CN101251459A - 船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，检测步骤为：船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为5≤d＜60mm，混凝土试件的直径或高度为100mm～200mm；将标准养护28～90天的混凝土试件在60～110℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；磨耗试验机检测：将钢球、3～6个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为30r/min～33r/min，回转时间为6～33min，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。该方法能够克服现有检测技术存在的不足，合理地模拟出船闸工程混凝土所受到的撞磨作用，且该法操作简单，试验周期短，试验成本低。
Description
一、技术领域
本发明属于建筑材料检测技术领域，具体涉及一种适用于船闸工程用混凝土耐撞磨性能的检测方法。
二、背景技术
现有技术：船闸工程混凝土，尤其是闸室墙混凝土在长期的服役过程中，经常会遭受各种通航船只的撞击与摩擦作用，因此造成混凝土表面的磨蚀、骨料外露和开裂现象，严重影响船闸工程的外观质量、安全性和耐久性。为研究和提高船闸工程混凝土的耐撞磨性能，必须采用一种科学适用的检测方法，以客观地表征出船闸工程混凝土所经受的撞磨作用。在现行的混凝土检测试验规程中，尚无试验方法能切实地检测出船闸工程混凝土的耐撞磨性能，只有体现混凝土的抗冲磨和抗冲击性能。对于抗冲磨的检测有《水工混凝土试验规程》(DL/T5150～2001)中的冲刷仪法(圆环法)、水下钢球法和气流挟砂喷射法(风砂枪法)以及美国ASTM的混凝土抗冲磨标准试验方法ASTMC1138～89，其测试了水流或气流夹质对混凝土抗冲磨性能的影响；对于抗冲击性能的检测主要是美国ACI544委员会推荐的落锤冲击试验，其表征了竖直冲击荷载对混凝土抗冲击性能的影响。上述这些试验方法的技术原理和测试手段都难以客观地表征出通航船只对船闸工程混凝土表面的撞击和磨损作用，导致难以选取合适的船闸工程混凝土配合比。
三、发明内容
技术问题：本发明针对上述技术空白，提供一种适用于船闸工程用混凝土耐撞磨性能的检测方法，它能够克服现有检测技术存在的不足，合理地模拟出船闸工程混凝土所受到的撞磨作用，且该法操作简单，试验周期短，试验成本低。
技术方案：本发明的技术解决方案为：一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，检测步骤为：船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为5≤d＜60mm，混凝土试件的直径或高度为100mm～200mm；将标准养护28～90天的混凝土试件在60～110℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；磨耗试验机检测：将钢球、3～6个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为30r/min～33r/min，回转时间为6～33min，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。钢球的总数量为100～200粒，直径为10mm～25mm。磨耗试验机的圆桶内径为700mm±20mm，内侧长500mm±20mm，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。检测方法中试件的撞磨时间：对船闸工程用素混凝土和船闸工程用有机纤维增强混凝土，撞磨时间为6～20min；对船闸工程用钢纤维增强混凝土，由于高强度、高弹性模量钢纤维的增强和增韧效应，其耐撞磨性能较好，撞磨时间为9～33min。
有益效果：在本发明的检测方法中，当磨耗试验机以30r/min～33r/min的转速反复旋转时，试件本身及其与钢球、圆筒内壁之间将发生撞击和摩擦作用，试件表面会不断产生磨蚀和破损，从而较好地模拟和表征了船闸工程混凝土的耐撞磨性能。每组试件采用3～6个，既可以控制试验的工作量，又可使试验结果具有一定的统计性，提高精确度。采用直径和高度等同的圆柱体，可减少试件棱角部位在撞磨过程中的破损，使试件所产生的撞磨质量损失更符合实际工程情况。所采用钢球的直径和数量不宜较大，否则试件会产生较严重的破损，弱化不同类型混凝土耐撞磨性能的差异。磨耗试验机的转速不能太大或太小，若太大则试件会贴附在圆筒内壁做离心转动，若太小则试件在试验机圆筒内很难被扬起，不能产生有效的撞磨作用。试验机的圆筒内径也不宜过大或过小，若过大则试件在下落后会产生较强的撞击作用，若过小则撞击作用又很弱。试件的撞磨时间亦是类似道理，撞磨时间长不仅降低试验效率，而且试件的破损严重，不利于考察不同类型混凝土的耐撞磨性能。当试验机圆筒回转到设定次数时，设备会自动停止，操作简单，无需人为控制，每组试件的测试时间通常不超过33min。而若采用水工混凝土试验规程中的水下钢球法进行混凝土抗冲磨试验，每个试件则需测试72h。同时，本发明的检测方法亦可适用于码头工程和机场工程混凝土的耐撞磨性能试验。
四、附图说明
图1是实施例1中REF组在撞磨16min后的外观形态。
图2是实施例1中PPF组在撞磨16min后的外观形态。
五、具体实施方式
按规定的尺寸和数量成型混凝土试件，当养护到测试龄期时，在烘箱中烘干至恒重，记录其初始质量m1。将一组试件(3～6个)及相应的钢球放入试验机钢筒中，盖好筒盖，紧固密封。将磨耗试验机的计数器调整到零位，根据撞磨时间设定要求的回转次数，开动磨耗试验机，以固定的转速转动至要求的回转次数为止。试验结束后，取出试件将其表面用毛刷清理干净，称量其质量m2，并观察其表面形态。按式1计算混凝土撞磨后的质量损失率Q，精确至0.1％。
若每组采用3个试件，取3个试件测值的算术平均值作为该组试件的质量损失率。3个测值的最大值或最小值中有一个与中间值的差值超过中间值的15％，则把最大及最小值一并舍去，取中间值作为该组试件的质量损失率。如2个测值与中间值的差均超过中间值的15％时，则该组试件的试验结果无效。若每组采用4个试件，以4个质量损失率的算术平均值为试验结果，如4个测值中有一个超出4个平均值的15％，剔除该结果，而以剩下3个的平均数为结果，如果3个测定值中再有超过它们平均数±15％的，则此组结果作废。每组试件数为5～6个的结果处理方法与每组采用4个的类同。
实施例1：
采用本发明的检测方法考察了素混凝土、聚丙烯纤维混凝土和钢纤维混凝土的耐撞磨性能。使用的磨耗试验机是由江苏沭阳路达公路仪器厂生产，其主要技术参数是：圆筒内径711.5mm，内侧长509.5mm，钢筒的回转速率为30r/min。三组混凝土的配合比见表1，每组混凝土采用三个试件，尺寸为直径和高度均为100mm的圆柱体。其中，水泥为32.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰为邳州I级粉煤灰；砂为骆马湖中砂(细度模数为2.9)；石子为5～25mm连续级配的石灰岩碎石；聚丙烯纤维为江苏博特有限公司生产，长度为19mm；钢纤维为常州武进东南新型建筑材料厂生产，长度为32mm；外加剂为江苏博特有限公司生产的聚羧酸类超塑化剂。
表1试验用混凝土配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 粉煤灰 | 砂 | 石 | 水 | 纤维 | 外加剂 |
| REF | 342 | 38 | 662 | 1200 | 170 | 0 | 4.94 |
| PPF(聚丙烯纤维) | 342 | 38 | 662 | 1200 | 170 | 0.9 | 4.94 |
| SF(钢纤维) | 342 | 38 | 662 | 1200 | 170 | 64 | 4.94 |
表2试验用钢球的直径和数量
| 序号 | 钢球直径(mm)×钢球数量(个) | 钢球总数(个) |
| g1 | Φ5×100 | 100 |
| g2 | Φ10×100 | 100 |
| g3 | Φ16×100 | 100 |
| g4 | Φ20×100 | 100 |
| g5 | Φ10×50，Φ16×50，Φ20×50 | 150 |
| g6 | Φ10×50，Φ16×50，Φ20×25，Φ25×25 | 150 |
| g7 | Φ10×50，Φ16×50，Φ20×50，Φ25×50 | 200 |
| g8 | Φ35×150 | 150 |
表3混凝土试件撞磨后的质量损失率(％)
| 撞磨时间 | 编号 | 钢球工况序号 | |||||||
| g1 | g2 | g3 | g4 | g5 | g6 | g7 | g8 | ||
| 4min | REF | 6.5 | 7.7 | 7.9 | 8.1 | 8.3 | 8.2 | 8.5 | 9.7 |
| PPF | 5.7 | 6.8 | 6.9 | 7.1 | 7.3 | 7.4 | 7.8 | 8.9 | |
| SF | 3.6 | 4.5 | 4.7 | 4.9 | 4.8 | 4.7 | 5.0 | 5.8 | |
| 10min | REF | 11.5 | 14.4 | 14.8 | 15.6 | 15.9 | 15.7 | 16.5 | 21.5 |
| PPF | 7.2 | 9.1 | 9.3 | 9.8 | 10.5 | 10.3 | 10.9 | 15.1 | |
| SF | 5.1 | 6.4 | 6.8 | 7.2 | 7.8 | 7.8 | 8.5 | 12.7 | |
| 16min | REF | 18.6 | 21.1 | 21.7 | 22.4 | 22.8 | 22.7 | 23.4 | 27.6 |
| PPF | 12.5 | 14.1 | 14.5 | 14.9 | 15.4 | 15.3 | 16.1 | 19.9 | |
| SF | 6.8 | 8.4 | 9.1 | 9.5 | 10.3 | 10.2 | 11.4 | 15.1 | |
| 33min | REF | 33.4 | 36.7 | 36.9 | 37.3 | 37.9 | 38.2 | 38.9 | 42.7 |
| PPF | 24.8 | 27.9 | 28.1 | 28.5 | 28.9 | 29.1 | 29.7 | 34.4 | |
| SF | 18.8 | 21.7 | 21.9 | 22.3 | 22.5 | 22.3 | 23.1 | 26.2 | |
| 40min | REF | 37.8 | 40.1 | 40.5 | 40.6 | 41.3 | 40.7 | 41.2 | 44.5 |
| PPF | 30.7 | 32.9 | 33.1 | 33.2 | 33.6 | 33.8 | 34.5 | 38.2 | |
| SF | 24.1 | 26.2 | 26.8 | 27.4 | 27.9 | 28.2 | 29.4 | 32.9 | |
针对素混凝土、聚丙烯纤维混凝土和钢纤维混凝土(SF组)，考虑了不同直径和数量的钢球对混凝土耐撞磨性能的影响，对试验用钢球设计了八种工况，所采用的钢球的直径和数量见表2；对撞磨时间设计了五种工况，分别是4min、10min、16min、33min和40min。三种混凝土在40种工况下的撞磨质量损失率见表3。
随着钢球数量和直径的增加，试件的撞磨质量损失率会有所增加，其中素混凝土(REF组)的质量损失率要大于聚丙烯纤维混凝土(PPF组)，聚丙烯纤维混凝土的质量损失率要大于钢纤维混凝土，这符合纤维增强复合材料的性能特点。因为钢纤维的强度和弹性模量要大于聚丙烯纤维，故其复合材料的冲击韧性较高，耐撞磨性也较好。在实施例中，采用直径为5mm的钢球，试件的撞磨质量损失率相对较小；采用直径为35mm的钢球，试件的撞磨质量损失率相对较大，不太适用于混凝土耐撞磨性能的检测。当撞磨时间为4min时，混凝土试件的撞磨质量损失率较小，撞磨作用效应较弱；当撞磨时间为40min时，混凝土试件的破损接近一半，撞磨作用效应过强。钢球的总数量为100～200粒，直径为10mm～25mm，撞磨时间为6～33min，可较好的用于检测船闸工程混凝土的耐撞磨性能，在具体试验时，只需采用一种试验参数进行对比分析。附图的图1和图2表明，混凝土试件经撞磨试验后，在表面产生了磨蚀和破损现象，这符合实际船闸工程混凝土的破坏特征，说明本发明的检测方法是切实可行的。
实施例2
一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，检测步骤为：船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为5≤d＜60mm，混凝土试件的直径或高度为100mm～200mm；将标准养护28～90天的混凝土试件在60～110℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；磨耗试验机检测：将钢球、3～6个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为30r/min～33r/min，回转时间为6～33min，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。钢球的总数量为100～200粒，直径为10mm～25mm。磨耗试验机的圆桶内径为700mm±20mm，内侧长500mm±20mm，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。检测方法中试件的撞磨时间：对船闸工程用素混凝土和船闸工程用有机纤维增强混凝土，撞磨时间为6～20min；对船闸工程用钢纤维增强混凝土，由于高强度、高弹性模量钢纤维的增强和增韧效应，其耐撞磨性能较好，撞磨时间为9～33min。
实施例3
一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，检测步骤为：船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为50mm，混凝土试件的直径为100mm；将标准养护28天的混凝土试件在60℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；磨耗试验机检测：将钢球、3个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为30r/min，回转时间为6，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。钢球的总数量为100粒，直径为10mm。磨耗试验机的圆桶内径为680mm，内侧长480mm，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。检测方法中试件的撞磨时间：对船闸工程用素混凝土和船闸工程用有机纤维增强混凝土，撞磨时间为6min；对船闸工程用钢纤维增强混凝土，由于高强度、高弹性模量钢纤维的增强和增韧效应，其耐撞磨性能较好，撞磨时间为9min。
实施例4：
一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，检测步骤为：船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为6mm，混凝土试件的直径或高度为200mm；将标准养护90天的混凝土试件在110℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；磨耗试验机检测：将钢球、6个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为33r/min，回转时间为33min，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。钢球的总数量为200粒，直径为25mm。磨耗试验机的圆桶内径为720mm，内侧长520mm，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。检测方法中试件的撞磨时间：对船闸工程用素混凝土和船闸工程用有机纤维增强混凝土，撞磨时间为20min；对船闸工程用钢纤维增强混凝土，由于高强度、高弹性模量钢纤维的增强和增韧效应，其耐撞磨性能较好，撞磨时间为33min。
实施例5：
一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，检测步骤为：船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为20mm，混凝土试件的直径或高度为150mm；将标准养护50天的混凝土试件在90℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；磨耗试验机检测：将钢球、5个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为32r/min，回转时间为20min，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。钢球的总数量为150粒，直径为20mm。磨耗试验机的圆桶内径为700mm，内侧长500mm，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。检测方法中试件的撞磨时间：对船闸工程用素混凝土和船闸工程用有机纤维增强混凝土，撞磨时间为15min；对船闸工程用钢纤维增强混凝土，由于高强度、高弹性模量钢纤维的增强和增韧效应，其耐撞磨性能较好，撞磨时间为20min。
Claims (4)
1.一种船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，其特征在于检测步骤为：
a.船闸工程用混凝土试件的准备：船闸工程用混凝土试件形状为直径和高度等同的圆柱体，混凝土粗骨料的粒径为5≤d＜60mm，混凝土试件的直径或高度为100mm～200mm；将标准养护28～90天的混凝土试件在60～110℃烘箱中烘干至恒重并测定其初始质量；
b.磨耗试验机检测：将钢球、3～6个为一组的试件放入磨耗试验机内，磨耗试验机的回转速率为30r/min～33r/min，回转时间为6～33min，回转停止后，测定混凝土试件的质量，计算质量损失率，得到船闸工程用混凝土试件的耐撞磨性能。
2.如权利要求1所述的船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，其特征在于步骤b中所述钢球的总数量为100～200粒，直径为10mm～25mm。
3.如权利要求1所述的船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，其特征在于所述磨耗试验机的圆桶内径为700mm±20mm，内侧长500mm±20mm，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。
4.如权利要求1所述的船闸工程混凝土耐撞磨性能检测方法，其特征在于检测方法中试件的撞磨时间：船闸工程用素混凝土和船闸工程用有机纤维增强混凝土为6～20min；船闸工程用钢纤维增强混凝土为9～33min。
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