CN104483257B - 一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪及其使用方法，包括电机、速度调节器和底座，底座上设置有冲刷筒，冲刷筒内底部放置有混凝土试件，混凝土试件顶部设置有冲刷板组件；电机的输出轴经速度调节器连接有活塞，活塞包括拉杆和与拉杆相连的压力板，压力板将冲刷板组件与冲刷筒顶部之间空腔分为A空腔和B空腔，冲刷筒的一侧设置有动水循环管道，动水循环管道的进水口与B腔体连通，动水循环管道的出水口与A腔体连通。本发明中镂空结构能够真实地模拟轮胎花纹形状，从而使冲刷板对混凝土试件产生荷载作用，以模拟轮胎对路面结构的荷载作用。本发明装置结构简单，使用方便，能够模拟混凝土路面板底和板顶的冲刷试验。

Description

一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种道路水泥混凝土动水冲刷试验装置及其使用方法。

背景技术

大量工程实践表明，很多水泥混凝土路面损坏都是由于有压水流的冲刷造成的，道路材料抗冲刷性能不足是加速路面破坏的重要因素之一。水泥混凝土路面的冲刷是在降雨天或路表面积水时，高速行驶的车辆经过被水膜覆盖的路面，汽车轮胎的通过形成一种水力冲刷现象。动水冲刷主要包括两种：板底冲刷和板顶冲刷。板底冲刷是水泥混凝土路面特有的现象，由于水泥混凝土路面设有切割缝，水流在车辆荷载作用下被挤进切割缝甚至混凝土板的板底，进而形成板底冲刷，板底冲刷会使路面产生断板等病害，严重影响路面的使用性能。

而对于板顶冲刷，是指在轮胎正前方的水被挤压而在水泥混凝土路面表面产生动水压力，同时轮胎通过后在轮胎后方又产生真空负压，将路面表面空隙中的水吸出，这种挤入和吸出的反复循环形成了路面表面的冲刷作用。造成冲刷破坏的作用主要是正压力，负压力起一定的作用，主要是将冲刷后脱落的细集料从水泥混凝土表面的坑洞中带出。当路面水泥混凝土材料的抗冲刷能力不足或者动水压力过大时，会使得路面表面出现大量的小坑洞，进而影响水泥混凝土路面的强度和实用性能，严重时，甚至会造成交通安全问题。

动水冲刷对水泥混凝土路面的危害在冬季表现的更为严重，很多地区常使用除冰盐来除去道路上的积雪，冰雪融化之后会形成盐溶液对路面产生腐蚀作用，对路面的危害就更为严重。

目前还没有测试道路水泥混凝土路面抗动水冲刷的试验装置，这大大制约了在道路水泥混凝土抗动水冲刷方面的研究进展。因此设计开发一种能够同时模拟水泥混凝土路面板底冲刷和板顶冲刷的试验装置变得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪及其使用方法，该试验仪能够模拟路面行车引起的动水压力对水泥混凝土路面板顶和板底的冲刷作用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，包括电机、速度调节器和开设有若干流水槽的底座，底座上设置有冲刷筒，冲刷筒内底部放置有混凝土试件，混凝土试件顶部设置有冲刷板组件；电机的输出轴经速度调节器连接有活塞，活塞包括拉杆和与拉杆相连的压力板，压力板将冲刷板组件与冲刷筒顶部之间空腔分为A空腔和B空腔，冲刷筒的一侧设置有动水循环管道，动水循环管道的进水口与B腔体连通并与冲刷板组件上表面平齐设置，动水循环管道的出水口与A腔体连通；冲刷板组件包括试件箍和用于将混凝土试件固定且具有与轮胎花纹相同形状镂空结构的冲刷板。

所述压力板底面与水平方向呈2°～4°设置，且压力板底面高于水平方向的一端与设置有动水循环管道的冲刷筒内壁相接触。

所述压力板底面设置有橡胶层，冲刷板的材质为钢板。

所述动水循环管道上还设置有水压表。

所述冲刷筒上设置有水溶液盐份浓度检测表。

所述冲刷筒和底座之间通过螺纹连接。

所述冲刷筒内表面设置有保温层。

一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪的使用方法，当模拟动水压力对板顶的冲刷作用时，首先将试件箍包裹混凝土试件，再将混凝土试件放入冲刷筒内，然后将冲刷板放置在混凝土试件的顶部；将底座安装到冲刷筒的底部并从冲刷筒的顶部加入水，A空腔、B空腔内的水通过动水循环管道循环，并形成动水压力，当活塞向下运动时，位于冲刷板下方的混凝土试件表面受到水流的冲刷作用；当活塞向上运动时，混凝土试件表面受到水流的抽吸作用，上下移动活塞完成模拟动水对板顶的冲刷作用；

当模拟动水压力对板底的冲刷作用时，首先将混凝土试件放入冲刷筒内，再将冲刷板放置在混凝土试件的顶部，然后将底座安装到冲刷筒的底部，并从冲刷筒的顶部加入水，当活塞向下运动时，腔体B中的水进入混凝土试件表面，并沿混凝土试件与冲刷筒之间的空隙流到底座上，底座流水槽中的水对混凝土试件底部有冲刷作用，完成模拟动水对板底的冲刷作用。

相对于现有技术，本发明具有的有益效果：本发明通过在冲刷筒内设置活塞，活塞将冲刷筒内试件上方的空间分为A、B两个腔体，在冲刷筒的侧壁上设置两端分别与A、B腔体相连通的动水循环管道，并且动水循环管道的下底面与冲刷板的上表面平齐，当电机带动活塞上下移动时，使水流循环顺畅；由于设有速度调节器，可以调节活塞的上下活动频率，以模仿不同车速下的轮胎对路面产生的动水压力。另外，本发明中镂空结构能够真实地模拟轮胎花纹形状，从而使冲刷板对混凝土试件产生荷载作用，以模拟轮胎对路面结构的荷载作用，并使水流通过镂空对试件上表面产生冲刷作用。本发明装置结构简单，使用方便，能够模拟混凝土路面板底和板顶的冲刷试验。

进一步的，由于压力板与水平方向呈2°～4°设置，且压力板高于水平面的一端与设置有动水循环管道的冲刷筒内壁相接触，以便受挤压的水流进动水循环管道，同时水压表设在动水循环管道上，以便测试动水产生的水压。

进一步的，由于活塞的压力板的底面箍有橡胶层，这样有助于压力板在和冲刷板挤压时产生水流，同时还可以缓冲压力板对冲刷板的冲击作用。冲刷板的材质为钢板，以防止活塞上下活动过程中带起的水流将其冲起，无法进行测试。

进一步的，由于本发明中冲刷筒上安装有水溶液盐份浓度检测表，所以可以调整冲刷筒内的溶液浓度，进而模拟盐溶液对水泥混凝土路面的冲刷和腐蚀作用。

进一步的，冲刷筒内表面设有保温层，以保持水的温度，进而能够模拟不同水温条件下的动水冲刷。

本发明使用时，当采用试件箍和冲刷板相配合时，A空腔、B空腔内的水通过动水循环管道循环，并形成动水压力，当活塞向下运动时，混凝土试件表面受到水流的冲刷作用；当活塞向上运动时，混凝土试件表面受到水流的抽吸作用，上下移动活塞来模拟动水压力对板顶冲刷作用；不使用试件箍时，当活塞上下运动时，B腔体中的水会流入混凝土试件表面，并沿混凝土试件与冲刷筒之间的空隙流到底座上的流水槽内，在活塞上下运动时，流水槽中的水会对混凝土试件底部有冲刷和腐蚀作用，完成模拟动水对板底的冲刷。

附图说明

图1是本发明装置的总体结构示意图；

图2是底座的侧视图；

图3是底座的俯视图；

图4是冲刷板结构示意图；

图5是活塞纵面结构示意图。

其中：1为底座；2为水泥混凝土试件；3为橡胶试件箍；4为水压表；5为冲刷筒；6为活塞；7为盐溶液浓度测试仪；8为螺栓；9为动水循环管道；10为冲刷板；11为上盖；12为电机；13为速度调节器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。本发明中混凝土试件的高度和直径均为10cm。

参见图1-图5所示，本发明包括电机12、速度调节器13、上盖11和开设有若干流水槽的底座1，底座1上设置有冲刷筒5，并且冲刷筒5和底座1之间通过螺纹连接，冲刷筒5顶部设置上盖11，上盖11通过螺栓8固定在冲刷筒5上；冲刷筒5内底部放置有混凝土试件2，混凝土试样2顶部设置有冲刷板组件；电机12的输出轴经速度调节器13连接有活塞6，活塞6包括拉杆和与拉杆相连的压力板，压力板底面设置有橡胶层，这样有助于压力板在和冲刷板挤压时产生水流，同时还可以缓冲压力板对冲刷板的冲击作用。压力板将冲刷板组件与冲刷筒5顶部之间空腔分为A空腔和B空腔，冲刷筒5的一侧设置有动水循环管道9，动水循环管道9上还设置有水压表4，能够测试动水产生的水压；动水循环管道9的出水口与A腔体连通，动水循环管道9的出水口的位置高于活塞6压力板向上运动的到最高位置，以防止压力板影响动水循环管道9上部出水口的出水；动水循环管道9的进水口与B腔体连通并与冲刷板组件上表面平齐设置，当活塞6上下移动时，保证A腔体和B腔体之间水流的畅通性。

所述冲刷板组件包括试件箍3以及具有镂空结构的冲刷板10，冲刷板的材质为钢板，以防止活塞6上下活动过程中带起的水流将其冲起冲，进而无法进行测试；镂空结构的形状与轮胎花纹相同，能够模拟真实的轮胎的花纹形状，从而使冲刷板对试件产生荷载作用，以模拟轮胎对路面结构的荷载作用，并使水流通过镂空对试件上表面产生冲刷作用。试件箍3由具有弹性的橡胶制成，以方便将混凝土试件2固定；冲刷筒5上设置有水溶液盐份浓度检测表7，所以可以调整冲刷筒内的溶液浓度，进而模拟冬天撒盐除冰时，盐溶液对水泥混凝土路面的冲刷和腐蚀作用。

压力板底面与水平方向呈2～4°设置，且压力板底面高于水平方向的一端与设置有动水循环管道9的冲刷筒内壁相接触，以便受挤压的水流进动水循环管道，同时水压表设在动水循环管道上，以便测试动水产生的水压。

进一步，冲刷筒5内表面设置有保温层，以保持水的温度，进而能够模拟不同水温条件下的动水冲刷。

本发明中冲刷板上开设有条形孔，即为镂空结构，条形孔的形状可根据汽车轮胎表面花纹确定，以模拟不同轮胎花纹类型对水泥混凝土路面的冲刷和荷载作用；

一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪的使用方法为：当模拟板顶冲刷作用时，首先将试件箍3包裹混凝土试件2，然后将混凝土试件2放入冲刷筒5内，使混凝土试件2冲刷筒5内壁之间连接紧密，再将冲刷板10放置在混凝土试件2的顶部；由于试件箍的密封作用，冲刷板10上部的水无法与混凝土试件的侧面及底面接触，再将底座1安装到冲刷筒5的底部；将活塞6的压力板的侧面抹上润滑油，以使其与冲刷筒5的侧壁接触良好，从冲刷筒5的顶部加入水，然后封闭上盖11，当活塞6向下运动时，A空腔、B空腔内的水通过动水循环管道9循环，并形成动水压力，混凝土试件2表面受到水流的冲刷作用；当活塞6向上运动时，混凝土试件2表面受到水流的抽吸作用，上下移动活塞6来模拟动水压力对冲刷板10的冲刷作用，完成模拟板顶冲刷作用。

当模拟板底冲刷作用时，首先将具有镂空结构的冲刷板10放置在混凝土试件2的顶部并对混凝土试件2有一定的固定作用，然后将混凝土试件2放进冲刷筒5中，并将底座1安装到冲刷筒5的底部，防止在实验时水从底部渗出；将活塞6的侧面抹上润滑油，以使其与冲刷筒5的侧壁接触良好，从冲刷筒5的顶部加入水，然后安装上盖11；冲刷板10的上部的空间被活塞6分为两个A、B两个空腔，当活塞6通过拉杆的拉动上下运动时，A、B空腔内的水通过动水循环管道9循环，由于没有试件箍，所以B空腔中的水能够进入混凝土试件2表面，并沿混凝土试件2与冲刷筒5之间的空隙流入到底座上，底座1上开设有流水槽，流水槽中的水对混凝土试件底面有冲刷作用，从而完成模拟水流对板底的冲刷作用。

另外，在进行模拟水流对板顶部及板底部的冲刷作用时，可以从冲刷筒的顶部加入盐溶液，并且通过水溶液盐份浓度检测表7测量冲刷筒中溶液的盐浓度，从而模拟冬天撒盐除冰时，盐溶液对水泥混凝土路面的冲刷和腐蚀作用。当活塞6向下运动时，混凝土表面受到盐溶液的冲刷及腐蚀作用；当活塞6向上运动时，混凝土表面受到盐溶液的抽吸作用，以此往复循环来模拟盐溶液动水压力对路面的冲刷作用。

Claims (8)

1.一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，包括冲刷筒(5)、试件箍(3)、活塞(6)以及设置在冲刷筒(5)的一侧的动水循环管道(9)，活塞(6)包括拉杆和与拉杆相连的压力板，其特征在于，包括电机(12)、速度调节器(13)和开设有若干流水槽的底座(1)，底座(1)上设置有冲刷筒(5)，冲刷筒(5)内底部放置有混凝土试件(2)，混凝土试件(2)顶部设置有冲刷板组件；电机(12)的输出轴经速度调节器(13)连接有活塞(6)；压力板将冲刷板组件与冲刷筒(5)顶部之间空腔分为A空腔和B空腔，动水循环管道(9)的进水口与B腔体连通并与冲刷板组件上表面平齐设置，动水循环管道(9)的出水口与A腔体连通；冲刷板组件包括用于将混凝土试件(2)固定且具有与轮胎花纹相同形状镂空结构的冲刷板(10)。

2.根据权利要求1所述的一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，其特征在于，所述压力板底面与水平方向呈2°～4°设置，且压力板底面高于水平方向的一端与设置有动水循环管道(9)的冲刷筒(5)内壁相接触。

3.根据权利要求1或2所述的一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，其特征在于，所述压力板底面设置有橡胶层，冲刷板(10)的材质为钢板。

4.根据权利要求1所述的一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，其特征在于，所述动水循环管道(9)上还设置有水压表(4)。

5.根据权利要求1或4所述的一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，其特征在于，所述冲刷筒(5)上设置有水溶液盐份浓度检测表(7)。

6.根据权利要求1或4所述的一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，其特征在于，所述冲刷筒(5)和底座(1)之间通过螺纹连接。

7.根据权利要求1或4所述的一种道路水泥混凝土动水冲刷试验仪，其特征在于，所述冲刷筒(5)内表面设置有保温层。

8.一种如权利要求1所述道路水泥混凝土动水冲刷试验仪的使用方法，其特征在于，

当模拟动水压力对板顶的冲刷作用时，首先将试件箍(3)包裹混凝土试件(2)，再将混凝土试件(2)放入冲刷筒(5)内，然后将冲刷板(10)放置在混凝土试件(2)的顶部；将底座(1)安装到冲刷筒(5)的底部并从冲刷筒(5)的顶部加入水，A空腔、B空腔内的水通过动水循环管道(9)循环，并形成动水压力，当活塞(6)向下运动时，位于冲刷板下方的混凝土试件(2)表面受到水流的冲刷作用；当活塞(6)向上运动时，混凝土试件(2)表面受到水流的抽吸作用，上下移动活塞(6)完成模拟动水对板顶的冲刷作用；

当模拟动水压力对板底的冲刷作用时，首先将混凝土试件(2)放入冲刷筒(5)内，再将冲刷板(10)放置在混凝土试件(2)的顶部，然后将底座(1)安装到冲刷筒(5)的底部，并从冲刷筒(5)的顶部加入水，当活塞(6)向下运动时，腔体B中的水进入混凝土试件(2)表面，并沿混凝土试件(2)与冲刷筒(5)之间的空隙流到底座(1)上，底座(1)流水槽中的水对混凝土试件(2)底部有冲刷作用，完成模拟动水对板底的冲刷作用。