模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置及评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置及评价方法，包括支架、试件台和悬移质冲磨组件；支架包括底座、立柱和横梁；试件台用于固定待模拟的试件；试件的其中一个侧壁面为待模拟冲磨侧面；悬移质冲磨组件包括摆臂、摆臂驱动机构、悬移质冲磨块和位移检测部件；悬移质冲磨块朝向试件的侧面为悬移质冲磨面，悬移质冲磨面上均布有若干个直径均不超过5mm的刚性耐磨球；当悬移质冲磨块摆动至最低点时，悬移质冲磨面上的刚性耐磨球能与试件的待模拟冲磨侧面相冲磨；位移检测部件包括位移传感器和位移计量仪。本发明专利技术从能量的角度评价悬移质冲磨砂浆、混凝土表面，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。设计。设计。

Experimental device and evaluation method of simulating suspended load scouring mortar and concrete

【技术实现步骤摘要】
模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置及评价方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料领域，特别是一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置及评价方法。

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有圆环法、风砂枪法和水沙磨损机试验方法。然而，这三种试验方法所用的仪器设备在试验过程中损耗问题较为严重，评价依据也较为单一，均为试件的质量损失，未能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。而混凝土的力学性能反映出承载能力，混凝土内部结构损伤程度不仅决定着力学性能，还与其耐久性和结构安全密切相关。

技术实现思路

[0004]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，而提供一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置及评价方法，该模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置及评价方法从能量的角度评价悬移质冲磨砂浆、混凝土表面，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。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，包括支架、试件台和悬移质冲磨组件。
[0006]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。
[0007]试件台设置在位于横梁一侧的底座上，用于固定待模拟的试件；试件的其中一个侧壁面为待模拟冲磨侧面。
[0008]悬移质冲磨组件包括摆臂、摆臂驱动机构、悬移质冲磨块和位移检测部件。
[0009]摆臂顶部与横梁中部相铰接，且能在摆臂驱动机构的驱动下绕横梁进行摆动和角度锁紧。
[0010]悬移质冲磨块设置在摆臂底部，且随摆臂同步摆动。
[0011]悬移质冲磨块朝向试件的侧面为悬移质冲磨面，悬移质冲磨面上均布有若干个刚性耐磨球，每个刚性耐磨球的直径均不超过5mm。
[0012]当悬移质冲磨块摆动至最低点时，悬移质冲磨面上的刚性耐磨球能与试件的待模拟冲磨侧面相冲磨。
[0013]位移检测部件包括位移传感器和与位移传感器相连接的位移计量仪；位移传感器布设在悬移质冲磨块上，能对悬移质冲磨块的高度进行监测。
[0014]试件为砂浆试件或混凝土试件。
[0015]试件台包括试件放置底座和试件夹紧件；试件放置底座用于放置待模拟的试件，试件夹紧件用于将放置在试件放置底座上的试件进行夹紧。
[0016]悬移质冲磨组件还包括与摆臂驱动机构相连接的速度传感器，速度传感器能对摆臂的摆动速度进行实时监测。
[0017]悬移质冲磨面上均布的所有刚性耐磨球的直径相同，均为3mm，且每个刚性耐磨球在悬移质冲磨面上的出露高度均相等。
[0018]相邻两个刚性耐磨球之间均具有接触点，从而使得刚性耐磨球在悬移质冲磨面上达到最大堆积密度。
[0019]摆臂驱动机构为伺服电机，伺服电机的电机输出轴具有锁紧功能。
[0020]一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验评价方法，包括如下步骤。
[0021]步骤1、制备设定规格的试件，并养护至设计龄期。
[0022]步骤2、试件饱水：将养护至设计龄期的试件，置于水池中，至饱水状态。
[0023]步骤3、固定试件：将试件从水池中取出，擦拭试件表面至饱和面干状态，称重，得到试件初始质量；接着，将称重后的试件置于试件台上并固定。
[0024]步骤4、冲磨块达设计高度：摆臂在摆臂驱动机构的驱动下，带动悬移质冲磨块，向着背离试件的方向向上摆动；位移检测部件对悬移质冲磨块的高度进行实时检测，当悬移质冲磨块高度达到设计高度时，摆臂驱动机构将摆臂进行锁紧；此时，速度传感器启动并置零；步骤5、第一次悬移质冲磨，具体包括如下步骤：步骤51、冲磨块高度下降：摆臂从步骤4的设计高度进行释放，并带动悬移质冲磨块，以自由落体方式，向着试件方向进行向下摆动；悬移质冲磨块在向下摆动过程中，位移检测部件将对悬移质冲磨块的高度进行实时监测；速度传感器则对摆臂的摆动速度进行实时监测。
[0025]步骤52、第一次悬移质冲磨：当悬移质冲磨块向下摆动至最低点时，悬移质冲磨面上的刚性耐磨球将与试件的待模拟冲磨侧面相冲磨；此时，位移检测部件将检测到悬移质冲磨块高度为零或最低高度；速度传感器将检测到摆臂具有最大摆动速度。
[0026]步骤53、检测回弹高度：试件冲磨完成后，悬移质冲磨块反向回弹；在回弹过程中，速度传感器继续对摆臂的摆动速度进行实时监测；当速度传感器检测到摆臂的摆动速度为零时，摆臂驱动机构将摆臂位置锁紧，位移检测部件对悬移质冲磨块此时的回弹高度进行检测并记录。
[0027]步骤6、重复步骤4和步骤5，直至达到设计冲磨次数，并记录每次的回弹高度、、
……
、；其中，。
[0028]步骤7、计算试件总冲磨能：根据摆臂和悬移质冲磨块质量、设计高度、回弹高度、、、
……
、，计算总冲磨能E。
[0029]步骤8、试件检测，具体检测方法包括如下步骤：步骤81、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。表面裂缝优选采用裂缝测宽仪，测量表面裂缝尺寸和数量。
[0030]步骤82、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。其中，内部损伤检测设备优选为混凝土结构CT扫描仪，平行于冲磨面和垂直于冲磨面扫描，分析图像中的裂缝数量和尺寸。
[0031]步骤83、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。
[0032]步骤9、冲磨性能评价：根据待评价目的，并结合步骤7得到的试件总冲磨能、以及步骤8的试件检测结果，进行冲磨性能评价。
[0033]步骤9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。
[0034]步骤91、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强度降低百分率，具体计算方法为：其中，为步骤3中饱水面干状态试件的初始抗压强度；为步骤83中冲磨后试件的抗压强度。
[0035]步骤92、当待评价目的为承拉应力的材料耐久性评价时，评价指标为单位冲磨能劈裂抗拉强度降低百分率，具体计算方法为：其中，为步骤3中饱水面干状态试件的初始劈裂抗拉强度；为步骤83中冲磨后试件的劈裂抗拉强度。
[0036]步骤93、当待评价目的为指导抗冲磨新材料开发时，评价指标则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：包括支架、试件台和悬移质冲磨组件；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；试件台设置在位于横梁一侧的底座上，用于固定待模拟的试件；试件的其中一个侧壁面为待模拟冲磨侧面；悬移质冲磨组件包括摆臂、摆臂驱动机构、悬移质冲磨块和位移检测部件；摆臂顶部与横梁中部相铰接，且能在摆臂驱动机构的驱动下绕横梁进行摆动和角度锁紧；悬移质冲磨块设置在摆臂底部，且随摆臂同步摆动；悬移质冲磨块朝向试件的侧面为悬移质冲磨面，悬移质冲磨面上均布有若干个刚性耐磨球，每个刚性耐磨球的直径均不超过5mm；当悬移质冲磨块摆动至最低点时，悬移质冲磨面上的刚性耐磨球能与试件的待模拟冲磨侧面相冲磨；位移检测部件包括位移传感器和与位移传感器相连接的位移计量仪；位移传感器布设在悬移质冲磨块上，能对悬移质冲磨块的高度进行监测。2.根据权利要求1所述的模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：试件为砂浆试件或混凝土试件。3.根据权利要求1所述的模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：试件台包括试件放置底座和试件夹紧件；试件放置底座用于放置待模拟的试件，试件夹紧件用于将放置在试件放置底座上的试件进行夹紧。4.根据权利要求1所述的模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：悬移质冲磨组件还包括与摆臂驱动机构相连接的速度传感器，速度传感器能对摆臂的摆动速度进行实时监测。5.根据权利要求1所述的模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：悬移质冲磨面上均布的所有刚性耐磨球的直径相同，均为3mm，且每个刚性耐磨球在悬移质冲磨面上的出露高度均相等。6.根据权利要求5所述的模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：相邻两个刚性耐磨球之间均具有接触点，从而使得刚性耐磨球在悬移质冲磨面上达到最大堆积密度。7.根据权利要求1所述的模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验装置，其特征在于：摆臂驱动机构为伺服电机，伺服电机的电机输出轴具有锁紧功能。8.一种模拟悬移质冲磨砂浆与混凝土的实验评价方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、制备设定规格的试件，并养护至设计龄期；步骤2、试件饱水：将养护至设计龄期的试件，置于水池中，至饱水状态；步骤3、固定试件：将试件从水池中取出，擦拭试件表面至饱和面干状态，称重，得到试件初始质量；接着，将称重后的试件置于试件台上并固定；步骤4、冲磨块达设计高度：摆臂在摆臂驱动机构的驱动下，带动悬移质冲磨块，向着背离试件的方向向上摆动；位移检测部件对悬移质冲磨块的高度进行实时检测，当悬移质冲磨块高度达到设计高度时，摆臂驱动机构将摆臂进行锁紧；此时，速度传感器启动并置
零；步骤5、第一次悬移质冲磨，具体包括如下步骤：步骤51、冲磨块高度下降：摆臂从步骤4的设计高度进行释放，并带动悬移质冲磨块，以自由落体方式，向着试件方向进行向下摆动；悬移质冲磨块在向下摆动过程中，位移检测部件将对悬移质冲磨块的高度进行实时监测；速度传感器...

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