件，对试件表面的外观完整性以及表面裂纹进行检测。
[0039]步骤92、内部裂纹检测：采用内部损伤检测设备，对冲磨后试件内部裂纹数量和尺寸进行检测。
[0040]步骤93、物理力学性能检测：对冲磨后试件进行抗压强度和劈裂抗拉强度的测试。
[0041]还包括步骤10、冲磨性能评价：根据待评价目的，并结合步骤8得到的试件总冲磨能E、以及步骤9的试件检测结果，进行冲磨性能评价。
[0042]步骤10中，待评价目的包括指导抗冲磨新材料开发、承受应力的材料耐久性评价和承拉应力的材料耐久性评价。
[0043]步骤10
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1、当待评价目的为承受应力的材料耐久性评价时，评价指标为单位冲磨能抗压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，其特征在于：包括试件台、试件支架、推移质冲磨机构、位移传感器、速度传感器和试件高度控制机构；支架包括底座、立柱和横梁；立柱安装在底座两侧，横梁安装在立柱顶部；试件台设置在横梁正下方的底座上，且能夹紧试件，并使试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面；推移质冲磨机构包括悬臂、悬臂驱动机构、冲击锤和冲磨辊；悬臂的顶端与横梁中部相铰接，悬臂的另一端设置所述冲击锤；悬臂能在悬臂驱动机构的驱动下绕横梁进行转动并锁紧；冲磨辊设置在冲击锤底部中心，且冲磨辊的中心轴两端分别与冲击锤底部相铰接，冲磨辊能绕自身轴线自由转动；冲磨辊的直径不低于5mm；位移传感器能用于检测冲击锤的高度；速度传感器能用于检测冲击锤的速度，且与悬臂驱动机构相连接；试件高度控制机构包括试件顶面高度传感器和与顶面高度传感器相连接的试件高度升降机构；试件顶面高度传感器能用于检测试件顶面的高度；试件高度升降机构用于控制试件台的高度升降。2.根据权利要求1所述的推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，其特征在于：冲磨辊的中心轴与横梁相平行。3.根据权利要求1所述的推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，其特征在于：悬臂的长度能调节。4.根据权利要求1所述的推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，其特征在于：冲磨辊的辊面上均布有若干个球面凸起，且每个球面凸起的直径均不低于5mm。5.根据权利要求1所述的推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，其特征在于：通过调整悬臂和/或冲击锤的质量，进而模拟不同水流速度的推移质。6.推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、制备试件：制备设定规格的试件并养护；其中，试件材质为砂浆或混凝土；步骤2、试件饱水：将养护完成的试件，进行饱水；步骤3、试件装夹：将饱水后的试件表面擦干并称重；接着，试件台在高度升降机构控制下高度升降；并将称重后的试件在试件台上进行装夹固定；装夹后的试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面；步骤4、冲磨辊抬升至初始高度：悬臂在悬臂驱动机构的驱动下绕横梁向上转动抬升至设定的初始高度并锁紧；此时，速度传感器启动并置零；步骤5、试件高度上升：通过试件高度升降机构使试件台高度上升，在试件台高度升降过程中，通过试件顶面高度传感器对试件顶面高度进行实时检测，直至试件顶面高度达到设定高度；步骤6、推移质冲磨，具体包括如下步骤：步骤61、冲磨辊高度下降：悬臂从步骤4的初始高度进行释放，并带动冲磨辊，以自由落体方式，顺时针向下摆动；冲磨辊在向下摆动过程中，位移传感器将对推移质冲磨辊的高度进行实时监测；速度传感器则对悬臂的摆动速度进行实时监测；
步骤62、推移质冲磨：当冲磨辊向下摆动至试件上方时，冲磨辊将与试件顶面相冲磨并转动；步骤63、检测冲磨高度：摆臂在惯性力作用下，继续顺时针摆动，冲磨辊从试件顶面脱离，直至速度为零；在惯性摆动过程中，速度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张风臣，吴建辉，储洪强，蒋林华，姚乃嘉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：