CN112098251A - 模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，包括外部调温箱，调温箱侧壁与装置的支撑框架通过钢管焊接，在支撑框架的框架上设有若干个通孔，在通孔中设有冰锚，在支撑框架的下方两侧安装有托片，两侧的托片形成导轨，在导轨上安装有平移框架，平移框架上铰接有伸缩装置，伸缩装置的伸缩杆与试样支架铰接，试样支架沿导轨滑动，在试样支架上安装有支撑板，在支撑板上安装有支撑轴和电机，电机带动支撑轴转动，在支撑轴上安装有混凝土试件，电机带动混凝土试件与冰摩擦。本发明混凝土试验采用圆柱体形状，在试验旋转的过程中不会出现中间停止的情况，从而能够保持混凝土试验和冰一直出于连续磨损的运动状态。

Description

模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置及方法，属于混凝土领域。

背景技术

混凝土材料由于其优良的力学性能，成为目前应用最广泛的建筑材料，随着水下技术的不断完善，水工混凝土也日益发挥出巨大的作用。但是在寒冷地区的水工混凝土结构中，当温度急剧下降时，水中产生的冰块往往会对水工混凝土产生较大的影响。而冰对水工混凝土结构的磨损是一个持续存在的问题，冰对水工混凝土的持续磨损会导致混凝土结构完整性的丧失。因此，测试混凝土样品长期的冰磨损性能，对水工混凝土结构的耐久性评估至关重要。

目前，很少有仪器能测量水工混凝土因长期冰接触而产生的磨损，而几乎没有能够模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置。因此本发明设计的试验装置能够模拟水工混凝土冻融环境，并进行水工混凝土冰耐磨性的测试。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置及方法，通过调温箱的温度调节能够使箱中水持续结冰、化冰，从而达到模拟冻融环境的效果。混凝土试验采用圆柱体形状，在试验旋转的过程中不会出现中间停止的情况，从而能够保持混凝土试验和冰一直出于连续磨损的运动状态。

技术方案：为解决上述技术问题，一种模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，包括外部调温箱和支撑框架，调温箱内侧壁安装有温度传感器，能够随时测量调温箱内部温度，调温箱内侧壁安装有温度传感器，能够随时测量调温箱内部温度，通过调温箱的温度调节能够使箱中水持续结冰、化冰，从而达到模拟冻融环境的效果，调温箱侧壁与支撑框架通过钢管焊接，从而使整个装置悬空固定。在支撑框架的框架上设有若干个通孔，在通孔中设有冰锚，在支撑框架的下方两侧安装有托片，两侧的托片形成导轨，在导轨上安装有平移框架，平移框架上铰接有伸缩装置，伸缩装置的伸缩杆与试样支架铰接，试样支架沿导轨滑动，在试样支架上安装有支撑板，在支撑板上安装有支撑轴和电机，电机带动支撑轴转动，在支撑轴上安装有混凝土试件，电机带动混凝土试件与冰摩擦。

作为优选，所述伸缩装置为液压系统。

作为优选，所述支撑轴与混凝土试件之间安装有压力传感器。

一种上述的模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、安装试件：

将柱体混凝土试件安放在支撑轴上；

步骤2、装置连接：

安装马达、温度传感器和压力传感器，连接并检查所有线路；

步骤3、测试准备：

伸长平移框架，使其在支撑框架内的超前位置固定，以此使柱体混凝土试件与冰之间产生所需的压力，并用压力传感器初步测量；

步骤4、模拟环境：

向调温箱中加水直至将混凝土试件完全淹没，将温度调至-5℃，保持12h，在调至常温，保持12h，并通过温度传感器观察温度情况，以模拟冻融环境；

步骤5、正式测试：

在低温条件下启动马达使柱体混凝土旋转，从而对混凝土试件产生冰磨损，当平移框架推进到支撑框架1的末端时，拉起支撑框架的锚，整个组件可以移动到一个新的位置，平移框架再次完全收回，可以继续进行冰磨损试验，直至试验结束。

有益效果：本发明的模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，为了方便装置在冰上的移动，整个装置采用锚杆固定在冰上，随着锚杆的拉出，整个装置便可以在冰上进行任意移动，从而保证试验的完整性；为了模拟水工混凝土冻融环境，通过调温箱的温度调节使箱中水持续结冰、化冰；同时为了能够进行水工混凝土干湿两方面的试验，装置内部采用空心结构，能够使流体任意进出装置；混凝土试验采用圆柱体形状，在试验旋转的过程中不会出现中间停止的情况，从而能够保持混凝土试验和冰一直出于连续磨损的运动状态。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图。

图2为本发明的主视结构示意图。

图3为本发明支撑框架的结构示意图。

图4为本发明支撑轴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明的一种模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，包括锚定在冰上的支撑框架1，所述支撑框架1外部框架由4个箱型钢管焊接而成，所述箱型钢管上打有小孔，能够通过在冰面上预先设定的孔，用典型的冰锚2将支撑框架1固定在冰面上。所述支撑框架1长边箱型钢管顶部和底部分别有一块长条形托片3，所述托片3一边与箱型钢管焊接固定，另一边悬在支撑框架1内部，两块托片共同组成了内部框架的运行轨道。内部框架由箱型钢管和套筒4焊接而成，并置于运行轨道上。所述内部框架顶部的箱型钢管5用螺杆与托片3相连，尾部的箱型钢管6用铰与试样支架9相连，所述套筒4用铰将顶部和尾部箱型钢管连接，能够在套杆上移动，并带动尾部钢管结构一同移动。所述平移框架7置于支撑框架1内部框架的顶部，并能够通过运行轨道进行平移移动，所述平移框架7与液压系统8铰接，两者共同运动。所述液压系统8由套筒和套杆组成，所述套筒与平移框架7铰接，所述套杆与试样支架9顶部铰接。所述试样支架9由4根箱型钢管、托片10和支杆11焊接而成，所述托片10顶部放置马达12，所述支杆11顶部固定马达12，中部固定混凝土试件13。所述混凝土试件13与冰14冰面接触。

试块结构包括混凝土试件13，通过支架杆11固定在试样支架9的中部。

外部结构包括调温箱15、温度传感器和压力传感器。调温箱15侧壁与支撑框架1侧壁通过钢管焊接固定，温度传感器放在调温箱15的内壁，压力传感器放于固定支杆11的箱型钢管上。

为了进一步更好的使用模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，本发明还提供此测定装置的测定方法，包括如下步骤：

步骤1、安装试件：

将柱体混凝土试件13安放在支撑轴11上；转至步骤2；

步骤2、装置连接：

安装马达9、温度传感器和压力传感器，连接并检查所有线路；转至步骤3；

步骤3、测试准备：

伸长平移框架7，使其在支撑框架1内的超前位置固定，以此使柱体混凝土试件13与冰7之间产生所需的压力，并用压力传感器初步测量；转至步骤4；

步骤4、模拟环境：

向调温箱15中加水直至将混凝土试件13完全淹没，将温度调至-5℃，保持12h，在调至常温，保持12h，并通过温度传感器观察温度情况，以模拟冻融环境。

步骤5、正式测试：

在低温条件下启动马达12使柱体混凝土旋转，从而对混凝土试件产生冰磨损。当平移框架7推进到支撑框架1的末端时，拉起支撑框架1的锚，整个组件可以移动到一个新的位置，平移框架7再次完全收回，可以继续进行冰磨损试验，直至试验结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，其特征在于：包括外部调温箱和支撑框架，调温箱内侧壁安装有温度传感器，调温箱侧壁与支撑框架通过钢管焊接，在支撑框架的框架上设有若干个通孔，在通孔中设有冰锚，在支撑框架的下方两侧安装有托片，两侧的托片形成导轨，在导轨上安装有平移框架，平移框架上铰接有伸缩装置，伸缩装置的伸缩杆与试样支架铰接，试样支架沿导轨滑动，在试样支架上安装有支撑板，在支撑板上安装有支撑轴和电机，电机带动支撑轴转动，在支撑轴上安装有混凝土试件，电机带动混凝土试件与冰摩擦。

2.根据权利要求1所述的模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，其特征在于：所述伸缩装置为液压系统。

3.根据权利要求1所述的模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置，其特征在于：所述支撑轴与混凝土试件之间安装有压力传感器。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的模拟水工混凝土冻融环境与其磨损性能耦合的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、安装试件：

将柱体混凝土试件安放在支撑轴上；

步骤2、装置连接：

安装马达、温度传感器和压力传感器，连接并检查所有线路；

步骤3、测试准备：

伸长平移框架，使其在支撑框架内的超前位置固定，以此使柱体混凝土试件与冰之间产生所需的压力，并用压力传感器初步测量；

步骤4、模拟环境：

向调温箱中加水直至将混凝土试件完全淹没，将温度调至-5℃，保持12h，在调至常温，保持12h，并通过温度传感器观察温度情况，以模拟冻融环境；

步骤5、正式测试：

在低温条件下启动马达使柱体混凝土旋转，从而对混凝土试件产生冰磨损，当平移框架推进到支撑框架1的末端时，拉起支撑框架的锚，整个组件可以移动到一个新的位置，平移框架再次完全收回，可以继续进行冰磨损试验，直至试验结束。

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