CN103471945A - 滚筒式水力冲击磨耗量测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置，用以对多个水工结构物试体进行一磨耗试验与一损害模拟，其包括：一滚筒支架、一滚筒与多个试体固定元件。其中该固定元件至少具有一外罩、一第一垫片与多个第一螺柱，且滚筒的筒身表面开设有用以分别容置该多个水工结构物试体的多个试体开孔，每一个试体开孔的两侧设有一长档板与一短档板。本发明的滚筒式水力冲击磨耗量测装置借由特殊设计的该多个试体孔洞、该多个试体固定元件、该多个长档板与该多个短档板的设置，而可精确地同时对多个水工结构物试体进行磨耗试验与损害模拟。

Description

滚筒式水力冲击磨耗量测装置

技术领域

本发明与一种混凝土水工结构物的磨耗量测装置有关，特别是涉及一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置。

背景技术

中国台湾境内的坡地陡峭，每逢暴雨或台风时，诸如溢洪道、排砂道等等混凝土的水工结构物，往往会受到湍急流水冲刷或夹带的土石不断地冲击、磨损与侵蚀，而造成水工结构物表层的剥离现象以及水工结构物的主要钢筋裸露，进而缩短水工结构物的服役年限。

根据ACI 210R-93的分类,水工结构物的侵蚀作用包括：气穴侵蚀、磨蚀侵蚀与化学侵蚀。更明确地说，学者David Plum与Fang Xufei将水工结构物的侵蚀作用进一步地分为：研磨磨损、固体颗粒冲击、固体颗粒锋利边缘的磨损作用、固体颗粒淘洗作用以及预冲蚀剥落等等方式。而在了解水工结构物的各种侵蚀作用后，更重要的是如何针对各种水工结构物进行优化设计。其中，学者Papenfus发现混凝土的硬度、骨材与水泥砂浆三者的结合力，是影响水工结构物(混凝土)的耐磨性主要因素；之后，后进学者与各研究单位无不致力于研究，如何在混凝土的硬度、骨材与水泥砂浆之间调配出最佳的比例，以提升水工结构物(混凝土)的耐磨性。

承上所述，研究者在进行混凝土的硬度、骨材与水泥砂浆的调配比例的研究时，必须借由混凝土磨蚀试验方法来加以验证的，如此，研究者才能够确定调配比例与耐磨性之间的关系。其中，根据美国材料试验协会(American Society for TestingMaterials,ASTM)所提供的材料试验方法，混凝土磨蚀试验方法包括有：C418喷砂试验、C779水平混凝土表面磨损试验、C994旋转磨削试验以及C1138水中磨耗试验。

C418喷砂试验、C779水平混凝土表面磨损试验与C994旋转磨削试验，皆属于干式磨损试验法；然而,由于水工结构物的表层往往需承受水流所夹带的砾石、砂、泥沙等等的磨、刮、削、擦、割、淘及撞击作用，使得其中的作用机制相当的复杂，因此，目前研究单位较常使用C1138水中磨耗试验法，来模拟与验证水中悬浮颗粒对水工结构物表层所造成的磨损作用。

请参阅图1，其为研究单位所惯用的C1138水中磨耗试验仪的剖视图。如图1所示，C1138水中磨耗试验仪1’包括：一基座11’与一槽桶12’，其中，该槽桶12’底部设有一试体支撑架121’，支撑架121’上则乘载有一混凝土试体2’。在进行试验时，须将水注入内槽桶12’内，之后，放置多个大小不一的钢珠13’在混凝土试体2’的表层。接着，以马达(图中未示)带动槽桶12’内的转轴14’转动，以驱动多个搅拌叶片15’在水中旋转并造成水流。如此，受到水流的影响，该多个钢珠13’便会在混凝土试体2’的表层移动，并借此方式模拟含砂水流对于水工结构物(混凝土)的冲击。

承上述，C1138水中磨耗试验仪1’虽为一较常被使用的水工结构物磨耗试验仪器，然而依照ASTM的规范，C1138水中磨耗试验仪1’的试验时间至少必须48小时；而使用C1138水中磨耗试验仪1’对高强度的混凝土水工结构物进行磨耗试验时，往往因高强度的混凝土具有较佳的表面抗磨损能力，在试验时间为48小时下则不易观察到较明显的差异性；因此，其较佳的试验时间为72小时。由此可知，试验时间过长便成为了C1138水中磨耗试验仪1’的缺点之一。此外，由于现地水工结构物受到流含砂水流的冲击而损伤破坏的机制极为复杂，然而C1138水中磨耗试验仪1’却仅能模拟水中的磨损作用，无法一并试验水流的冲刷作用，这也是C1138水中磨耗试验仪1’另一个的缺点。

因此，经由上述说明，本人可以得知现有习用的C1138水中磨耗试验仪具有明显的缺点与不足，有鉴于此，本发明人极力地研究创作，而终于研发出一种新颖的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，以取代现有习用的C1138水中磨耗试验仪，来精确地执行水工结构物的磨耗试验与模拟。

由此可见，上述现有的水中磨耗试验仪在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新型结构的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于,克服现有的水中磨耗试验仪存在的缺陷，而提供一种新型结构的滚筒式水力冲击磨耗量测装置,所要解决的技术问题是使其具备带有特殊设计的多个试体孔洞、多个试体固定元件、多个长档板、与多个短档板，并且可以取代现有习用的ASTM C1138水中磨耗试验仪，以进行精确的水工结构物试体磨耗试验与损害模拟，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中该量测装置包括有：一滚筒支架；一滚筒，其设置于该滚筒支架上，其中，该滚筒的筒身表面开设有至少一试体孔，以设置至少一该水工结构物试体；以及至少一试体固定元件，其等用以分别将该至少一水工结构物试体固定于该滚筒的该至少一试体孔上；其中该滚筒内侧具有多个挡板，且上述挡板轴向延伸地且彼此平行地设置于每一试体孔周围。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的滚筒内侧的上述多挡板包含有多个长挡板与多个短挡板，每一长挡板与短挡板交互地设置于每一试体孔周围，以使得每一试体孔周围都会被长挡板及/或短挡板所围绕。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的滚筒支架具有一底部与至少一支撑部，该底部上设有一马达以驱动该滚筒，且该滚筒设置于该支撑部上。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的试体固定元件包括有：一外罩，其用于部分地容置与覆盖该水工结构物试体，并具有至少一固定部；一第一垫片，其设置于该外罩与该水工结构物试体之间，以作为外罩与水工结构物试体之间的缓冲；以及多个第一螺柱，其等用以穿过该固定部，以将外罩与水工结构物试体固定于滚筒的筒身之上。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的试体固定元件更包括：多个第二垫片，其设置于该第一垫片与该水工结构物试体之间，所述第二垫片具有一特定厚度，该特定厚度会根据不同的水工结构物试体的长度与宽度而作调整，以使得具有不同长度与不同宽度的该水工结构物试体，皆可被部分地容置于该外罩之内；多个第二螺柱，其等用以由外而内地穿过外罩的侧边，以固定部分地容置于外罩内的该水工结构物试体；以及一把手，其连接于该外罩上。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，特征在于借由将一含砂水或是一含钢珠水注入该滚筒内并驱动该马达以使淂该滚筒滚动的方式，来执行该水工结构物试体的该磨耗试验与该损害模拟。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的长挡板邻近该试体孔的距离为试体孔长度的一半。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的短挡板邻近该试体孔的距离为试体孔长度的一半。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于相邻的二个试体孔之间具有一固定的垂直距离。

前述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其中所述的滚筒更包括一传动盘与一滚筒传动轴，该滚筒传动轴连接于传动盘，且该传动带的一端套设于该传动盘，而该传动带的另一端则套设于该马达的一传动轴。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知,为达到上述目的，本发明提出了一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置，以对多个水工结构物试体进行一磨耗试验与一损害仿真该量测装置包括：一滚筒支架；一滚筒，其设置于该滚筒支架上，其中，该滚筒的筒身表面开设有至少一试体孔，以设置至少一该水工结构物试体；以及至少一试体固定元件，其等用以分别将该至少一水工结构物试体固定于该滚筒的该至少一试体孔上；其中该滚筒内侧具有多挡板，且上述挡板轴向延伸地且彼此平行地设置于每一试体孔周围。

借由上述技术方案，本发明滚筒式水力冲击磨耗量测装置至少具有下列优点及有益效果：

1.借由设置特殊设计的上述多个试体孔洞、上述多个试体固定元件、上述多个长档板、与上述多个短档板，本发明的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，可精确地同时对多个水工结构物试体进行磨耗试验与损害模拟。

2.承上述第1点，借由控制滚筒的转速，本发明可控制含砂水的砂砾(或含钢珠水的钢珠)对水工结构物试体的表面进行磨耗与冲击等作用，以模拟各种天然的水工结构物侵蚀作用。

3.此外，在本发明中，所述第二垫片皆具有一特定厚度，上述特定厚度会根据不同的水工结构物试体的长度与宽度来进行调整，以使得不同长度与不同宽度的水工结构物试体，皆可被部分容置于该外罩内；借此，其可以通过执行不同长度与不同宽度的水工结构物试体的磨耗试验与损害模拟，而对于水工结构物的优化设计相当有帮助。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是现有习用的C1138水中磨耗试验仪的剖视图；

图2是本发明的一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置的立体图；

图3是滚筒式水力冲击磨耗量测装置的一试体固定元件的侧视图；

图4是滚筒式水力冲击磨耗量测装置的一滚筒的侧视图；以及

图5A与图5B是滚筒式水力冲击磨耗量测装置的使用示意图。

1：滚筒式水力冲击磨耗量测装置

10：滚筒支架           101：底部

102：支撑部            103：马达

104：传动带            11：滚筒

111：试体孔            112：传动盘

12：试体固定元件          121：外罩

1211：固定部              122：第一垫片

123：第一螺柱             124：第二垫片

125：第二螺柱             126：把手

13：长挡板                14：短挡板

15：控制装置              2：水工结构物试体

1’：C1138水中磨耗试验仪

11’：基座                12’：槽桶

121’：试体支撑架         13’：钢珠

14’：转轴                15’：搅拌叶片

2’：混凝土试体

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的滚筒式水力冲击磨耗量测装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2，其为本发明的一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置的立体图。如图2所示，本发明的滚筒式水力冲击磨耗量测装置1，用以对多个水工结构物试体2进行一磨耗试验与一损害模拟，其包括有：一滚筒支架10、一滚筒11以及多个试体固定元件12。该滚筒支架10具有一底部101与二支撑部102，其中滚筒支架10的底部101上设有一马达103。在此要特别说明的是，在此所指的水工结构物2为混凝土构成的水工结构物。

继续参阅图2，该滚筒11的筒身表面开设有多个试体孔111以供放置上述多个水工结构物试体2，且滚筒11的顶部与底部各设有一滚筒传动轴(图中未示)，该二滚筒传动轴连接于该二支撑部102，以使得滚筒11得以被设置于该二支撑部102上。另外，该滚筒11更包括连接于滚筒11顶部的滚筒传动轴上的一传动盘112；如图所示，传动带104的一端套设于该传动盘112，而另一端则套设于该马达103的一传动轴(图中未示)上，借由此一设置方式，当马达103运转时，滚筒11便可通过该传动带104受到马达103的驱动并进而滚动。所述试体固定元件12用以分别将该至少一水工结构物试体2固定于该滚筒11的该至少一试体孔111上。

请继续参阅图2，并请同时参阅图3，是试体固定元件的侧视图。如图2所示，当该多个水工结构物试体2被置入于滚筒11的上述多个试体孔111内后，上述多个试体固定元件12，即可被用以将该多个水工结构物试体2固定于该滚筒11的筒身上。如图3所示，每一个试体固定元件12包括有：一外罩121、一第一垫片122、多个第一螺柱123、多个第二垫片124、多个第二螺柱125、以及一把手126。该外罩121用于部分地容置且覆盖该水工结构物试体2，并且具有二固定部1211。第一垫片122由金属材质所制成，其设置于外罩121与水工结构物试体2之间，以作为外罩121与水工结构物试体之间的缓冲。上述多个第一螺柱123则用以穿过外罩121的二固定部1211，以将外罩121与水工结构物试体2固定于滚筒11的筒身上。

如图3所示，本发明中，上述多个第二垫片124由橡胶(或塑料、硅胶)等材质所制成，且置于水工结构物试体2的后侧以及左、右两侧。明确地说，所述第二垫片124皆具有一特定厚度，且该特定厚度可根据不同的水工结构物试体2的长度与宽度来进行调整，以使得不同长度与不同宽度的水工结构物试体2，皆能够被部分地容置于该外罩121内。上述多个第二螺柱125则用以由外而内地穿过外罩121的侧边，以将部分地容置于外罩121内的水工结构物试体2加以固定。

请再继续参阅图4，其代表滚筒的内部表面的平面展开示意图，其将滚筒的环状内部表面展开成一平面示意图，借以说明该滚筒的内部表面的构造。如图4所示，滚筒11的内部表面设置有多个长挡板13与多个短挡板14，且上述挡板(13,14)轴向延伸地且彼此平行地设置于每一试体孔111的周围。如图所示，每一长挡板13与短挡板14互相平行且交互地设置于每一试体孔111周围，以使得每一试体孔111周围都会被长挡板及/或短挡板14所围绕。在本发明中，为了增进水工结构物试体2的磨耗试验与损害模拟的准确性，可将长挡板13的长度设计为短挡板14的两倍，并将短挡板14的长度设计成与该试体孔111的长度相等。如图中所示，假设试体孔111的长度为d，则短挡板14与长挡板13的长度分别为d与2d。

承上述，除了对于长挡板13与短挡板14的长度有特别要求外，长挡板13邻近该试体孔111的距离被特别地设计为试体孔111长度的一半，同样的，短挡板14邻近该试体孔111的距离亦被设计为试体孔111长度的一半。如图4所示，假设试体孔111的长度为d，则短挡板14与长挡板13邻近该试体孔111的距离皆为0.5d。另外，相邻二个试体孔111之间具有一固定的垂直距离h。

借由上述说明，可以完整地揭露本发明的滚筒式水力冲击磨耗量测装置1的基本构造。接着，将继续说明如何使用本发明的滚筒式水力冲击磨耗量测装置1，来对多个水工结构物试体2进行磨耗试验与损害模拟。请参阅图5A与图5B，其等为该滚筒式水力冲击磨耗量测装置的使用示意图。如图5A所示，在进行磨耗试验时，将水工结构物试体2置入滚筒11的该试体孔111中，并使用试体固定元件12将该水工结构物试体2固定于滚筒11的筒身上。接着，将一含砂水注入该滚筒11内并驱动马达103以滚动滚筒11；其中，当滚筒11在低速下滚动时，该含砂水将因重力的吸引而位于滚筒11底端，此时滚筒11底端的水工结构物试体2将与含砂水接触而产生磨耗。此外，如图5B所示，当滚筒11在高速下滚动时，含砂水中的砂砾则会撞击长挡板13与短挡板14因而往下掉，进而撞击水工结构物试体2。

承上所述，水工结构物试体2的磨耗试验与损害模拟，亦可借由将一含钢珠水注入该滚筒11内，并驱动马达103滚动滚筒11的方式完成。同时，通过图2所示的控制装置15，操作人员将可设定滚筒11的滚动圈数及滚动速度，以控制试验的准确性,进而验证水工结构物试体2的磨耗性，同时仿真水工结构物试体2的表面受损及侧面受损的情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种滚筒式水力冲击磨耗量测装置,其特征在于该量测装置包括：

一滚筒支架；

一滚筒，其设置于该滚筒支架上，其中，该滚筒的筒身表面开设有至少一试体孔，以设置至少一该水工结构物试体；以及

至少一试体固定元件，其等用以分别将该至少一水工结构物试体固定于该滚筒的该至少一试体孔上；

其中该滚筒内侧具有多个挡板，且上述挡板轴向延伸地且彼此平行地设置于每一试体孔周围。

2.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的滚筒内侧的上述多挡板包含有多个长挡板与多个短挡板，每一长挡板与短挡板交互地设置于每一试体孔周围，以使得每一试体孔周围都会被长挡板及/或短挡板所围绕。

3.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的滚筒支架具有一底部与至少一支撑部，该底部上设有一马达以驱动该滚筒，且该滚筒设置于该支撑部上。

4.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的试体固定元件包括：

一外罩，其用于部分地容置与覆盖该水工结构物试体，并具有至少一固定部；

一第一垫片，其设置于该外罩与该水工结构物试体之间，以作为外罩与水工结构物试体之间的缓冲；以及

多个第一螺柱，其等用以穿过该固定部，以将外罩与水工结构物试体固定于滚筒的筒身之上。

5.如权利要求4所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的试体固定元件更包括：

多个第二垫片，其设置于该第一垫片与该水工结构物试体之间，所述第二垫片具有一特定厚度，该特定厚度会根据不同的水工结构物试体的长度与宽度而作调整，以使得具有不同长度与不同宽度的该水工结构物试体，皆可被部分地容置于该外罩之内；

多个第二螺柱，其等用以由外而内地穿过外罩的侧边，以固定部分地容置于外罩内的该水工结构物试体；以及

一把手，其连接于该外罩上。

6.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，特征在于借由将一含砂水或是一含钢珠水注入该滚筒内并驱动该马达以使淂该滚筒滚动的方式，来执行该水工结构物试体的该磨耗试验与该损害模拟。

7.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的长挡板邻近该试体孔的距离为试体孔长度的一半。

8.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的短挡板邻近该试体孔的距离为试体孔长度的一半。

9.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于相邻的二个试体孔之间具有一固定的垂直距离。

10.如权利要求1所述的滚筒式水力冲击磨耗量测装置，其特征在于其中所述的滚筒更包括一传动盘与一滚筒传动轴，该滚筒传动轴连接于传动盘，且该传动带的一端套设于该传动盘，而该传动带的另一端则套设于该马达的一传动轴。

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