CN205538526U - 混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，筒体包括外筒体和放置在外筒体内的内筒体，外筒体和内筒体之间具有截面呈环形的间隙；外筒体具有底板，内筒体上下均敞口设置；外筒体的底板中心处竖向设有出水管，外筒体的侧壁连通有进水管，进水管上设有第一阀门，出水管上设有第二阀门；内筒体顶部处的内壁径向凹陷形成环形的支撑槽，支撑槽支撑筒盖，筒盖包括两个呈半圆盘形半圆盖，两个半圆盖的中心对应设有半圆孔。本实用新型能够防止试验筒与底座之间漏水、降低试验人员的劳动强度、提高试验效率、方便更换内筒体。

Description

混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构

技术领域

本实用新型涉及一种筒体机构，尤其是混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构。

背景技术

在水工混凝土工程领域，需要对混凝土耐磨性能进行测试，即需要对混凝土表面受高速流动介质磨损的相对抗力进行试验，用于评价混凝土表面的相对抗冲磨性能。

我国是个多沙河流的国家，在众多河流中，年最大输沙量超过1000 万吨的河流有60 多条。含泥沙河流上水工建筑物多为混凝土结构，其主要失效形式之一是过流表面因高速含泥沙水流冲刷磨损而造成材料损坏。

混凝土的磨蚀磨损速率是依赖于时间的状态变量，由于与环境发生相互作用，水流中泥沙含量、组成以及运动变化，挟沙水流与材料之间的作用方式等均在一种随机、多变状态下对材料产生磨蚀破坏，因此，抗冲耐磨混凝土的材料及配合比的选择问题就变得非常复杂，通常只有通过试验对比的方式来确定不同情况下混凝土材料抗冲耐磨的性能。

混凝土材料是迄今为止用量最大、用途最广泛的建筑结构材料。水工建筑物中的溢流面、尾水管、泄洪洞、冲砂孔等结构部位的混凝土材料的抗冲耐磨性能是评价这些部位混凝土结构耐久性的重要技术指标。

我国在1962 年颁布了水工混凝土试验方法，其中推荐了混凝土抗含砂水流冲刷试验的圆环法；随后经过第一次修订于1982 年颁布了《水工混凝土试验规程》SD105-82，经过1996 年进行第二次修订后，于2006 年颁布了新的《水工混凝土试验规程》ＳＬ352－2006，发展至目前，对混凝土抗冲耐磨性能的评价推广到两个方法，分别是混凝土抗含砂水流冲刷试验( 圆环法)和混凝土抗冲磨试验( 水下钢球法) ，以适应抗冲耐磨混凝土在不同水流冲刷速度、不同破坏介质类型作用下的抗冲耐磨性能评价。

目前，利用水下钢球法进行混凝土抗冲耐磨试验的混凝土冲磨机构（如南京水利科学研究院仪器工厂生产的ＨＫＳ－Ⅱ型混凝土抗冲磨试验机）包括固定于地面的外固定机架和导轨；导轨一端伸入机架，另一端伸出机架。导轨上设有内移动机架，内移动机架的底端通过滚轮连接在导轨上。内移动机架顶部通过法兰连接有圆筒形的试验筒（钢筒），试验筒底端连接有出水接头，出水接头向下伸入内移动机架且出水接头上设有出水阀；出水接头连接有排水管。试验筒顶部设有筒盖，筒盖中心设有用于穿过搅拌轴的中心轴孔。外固定机架顶部高于试验筒顶部；外固定机架上设有电机，电机轴向下垂直伸出并通过卡接连轴结构连接搅拌轴，搅拌轴向下通过中心轴孔伸入试验筒并连接有搅拌桨。

试验时，将圆柱形的混凝土试件（直径300mm±2mm、高度100mm±1mm）放入试验筒内，并根据试验需要放入若干钢球，然后在筒内注水；先将搅拌轴自下而上穿过筒盖中心轴孔，再将内移动机架推入外固定机架，然后手动将搅拌轴与电机轴卡接在一起。启动电机，电机通过搅拌轴带动搅拌浆以1200r/min左右的速度旋转，使筒内形成高速水流，钢球也随水流高速旋转，从而模拟水流及水流携带物对混凝土试件进行冲刷，测试混凝土试件的抗冲耐磨性能。

现有利用水下钢球法进行混凝土抗冲耐磨试验的混凝土冲磨装置的缺陷有：

1.每次试验后，都要人工将试验筒拆卸下来，以便对筒内的水、钢球、混凝土试件上冲磨下来的泥浆等进行彻底清理，为下次试验提供条件。试验筒（直钢筒）与底座通过法兰结构相连接，法兰结构沿周向均匀布置有多达12个连接螺栓，拆、装一次大约需要2小时；

2.在拆除钢筒移除试件时，磨损物浆体不易收集，流淌到实验室地面污染环境。

3.钢筒（试验筒）与底座止水结构为橡皮垫圈，若连接不好或橡皮垫圈老化、破损将会出现渗漏。

4.随着试验次数增加，钢筒内部出现不规则的磨损，且日趋严重，且难以更换新的钢筒。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，能够防止试验筒与底座之间漏水、降低试验人员的劳动强度、提高试验效率、方便更换内筒体并且便于观察试验过程。

为实现上述目的，本实用新型的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构包括设置在混凝土冲磨机构的内移动机架上的筒体，筒体包括外筒体和放置在外筒体内的内筒体，外筒体和内筒体之间具有截面呈环形的间隙；外筒体具有底板，内筒体上下均敞口设置；

外筒体的底板固定连接在内移动机架顶部；外筒体的底板中心处竖向设有出水管，外筒体的侧壁连通有进水管，进水管上设有第一阀门，出水管上设有第二阀门；内筒体顶部处的内壁径向凹陷形成环形的支撑槽，支撑槽支撑筒盖，筒盖包括两个呈半圆盘形半圆盖，两个半圆盖的中心对应设有半圆孔，两个半圆孔合成一个圆孔。

内筒体对应的外筒体的底板上放置有用于支撑混凝土试件的三角形支撑筋；内筒体侧壁中部沿周向设有若干连通孔，外筒体的侧壁设有透明的观察窗。

所述筒盖的两个半圆盖上分别连接有一把手。

所述外筒体和内筒体的顶部对应设有锚固孔，锚固孔沿周向均匀设有4组，锚固孔处穿设有锚固螺栓。

所述外筒体的内径为340毫米，所述锚固孔位于外筒体顶端和内筒体顶端以下30毫米处；内筒体的内径为302毫米。

所述外筒体的内壁设有水位传感器，水位传感器连接有电控装置。

本实用新型具有如下的优点：

1.外筒体与底板一体设置，避免了以往分体设置时由于在筒体与底座之间的橡皮垫圈发生损坏或筒体与底座连接不紧密而造成渗漏。

2.使用本实用新型，无须每次试验前后安装、拆卸钢制的试验筒（重达26.6公斤，与机架之间具有12个连接螺栓），节约大约2个小时的拆装时间。本实用新型每次试验前后仅需将塑料制的内筒体（非常轻便）放入外筒体和抽出外筒体，非常方便、省时省力，提高了试验效率，降低了劳动强度。

3.混凝土试件较为光滑，搬运不便。本实用新型中外筒体的内径大于内筒体（两者间具有间隙）；因此试验完成、将内筒体从外筒体中抽出后，混凝土试件与外筒体的内壁之间具有较大间隙，为试验人员手动将网套提起来提供了充足的空间，为使用网套搬运混凝土试件提供了结构条件。当然，如上所述，将以往的钢制试验筒体分为外筒体和内筒体，其目的和作用还在于简化了拆装过程，提高试验效率，节约将近两个小时的拆装钢制筒体的时间，并降低劳动强度（不用搬运重达26.6公斤的钢制试验筒）。也就是说，本实用新型将以往的钢制试验筒体分为外筒体和内筒体，具有双重目的和作用。

本实用新型采用网套套住混凝土试件、利用网套搬运混凝土试件，由于外筒内径大于混凝土试件直径40毫米左右，大大方便了移动光滑的混凝土试件工作，提高了工作效率。

4.筒盖包括两个呈半圆盘形半圆盖，两个半圆盖的中心对应设有半圆孔，两个半圆孔合成一个可供搅拌用轴通过的圆孔，这种结构方便了搅拌桨进出内筒体，方便了筒盖的安放与取下。透明的观察窗便于试验人员观察外筒体和内筒体的内部情况，为试验的顺利进行提供了方便，便于试验人员随时观察内外筒体内的情况并及时发现问题、及时作出相应的调整（如手动控制水位等）。

5.设置耐磨塑料制成的内筒体带来了如下有益效果：（1）降低内筒体重量，降低装卸的体力消耗；（2）提高内筒体使用寿命，即便内筒体磨损也能利用备用桶及时更换，降低维修成本，缩短维修时间，并能够避免由于筒壁不规则磨损可能对试验结果带来的不利影响。

附图说明

图1是抗冲磨试验时本实用新型安装在混凝土抗冲磨试验系统中的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是图1中外筒体和内移动机架处的结构示意图；

图4是搅拌桨升起时本实用新型安装在混凝土抗冲磨试验系统中的结构示意图；

图5是本实用新型的电控原理示意图；

图6是图1中Ａ处的放大图；

图7是筒盖的俯视结构示意图；

图8是图3中三角形支撑筋的俯视图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构包括设置在混凝土冲磨机构的内移动机架2上的筒体，筒体包括外筒体5和放置在外筒体5内的内筒体6，外筒体5和内筒体6之间具有截面呈环形的间隙；外筒体5具有底板，内筒体6上下均敞口设置；

外筒体5的底板固定连接在内移动机架2顶部；外筒体5的底板中心处竖向设有出水管8，外筒体5的侧壁连通有进水管42，进水管42上设有第一阀门44，出水管8上设有第二阀门14；内筒体6顶部处的内壁径向凹陷形成环形的支撑槽15，支撑槽15支撑筒盖16，筒盖16包括两个呈半圆盘形半圆盖17，两个半圆盖17的中心对应设有半圆孔，两个半圆孔合成一个圆孔18。

内筒体6对应的外筒体5的底板上放置有用于支撑混凝土试件的三角形支撑筋19；内筒体6侧壁中部沿周向设有若干连通孔41，连通孔41用来保持内筒体6的内外两侧的水位处于平衡状态；外筒体5的侧壁设有透明的观察窗20。

所述筒盖16的两个半圆盖17上分别连接有一把手29。

所述外筒体5和内筒体6的顶部对应设有锚固孔32，锚固孔32沿周向均匀设有4组，锚固孔32处穿设有锚固螺栓。锚固螺栓将内筒体6以悬挂的方式固定在外筒体5内。锚固螺栓为常规部件，图未示。

所述外筒体5的内径为340毫米，所述锚固孔32位于外筒体5顶端和内筒体6顶端以下30毫米处；内筒体6的内径为302毫米。所述外筒体5的内壁设有水位传感器33，水位传感器33连接有电控装置。

下面对安装有本实用新型的混凝土抗冲磨试验系统作一介绍，以进一步说明本实用新型的工作方式和工作过程。

如图1至图8所示，安装有本实用新型的混凝土抗冲磨试验系统包括混凝土冲磨机构、机架和进水机构。

机架包括外固定机架1和内移动机架2。

混凝土冲磨机构包括设置在外固定机架1上的搅拌用电机3和设置在内移动机架2上的筒体，搅拌用电机3的轴向下连接有搅拌桨4。

筒体包括钢制外筒体5和放置在外筒体5内的耐磨塑料制成的内筒体6，外筒体5和内筒体6之间具有截面呈环形的间隙10；外筒体5具有底板（外筒体与底板一体设置），内筒体6上下均敞口设置；具体来说，外筒体5用钢板制成，内径为340毫米，高度450毫米，厚度10毫米；内筒体6采用透明的耐磨塑料（ＡＢＳ塑料）制成，内径为302毫米，高度434毫米，厚度10毫米。

外筒体5的底板固定连接在内移动机架2顶部；搅拌用电机的轴7和搅拌桨4向下伸入内筒体6；外筒体5的底板中心处竖向设有出水管8，出水管8的底端向下连接有第二软管11，第二软管11用来控制排水位置（如排放到地沟内）；外筒体的侧壁连通有进水管42，进水管42连接有用于连接水源管的第一软管43，进水管42上设有第一阀门44，出水管8上设有第二阀门14，水源管12上设有第三阀门13；第一软管43一端套接在进水管42上，另一端套接在水源管12上。

所述进水机构包括所述进水管42、第一软管43和第一阀门44；内筒体6顶部处的内壁径向凹陷形成环形的支撑槽15，支撑槽15支撑筒盖16，筒盖16包括两个呈半圆盘形半圆盖17，两个半圆盖17的中心对应设有半圆孔，两个半圆孔合成一个圆孔18，搅拌用电机的轴7穿过该圆孔18向下伸入内筒体6。

内筒体6对应的外筒体5的底板上放置有用于支撑混凝土试件45的三角形支撑筋19；三角形支撑筋19由6毫米的钢筋焊接而成。

内筒体6侧壁中部沿周向设有若干连通孔41，连通孔41用来保持内筒体6的内外两侧的水位处于平衡状态。外筒体5的侧壁设有透明的观察窗20，便于人员观察外筒体5和内筒体6内的水位等情况。

外固定机架1顶部的左右两侧分别向下连接有第一电动推杆21和第二电动推杆22，第一电动推杆21的伸出端和第二电动推杆22的伸出端均与一滑动支撑板23固定连接；外筒体5上方的外固定机架1固定连接有固定支撑板24，滑动支撑板23和固定支撑板24均具有用于穿过搅拌用电机的轴7的中心孔；

固定支撑板24与外固定机架1顶部之间固定连接有四根竖向设置的滑杆25，滑杆25滑动穿过所述滑动支撑板23；搅拌用电机3支撑在滑动支撑板23上；

滑动支撑板23向下运动至极限位置时支撑在固定支撑板24上，此时搅拌桨4向下伸入内筒体6，且搅拌桨4底部距试件45顶部的距离L为38毫米；滑动支撑板23向上运动至极限位置时带动搅拌桨4位于外筒体5和内筒体6的上方；

外固定机架1的后端下部固定连接有第三电动推杆26，第三电动推杆26的伸出端与内移动机架2固定连接；外固定机架1下方的地面上设置有导轨27，内移动机架2底端四角处设有滚轮28，滚轮28滚动连接在导轨27上。

搅拌桨4伸入水中并旋转，带动水及其内的钢球运动，模拟高速流动介质对混凝土的冲刷磨损。

所述筒盖16的两个半圆盖17上分别连接有一把手29；从而更加方便将筒盖16安放到支撑槽15上或者将筒盖16从内筒体6上拿下来。所述外固定机架1的底端连接有水平设置的定位板30，定位板30通过地脚螺栓31固定在地面上，从而使外固定机架1起到更加稳固的支撑作用。

所述内筒体6由透明耐磨塑料制成。

所述滚轮28的外缘沿周向设有限位槽34，限位槽34与导轨27顶部相适配。从而在行走时，滚轮28不会从导轨27上脱离开来。

所述外筒体5和内筒体6的顶部对应设有锚固孔32，锚固孔32沿周向对称设有4组（内筒体6和外筒体5上相互对应的锚固孔32形成一组锚固孔32），锚固孔32处穿设有锚固螺栓。

所述外筒体5的内径为340毫米，所述锚固孔32位于外筒体5顶端和内筒体6顶端以下30毫米处；内筒体6的内径为302毫米；混凝土试件45直径的范围为300±2毫米，混凝土试件45的高度范围为100±1毫米。

所述第一电动推杆21、第二电动推杆22和第三电动推杆26均与一电控装置相连接；所述外筒体的内壁设有水位传感器33，第一阀门44、第二阀门14和第三阀门13均为电磁阀，水位传感器33、第一阀门44、第二阀门14和第三阀门13均与所述电控装置相连接。

本实用新型还包括有用于监控试验现场的摄像头，摄像头优选采用360度全景摄像头；摄像头连接所述电控装置；电控装置内设有ＧＳＭ模块。所述电控装置为ＰＬＣ或者单片机或者集成电路，所述电控装置和摄像头均为本领域常规技术，仅显示在电控原理示意图中。

使用本实用新型进行混凝土冲磨试验的方法依次按以下步骤进行：

1.首先将混凝土试件45在水中浸泡48小时以上；在外筒体5的底板放上三角形支撑筋19，把已经擦去表面水分并称量的混凝土试件45装入网套，放在三角形支撑筋19上并对中，且使混凝土试件45表面垂直于转轴。网套由粗细适当的尼龙绳制作而成，为现有常规技术，图未示。

2.将网套从上向下从混凝土试件45上剥下，并使网套均匀地分布于试件四周，套上内筒体6；内筒体6底部距三角形支撑筋19顶面的距离为10 毫米。

3.用锚固螺栓将内筒体6固定在外钢筒5上；然后将钢球放在混凝土试件45的顶部表面；通过电控装置启动第三电动推杆26，第三电动推杆26的伸出端向后收缩，将内移动机架2及其上的外筒体5和内筒体6移至外固定机架1下方，并使搅拌用电机的轴7正对内筒体6的中心位置。

4.启动第一电动推杆21和第二电动推杆22，带动搅拌用电机3向下移动，使搅拌用电机的轴7和搅拌桨4向下伸入内筒体6，使搅拌桨4底部距混凝土试件45上表面38毫米，然后将筒盖16的两个半圆盖17放到内筒体6顶部的环形支撑槽15处，两个半圆盖17中心处的半圆孔合成一个圆孔，围住搅拌用电机的轴7。

5.将水源管12和进水管42通过第一软管43连接起来，打开第三阀门13和第一阀门44，向外筒体和内筒体6内加水至水位高出试件表面165毫米；试验人员通过电控装置设定允许的最低水位。

6.通过电控装置启动搅拌用电机3，将搅拌用电机的轴7的转速控制在1200转/分钟，持续对混凝土试件45进行冲磨。电控装置通过水位传感器33自动监控水位，当水位低于设定值时即自动打开第三阀门13和第一阀门44，自动补水；当补水后水位上升至原水位（高于试件表面165毫米）时，电控装置自动关闭第三阀门13和第一阀门44，自动停止补水。

累计冲磨72小时，电控装置自动停止搅拌用电机3，使第一阀门和第三阀门13处于关闭状态，并使第二阀门14处于打开状态，将内筒体6和外筒体5内的水排出；

试验人员取下两个半圆盖17后，通过电控装置启动第一电动推杆21和第二电动推杆22，第一电动推杆21和第二电动推杆22的伸出端向上回收，带动搅拌用电机的轴7和搅拌桨4向上升起至高于外筒体5的高度。

7.通过电控装置启动第三电动推杆26，第三电动推杆26的伸出端向前伸出，将内移动机架2及其上的外筒体5和内筒体6移出外固定机架1。

8.卸掉内筒体6和外筒体5之间的锚固螺栓，在内筒体6上相对的两个锚固孔内穿入适当长度和直径的钢筋，通过钢筋将内筒体6提出。由于内筒体6由ＡＢＳ耐磨塑料制成，因此能够适应冲磨试验的同时重量很轻，既方便拆卸，又降低拆卸工作的劳动强度。

9.试验人员将网套提起，将混凝土试件45从外钢筒中提出，然后将混凝土试件45清洗干净，擦去混凝土试件45表面的水分，最后对混凝土试件进行称量。

称量后，即可按照现有的抗冲磨试验规程对试验结果进行处理。

作为一种优选方案，所述混凝土抗冲磨试验系统还包括有网络服务器，电控装置还内置有移动网络模块；所述第6步骤中，电控装置在启动搅拌用电机3的同时开启摄像头，通过移动网络模块持续向网络服务器上传试验影像。这样试验人员就无需一直在试验现场监控试验过程，而是可以随时打开手机，通过浏览器或者ＡＰＰ访问网络服务器，获取试验现场的影像。在使用ＡＰＰ的情形下，试验人员还可以使用ＡＰＰ输入指令，经网络服务器的中转，通过电控装置控制第一至第三阀门、第一至第三电动推杆动作，实现远程操控。在累计冲磨72小时之前30分钟，电控装置通过ＧＳＭ模块向设定好的手机号码发送短信并拨打电话进行提醒，累计冲磨72小时即自动关闭搅拌用电机3从而实现停机，同时关闭摄像头。

本实用新型中的摄像头、水位传感器、电控装置、电动推杆、电磁阀和网络服务器等均为本领域常规技术，其具体结构不再详述。

电控装置、网络服务器、摄像头、水位传感器、第一至第三阀门以及第一至第三电动推杆组成远程控制及动态监测装置能够实现以下功能：（1）试验人员可以利用手机进行设备启动和关闭控制；（2）当搅拌用电机出现故障、停电或电压不足时，能向试验人员发短消息和拨打电话提醒；（3）达到设定时间前30分钟时发短消息和拨打电话提醒，达到设定时间时自动停机。

Claims (6)

1.混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，其特征在于：

包括设置在混凝土冲磨机构的内移动机架上的筒体，筒体包括外筒体和放置在外筒体内的内筒体，外筒体和内筒体之间具有截面呈环形的间隙；外筒体具有底板，内筒体上下均敞口设置；

外筒体的底板固定连接在内移动机架顶部；外筒体的底板中心处竖向设有出水管，外筒体的侧壁连通有进水管，进水管上设有第一阀门，出水管上设有第二阀门；内筒体顶部处的内壁径向凹陷形成环形的支撑槽，支撑槽支撑筒盖，筒盖包括两个呈半圆盘形半圆盖，两个半圆盖的中心对应设有半圆孔，两个半圆孔合成一个圆孔。

2.根据权利要求1所述的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，其特征在于：内筒体对应的外筒体的底板上放置有用于支撑混凝土试件的三角形支撑筋；内筒体侧壁中部沿周向设有若干连通孔，外筒体的侧壁设有透明的观察窗。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，其特征在于：所述筒盖的两个半圆盖上分别连接有一把手。

4.根据权利要求3所述的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，其特征在于：所述外筒体和内筒体的顶部对应设有锚固孔，锚固孔沿周向均匀设有4组，锚固孔处穿设有锚固螺栓。

5.根据权利要求4所述的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，其特征在于：所述外筒体的内径为340毫米，所述锚固孔位于外筒体顶端和内筒体顶端以下30毫米处；内筒体的内径为302毫米。

6.根据权利要求5所述的混凝土抗冲磨试验系统用筒体机构，其特征在于：所述外筒体的内壁设有水位传感器，水位传感器连接有电控装置。