CN102841027A - 测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置及试验方法，属于建筑材料性能测试技术领域，该装置包括有一钢桶、一搅拌桨、调节阀门及高压水泵，钢桶内部装有钢支架，上部有可拆卸桶盖；搅拌桨位于钢桶中，其上部由电机装置带动；而谳节阀门与高压水泵通过导管与钢桶连接；待测混凝土试块置于钢支架上。测试时，将浸泡后的成型标准试块放入装置，并加入标准砂和水的混合物，砂和水的体积比为1:5，盖上桶盖，打开装置。以连续冲磨24h后混凝土试块的磨损率作为反映混凝土抗冲磨性能的指标；本发明具有模拟准确，设备简单，操作方便，测试时间短等优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料性能测试技术领域，具体涉及一种测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置及试验方法。
背景技术
混凝土凭借其优异的性能，成为了现代社会建设中广泛应用的建筑材料。由于混凝土易于加工成型，可满足设计要求的形状和尺寸；且其可调整性强，耐久性好，维修费用少。在水工建设及沿海地区建设中混凝土是最主要的建筑材料，如桥墩、水坝及各种沿海建筑物。然而自然环境复杂，混凝土在使用过程中出现了诸多问题，其中冲蚀磨损是水工建筑物最常见的病害之一。高速水流及其中的固体悬浮颗粒，在流过混凝土表面时产生冲击作用，会造成混凝土表面的冲刷磨损破坏。实践证明，混凝土的磨损率主要受水流速度和水流含砂率的影响。
目前，在实验室条件下完全模拟水工混凝土冲磨破坏是非常困难的。我国的水工混凝土试验规程（DL/T 5150-2001）中介绍了以下三种方法：
（1）混凝土抗含砂水流冲刷试验（圆环法），将混凝土环形试样固定于试验装置之上，由电动机叶轮带动试样环中的水和砂高速转动，使试样内侧受到磨损，以试样的质量损失来评价混凝土的抗冲磨性能；
（2）混凝土抗冲磨试验（水下钢球法），将成型混凝土试样置于钢桶底部，同时将钢球和水放入桶中，利用搅拌桨带动水流高速流动，同时水下钢球一起运动，磨损混凝土试样表面，以试样的相对质量损失来评价混凝土表面的相对抗磨性能；
（3）混凝土抗冲磨试验（风砂枪法），用空气压缩机压缩空气，以其作为动力，将加砂装置中的砂通过喷嘴与喷头高速喷出，冲击磨损混凝土试样表面，进行一定循环后，以冲磨的用砂量和冲磨磨损率来评价混凝土抗冲磨性能。
在这些方法中，圆环法设备简单，易于操作，测试速度快，但其混凝土的受冲磨方式与实际工况不一致，试验结果难以反映实际工程中混凝土的抗冲磨性能；水下钢球法方法简单，设备可操作性强，但其试验时间长，且小钢球难以真实模拟河砂、海砂，缺乏足够说服力；风砂枪法易于控制试验中各种参数，设备成本低，但其需要经常更换喷头，且砂速与风速有较大差距。
由此可见，发明一种新的测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置，能更真实地反映水工混凝土的工作情况，对于测试混凝土抗冲磨性能是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，根据水工混凝土设施受冲磨的实际情况，结合实验室试验的局限性，提出一种新的实验室测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置及试验方法，其具有模拟准确，设备简单，操作方便，测试时间较短的功效。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置，其中：该装置包括有一钢桶、一搅拌桨、调节阀门及高压水泵，钢桶内部装有钢支架，上部有可拆卸桶盖；搅拌桨位于钢桶中，其上部由电机装置带动；而谳节阀门与高压水泵通过导管与钢桶连接；待测混凝土试块置于钢支架上。
所述钢桶的尺寸为长450mm，宽250mm，高450mm，其内部装有的钢支架高为250mm。
所述搅拌桨的尺寸为100mm′100mm′100mm，其下端距钢桶桶底150mm。
所述的电机装置固定搅拌桨并达到400r/min速度旋转。
一种测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置的测试方法，其测试步骤如下：
①、按标准方法成型150mm′150mm′150mm的混凝土试块；
②、试验前，将试块在水中浸泡48h；试验时，取出试块，擦去表面水分，称量；
③、将试块放入钢桶，置于钢支架上；在桶中加入水和标准砂，砂和水的体积比为1:5，液面与钢支架顶面平行；
④、盖上桶盖，开启搅拌浆电动机，使其转速达到400r/min，打开阀门与高压水泵；
⑤、连续冲磨24h后，关闭装置，取出试块，冲洗干净，擦去表面水分，称量。
试验结果处理：
以磨损率反映混凝土的抗冲磨性能，其计算公式如下：
式中：L -------磨损率，%；
M0-----试验前试块质量，kg；
MT-----试验后试块质量，kg。
采用上述方案后，本发明的优点是：测试试块为150mm′150mm′150mm标准试块，一般实验室均有该种模具，成型方便；采用标准砂和水的混合物作为磨损剂对混凝土试块进行冲磨，可有效模拟水工混凝土的工作环境，同时使用搅拌桨对混合物进行不断搅拌，防止砂在水中下沉；整个装置为循环系统，开启后无需额外操作，省工省料；可通过调节阀门，控制流速在20-40m/s之间，可模拟多种环境。总之，本发明的装置具有模拟准确，设备简单，操作方便，测试时间较短等优点。
附图说明
图1为本发明的测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置示意图。
其中：
1为钢桶、 2为导管、 3为高压水泵、 4为调节阀门、
5为搅拌桨、 6为钢支架、 7为待测混凝土试块、
8为标准砂和水的混合物（磨损剂）。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体说明，本发明的测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置如图1所示，主要部件有：一钢桶1，长450mm，宽250mm，高450mm，其内部装有钢支架6，钢支架6高为250mm，上部有可拆卸桶盖（图中未示出）；一搅拌桨5，其尺寸为100mm′100mm′100mm，其下端距钢桶1的桶底150mm，能上部设有固定搅拌桨并达到400r/min速度旋转的电机装置（图中未示出）；一调节阀门4及一高压水泵3，它们与钢桶1之间用导管2连接。
测试强度为C30的混凝土试块，分别采用20m/s、30m/s、40m/s的流速对试块进行冲磨测试，作为实施例1、2、3。
实施例1
1、按标准方法成型150mm′150mm′150mm的C30待测混凝土试块7，三个试块为一组，养护至28天测试龄期；
2、试验前，将试块在水中浸泡48h；试验时，取出试块，擦去表面水分，称量得到试验前质量M0；
3、将试块放入钢桶，置于钢支架上；在桶中加入水和标准砂，砂和水的体积比为1:5，液面与钢支架顶面平行；盖上桶盖，开启搅拌桨电动机，使其转速达到400r/min；将阀门调至20m/s，打开高压水泵，此时流速为20m/s；
4、连续冲磨24h后，关闭装置，取出试块，冲洗干净，擦去表面水分，称量得到试验后质量MT。
5、按照公式
计算出混凝土试块的磨损率，以一组三个试块的平均值作为试验结果，如单个测值与平均值的差值超过15%时，则此值应剔除，以余下两个测值的平均值作为试验结果，若一组中可用的测值少于两个，则重做该组试验。
实施例2
通过阀门将流速调节至30m/s，其它与实施例1相同。
实施例3
通过阀门将流速调节至40m/s，其它与实施例1相同。
测试结果如表1所示。
表1 不同流速下C30混凝土的冲磨磨损率
| 实施例编号 | 流速（m/s） | 磨损率（%） |
| 1 | 20 | 1.6 |
| 2 | 30 | 3.7 |
| 3 | 40 | 13.2 |
综上，本发明的优点是：测试试块为150mm′150mm′150mm标准试块，一般实验室均有该种模具，成型方便；采用标准砂和水的混合物作为磨损剂对混凝土试块进行冲磨，可有效模拟水工混凝土的工作环境，同时使用搅拌桨对混合物进行不断搅拌，防止砂在水中下沉；整个装置为循环系统，开启后无需额外操作，省工省料；可通过调节阀门，控制流速在20-40m/s之间，可模拟多种环境。总之，本发明的装置具有模拟准确，设备简单，操作方便，测试时间较短等优点。
Claims (6)
1.一种测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置，其特征在于：该装置包括有一钢桶、一搅拌桨、调节阀门及高压水泵，钢桶内部装有钢支架，上部有可拆卸桶盖；搅拌桨位于钢桶中，其上部由电机装置带动；而谳节阀门与高压水泵通过导管与钢桶连接；待测混凝土试块置于钢支架上。
2.如权利要求1所述的测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置，其特征在于：钢桶的尺寸为长450mm，宽250mm，高450mm，其内部装有的钢支架高为250mm。
3.如权利要求1所述的测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置，其特征在于：搅拌桨的尺寸为100mm′100mm′100mm，其下端距钢桶桶底150mm。
4.如权利要求1所述的测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置，其特征在于：电机装置固定搅拌桨并达到400r/min速度旋转。
5.一种测试水工混凝土抗冲磨性能的试验装置的测试方法，其测试步骤如下：
①、按标准方法成型150mm′150mm′150mm的混凝土试块；
②、试验前，将试块在水中浸泡48h；试验时，取出试块，擦去表面水分，称量；
③、将试块放入钢桶，置于钢支架上；在桶中加入水和标准砂，砂和水的体积比为1:5，液面与钢支架顶面平行；
④、盖上桶盖，开启搅拌浆电动机，使其转速达到400r/min，打开阀门与高压水泵；
⑤、连续冲磨24h后，关闭装置，取出试块，冲洗干净，擦去表面水分，称量。
6.试验结果处理：
以磨损率反映混凝土的抗冲磨性能，其计算公式如下：
式中：L -------磨损率，%；
M0-----试验前试块质量，kg；
MT-----试验后试块质量，kg。
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