高速水下钢球法冲磨试验方法技术

高速水下钢球法冲磨试验方法：被测试件边沿预制有凹槽内设预埋件并锚固于试件托板上；调速电机带动搅拌叶轮使水与冲磨介质高速旋转并形成整体性紊流，冲磨整个试件上表面；电机调速范围500r/min-10000r/min；搅拌叶轮上部直径大于下部直径，侧叶片上部宽度小于下部宽度，上、下叶轮之间净空为100.00mm-150.00mm；冲磨介质的投影面积占试件上表面积10%-100%；冲磨时间不少于24小时；试验后取出试样称量计算试验前后的质量损失率。本发明专利技术提高搅拌叶轮转速及改变搅拌叶轮形状、冲磨介质尺寸组合，获得较高的近底流速，提高了冲磨效率。该方法冲磨效率高，操作方便、设备结构合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耐磨材料及其制品的耐磨性能测试技术。具体涉及一种。
技术介绍
DL/T 5150《水工混凝土试验规程》、SL 352《水工混凝土试验规程》等标准中采用的水下钢球法抗冲磨试验是用来测定耐磨材料及其制品表面受水下高速流动介质磨损的相对抗力，用来评价耐磨材料及其制品表面的相对抗冲磨性能。该方法中，驱动电机转速为 1200 r/min，搅拌叶轮直径上小下大，搅拌叶轮上的侧叶片宽度上小下大，冲磨介质采用钢球，其直径组合为IOX Φ 25. 4mm、35 X Φ 19. 1mm、25 X Φ 12. 7mm，其投影面积占试件上表面积的25. 8% ；每个试件的冲磨试验时间需要72小时。上述标准的水下钢球法试验，因驱动电机转速较低，试件上表面的水流近底流速只有 1.8m/s (Τ. C. Liu, Abrasion resistance of concrete, Journal of ACI,1981),而目前水电站的泄水流速高达40m/s 50m/s，这时的近底流速均大于4m/s，因此上述标准的水下钢球法试验不能准确模拟真实工况；其次，随着高性能耐磨材料及其制品的应用，标准的水下钢球法在72小时内，只能磨到耐磨材料及其制品的表面，不能磨到其内部，易受到耐磨材料及其制品表面质量的影响，反映不出耐磨材料及其制品整体的抗冲磨性能，例如， 对于抗压强度> 50MPa的抗冲磨混凝土，磨损深度一般不到2. 0mm，且试件中央平均有直径 IOcm的区域不能被磨到。试验表明，单独依靠提高驱动电机转速，虽然可以提高钢筒内水体的表面水流速度，但难以提高水流的近底流速。单纯提高驱动电机转速后，产生的问题主要有问题1 搅拌叶轮在驱动电机高转速带动下，在钢筒内的水体中形成直径与搅拌叶轮直径相当的漩涡，水体难以形成整体性紊流，导致冲磨介质难以磨到处在搅拌叶轮直径范围内的试件中央部分，具体而言，往往只在试件上表面外沿产生一条约20mm 40mm宽的环形磨蚀沟槽。问题2 水易从钢筒内漏出或溅出，水量减少后不足以带动冲磨介质移动并产生冲磨作用。具体而言，冲磨进行3 4小时后钢筒内的水量就减少一半以上。问题3 标准方法下成型的试件在高速水流冲磨过程中，冲磨不到10小时，即会被高速水流掀起，损坏搅拌叶轮和设备，并给操作人员带来危险。例如，本申请人在本专利技术设备研发调试过程中曾经因此损坏了 3个搅拌叶轮。问题4 标准方法规定的冲磨介质粒径偏小、自重较低，在高速水流作用下容易悬浮；冲磨介质的投影面积占试件上表面积的比例偏小，与试件上表面的冲磨接触机会相应较少；对试件底面的磨损率较低，例如，对强度等级为C30、骨料为灰岩的28d龄期混凝土试件，冲磨48小时内试件每m2单位面积上磨损Ikg所需的平均之间为3小时左右，且磨损不均勻，试件中央平均约有直径7cm的圆形区域不能被磨到。现有技术中，尚未有解决上述问题的技术方案。因此，需要一种新型的抗冲磨试验方法及其设备，能模拟高速水流下流动介质对耐磨材料及其制品的冲磨工况，反映出耐磨材料及其制品的整体抗冲磨性能。
技术实现思路
针对标准水下钢球法水流速度较低的问题，本专利技术的目的是提供一种。该试验方法及其使用的高速水下钢球法冲磨试验仪是在标准水下钢球法实验设备的基础上，提高驱动电机转速来获得高速水流，并通过改变搅拌叶轮形状设计、 改变冲磨介质尺寸组合等，来获得较高的近底流速，达到提高冲磨效率的目的。完成上述专利技术任务的方案是一种，其特征在于，步骤如下(1).成型被测试件所述被测试件的边沿预制有凹槽，该凹槽内部设置有预埋件； 所述的预埋件是用于将所述被测试件锚固在高速水下钢球法冲磨试验仪的试件托板上。⑵.通过连接件连接所述的预埋件，将所述被测试件锚固在高速水下钢球法冲磨试验仪的试件托板上，以防止被测试件被高速水流掀起，损坏搅拌叶轮和设备；⑶.通过高速水下钢球法冲磨试验仪的控制组合柜对调速电机设置转速，调速范围设置在 500r/min-10000r/min 之间；高速水下钢球法冲磨试验仪的搅拌叶轮由1个上叶轮、1个下叶轮、2片侧叶片和1根搅拌轴组成；所述上叶轮的外径比下叶轮的外径大5mm-40mm ；所述2片侧叶片为P形，该2 片侧叶片上部的最大宽度分别大于其下部的最大宽度。(4).打开高速水下钢球法冲磨试验仪的调速电机，带动搅拌叶轮高速旋转，使钢筒中的水与冲磨介质高速旋转，并形成整体性紊流，带动冲磨介质冲磨到整个试件上表(5).所述高速水下钢球法冲磨试验时间不小于M小时；(6).试验结束后，取出被测试样称量计算其试验前后的质量损失率，得到试验结果。对以上所述的的进一步改进，本申请有以下优化方案1、步骤⑶中所述的上叶轮的外径为50mm-200mm ；优选IOOmm 150mm ；下叶轮的外径为 30mm_ 180mmο 优选 90mm 130mmo2、所述上、下叶轮之间的净空为100. 00mm-150. 00mm。3、步骤⑶中所述的所述2片侧叶片上部的最大宽度比其下部的最大宽度分别大 20% -80%。4、步骤⑴所述的被测试件的成型，是采用配套试模，以成型带有所述凹槽和预埋件的被测试件；所述被测试件边沿的凹槽的形状采用方形、圆弧形或燕尾槽形；优选燕尾槽形；5、步骤⑶所述的冲磨介质，其硬度高于被测试的试件；其形状采用球形或多面体。优选球形；球形直径在1. Omm-lOO. Omm之间；优选10. 0 mm-50. Omm之间；球形最大直径大于或等于 25. 4mm。6、所述冲磨介质的投影面积占试件上表面积的10%_100% ；优选30%_60%。7、所述冲磨介质的直径采用以下直径中的任何一种或多种10.0mm-18.0mm、 18. lmm-24. 9mm、25. Omm-29. 9mm 和 / 或 30. 0mm-50. Omm ；本专利技术推荐采用以下方案所述冲磨介质的直径为 10. Omm-18. 0mm、18. lmm-24. 9mm、25. Omm-29. 9mm 或 30. 0mm-50. Omm之间的球的投影面积占所有球的总投影面积的比例分别为10-35 15-50 15-50 :5-35。8、钢筒中相应的水流近底流速为1.5m/s-5m/s。上述所使用的设备一种高速水下钢球法冲磨试验仪， 在主机机架上设有钢筒，该钢筒中设有由调速电机驱动的搅拌叶轮；该钢筒中还设有用于放置试件预埋件的试件托板，试件托板下方设有集水盘；所述集水盘的底部设有升降机；其特征在于，所述调速电机的调速范围在500r/min-10000r/min之间；所述搅拌叶轮由1个上叶轮、1个下叶轮、2片侧叶片和1根搅拌轴组成；上叶轮的外径为50mm-200mm， 优选IOOmm 150mm ；下叶轮的外径为30mm-180mm，优选90mm 130mm ；且上叶轮的外径比下叶轮的外径大5mm-40mm ；侧叶片为P形，其上部的最大宽度比其下部的最大宽度大 20% -80% ；上、下叶轮之间的净空为100. 00mm-150. 00mm。换言之，本专利技术为解决现有技术存在的问题，主要采用了以下技术方案参照图 1 一种高速水下钢球法冲磨试验仪，它包括调速电机1、主机机架2、钢筒3、搅拌叶轮(搅拌轴4、上叶轮16、侧叶片17、下叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高速水下钢球法冲磨试验方法，其特征在于，步骤如下：⑴．　成型被测试件：所述被测试件的边沿预制有凹槽，该凹槽内部设置有预埋件；⑵．　通过连接件连接所述的预埋件，将所述被测试件锚固在高速水下钢球法冲磨试验仪的试件托板上，以防止被测试件被高速水流掀起，损坏搅拌叶轮和设备；⑶．　通过高速水下钢球法冲磨试验仪的控制组合柜对调速电机设置转速，调速范围设置在５００ｒ／ｍｉｎ－１００００ｒ／ｍｉｎ之间；高速水下钢球法冲磨试验仪的搅拌叶轮由１个上叶轮、１个下叶轮、２片侧叶片和１根搅拌轴组成；所述上叶轮的外径比下叶轮的外径大５ｍｍ－４０ｍｍ；所述２片侧叶片为Ｐ形，该２片侧叶片上部的最大宽度分别大于其下部的最大宽度；⑷．　打开高速水下钢球法冲磨试验仪的调速电机，带动搅拌叶轮高速旋转，使钢筒中的水与冲磨介质高速旋转，并形成整体性紊流，带动冲磨介质冲磨到整个试件上表面；⑸．　所述高速水下钢球法冲磨试验时间不小于２４小时；⑹．　试验结束后，取出被测试样称量计算其试验前后的质量损失率，得到试验结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建彤，白银，杨建国，戴玭，蔡跃波，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：84