CN217505529U - 混凝土耐冲磨试验装置 - Google Patents

Abstract

本方案属于混凝土耐冲磨试验技术领域，公开了混凝土耐冲磨试验装置，包括用于容纳混凝土试件、磨料和液体的容器和用于搅动液体的搅拌机构；试验时，混凝土试件容置于容器的底部，磨料被置于混凝土试件之上，搅拌机构伸入液体中，其旋转中心垂直混凝土试件的上表面并与混凝土试件相距设置；容器的侧壁设有带滤网的排液口，排液口靠近混凝土试件上表面设置，用于及时排出从混凝土试件上冲磨掉的物质，滤网用于防止磨料被排出，容器的上部设有补液口，用于维持容器中的液位高度。通过排液补液将磨损下来的材料及时排出容器，防止磨损下来的材料沉积在试件表面，影响磨料对试件表面的继续冲磨，提高水工建筑材料的耐冲磨性能检测的准确性。

Description

混凝土耐冲磨试验装置

技术领域

本方案属于混凝土耐冲磨试验技术领域，具体涉及混凝土耐冲磨试验装置。

背景技术

水工建筑长期处于高速水流中，特别是处于大坝泄水溢流面的建筑，长期受到高速水流夹砂、夹石等反复冲磨作用，造成混凝土冲刷、磨蚀非常严重，大大缩短了建筑物的使用寿命。据调查，已建大型水电站中约占68％有磨蚀破坏迹象，随着更高泄流流速(达40～50m/s)的大型高水头电站的兴建，将对混凝土的抗冲磨性能提出更高要求。

目前，水电工程材料耐冲磨性能通常采用水下钢球法进行检测，水下钢球法主要通过搅动带有磨料的水来模拟水流中石子对材料的冲磨，冲磨过程中试件表面受磨料冲击而部分脱落，脱落的材料容易沉积在试件表面，影响试件的后续冲磨，从而影响试验结果。此外，现有水下钢球法所用磨料为粒径不小于12.7mm的钢球，仅模拟了水流中粗颗粒石子对材料的冲磨，未考虑细颗粒砂子对材料的冲磨。

如果水电工程材料的抗冲磨性能不能被准确测量，将影响新的抗冲磨材料的开发和使用，因而有必要对耐冲磨试验装置进行改进。

实用新型内容

本方案旨在克服现有技术中的至少一种缺陷(不足)，提供一种混凝土耐冲磨试验装置。

为了解决上述技术问题，采取下述技术方案：

混凝土耐冲磨试验装置，包括用于容纳混凝土试件、磨料和液体的容器和用于搅动液体的搅拌机构；试验时，混凝土试件容置于容器的底部，磨料被置于混凝土试件之上，搅拌机构伸入液体中，其旋转中心垂直混凝土试件的上表面并与混凝土试件相距设置；容器的侧壁设有带滤网的排液口，排液口靠近混凝土试件上表面设置，用于及时排出从混凝土试件上冲磨掉的物质，滤网用于防止磨料被排出，容器的上部设有补液口，用于维持容器中的液位高度。

本方案在原有水下钢球法试验装置的基础上，在容器的侧壁设置靠近混凝土试件的上表面的排液口，该排液口带有能够滤过冲磨产物(即从混凝土试件上冲磨掉的物质)但不能滤过磨料的滤网，使得冲磨产物可以被及时排出，避免其在混凝土试件表面沉积、阻挡磨料对混凝土试件表面的继续冲磨，避免测得的抗冲磨强度虚高，同时通过补液口及时向容器中补充液体，使容器中的液位高度保持不变，从而有利于获得更准确的试验结果，反映材料真实性能。

排液口的流速为1m/s～3m/s，以保证被冲磨下来的材料可以被排出。与此同时，排出流速不宜过大，以免磨料被冲到排液出口处，一方面阻碍被冲磨下来的材料的排出，一方面不能对被检测试件起到应有的冲磨作用，从而影响检测结果。优选地，液体的排出流速为2m/s，以促使被冲磨下来的材料可以被快速排出。

在高速水流带动下，细颗粒的砂子对材料表面的冲磨作用不容忽视，为模拟细颗粒砂子对材料的冲磨，本方案所使用的磨料包括粒径4.75±0.1mm钢砂。更优选地，该磨料由10个直径25.4±0.1mm的钢球、35个直径19.1±0.1mm的钢球、25个直径12.7±0.1mm的钢球、860g粒径4.75±0.1mm的钢砂组成，模拟洪水中约3％体积含量的砂、石冲磨。

在混凝土耐冲磨试验中，混凝土通常被制作为直径300mm、高度100mm的试件，为方便试件的摆放，容器包括底座、筒体和盖板，筒体的下端与底座密封连接，上端被盖板覆盖；试验时混凝土试件置于底座上。使用时，先将试件放置在底座上，再套上筒体，然后将筒体与底座密封连接，既方便试件的摆放，又能够避免试件被磕损，进而影响试验结果。试验过程中通过搅拌机构模拟高速流动的水流，盖板可以防止被搅动的液体从容器中溅出，进而导致水位下降，影响试验数据的准确性。

搅拌机构包括用于搅动液体的搅拌件和驱动搅拌件绕旋转中心转动的驱动件，为避免被高速搅拌的液体溅到驱动件中致其性能受影响，本方案将驱动件固定在容器外，并在盖板的中心开设通孔，搅拌件透过该通孔与驱动件传动连接。

由于搅拌机构贯穿盖板，为方便移动和安装盖板，本方案的盖板包括以企口形式拼接的两部分，拼接线穿过通孔，当补液口也设置在盖板上时，拼接线穿过通孔和补液口，将通孔和补液口一分为二，安装和拆卸，均不受搅拌机构和补液机构的制约。

试验装置还包括试验架，驱动件固定在试验架上，底座能够相对驱动件移动，或者驱动件能够相对底座移动，或者底座和驱动件能够相对彼此移动，以便于驱动件与搅拌件对位连接。

本方案与现有技术相比较有如下有益效果：

本方案通过排液补液将磨损下来的材料及时排出容器，防止磨损下来的材料沉积在试件表面，影响磨料对试件表面的继续冲磨，提高水工建筑材料的耐冲磨性能检测的准确性。此外，优选方案还模拟水流中粗、细颗粒同时对材料表面进行冲磨，使得检测结果更为准确。

附图说明

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本方案的限制；为了更好说明本方案，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

图1是混凝土耐冲磨试验装置的结构示意图。

附图标记说明：试验架100，容器200，盖板210，补液口211，通孔212，筒体220，排液口221，底座230，搅拌机构300，驱动件310，搅拌件320，混凝土试件410，磨料420，液体430。

具体实施方式

本方案提出一种混凝土耐冲磨试验装置，用于检测混凝土试件的抗冲磨性能，可以将冲磨过程中磨损下来的材料及时排出去，从而更准确的检测混凝土材料的抗冲磨性能。还可以同时模拟水流中砂、石对水工建筑材料表面的冲磨，从而进一步提高检测数据的真实性与可靠性，有助于耐冲磨混凝土材料的开发研究。

混凝土耐冲磨试验装置包括用于容纳混凝土试件、磨料和液体的容器和用于搅动液体的搅拌机构；试验时，混凝土试件容置于容器的底部，磨料被置于混凝土试件之上，搅拌机构伸入液体中，其旋转中心垂直混凝土试件的上表面并与混凝土试件相距设置。与现有水下钢球法用试验机不同的是：该容器的侧壁设有带滤网的排液口，排液口靠近混凝土试件上表面设置，用于及时排出从混凝土试件上冲磨掉的物质，滤网用于防止磨料被排出，容器的上部设有补液口，用于维持容器中的液位高度。

本实施例在原有水下钢球法试验装置的基础上，在容器的侧壁设置靠近混凝土试件的上表面的排液口，该排液口带有能够滤过冲磨产物(即从混凝土试件上冲磨掉的物质)但不能滤过磨料的滤网，使得冲磨产物可以被及时排出，避免其在混凝土试件表面沉积、阻挡磨料对混凝土试件表面的继续冲磨，避免测得的抗冲磨强度虚高，同时通过补液口及时向容器中补充液体，使容器中的液位高度保持不变，从而有利于获得更准确的试验结果，反映材料真实性能。

在一个优选的实施例中，排液口的流速为1m/s～3m/s，以保证被冲磨下来的材料可以被排出。与此同时，排出流速不宜过大，以免磨料被冲到排液出口处，一方面阻碍被冲磨下来的材料的排出，一方面不能对被检测试件起到应有的冲磨作用，从而影响检测结果。更优选地，液体的排出流速为2m/s，以促使被冲磨下来的材料可以被快速排出。

在一个优选的实施例中，磨料包括粒径4.75±0.1mm的钢砂。在高速水流带动下，细颗粒的砂子对材料表面的冲磨作用不容忽视，采用含有粒径4.75±0.1mm的钢砂，可以模拟细颗粒砂子对材料的冲磨，使试验更接近真实情况。更优选地，该磨料由10个直径25.4±0.1mm的钢球、35个直径19.1±0.1mm的钢球、25个直径12.7±0.1mm的钢球、860g粒径4.75±0.1mm的钢砂组成，模拟洪水中约3％体积含量的砂、石冲磨。

在一个优选的实施例中，容器包括底座、筒体和盖板，筒体的下端与底座密封连接，上端被盖板覆盖；试验时混凝土试件置于底座上。使用时，先将试件放置在底座上，再套上筒体，然后将筒体与底座密封连接，既方便试件的摆放，又能够避免试件被磕损，进而影响试验结果。试验过程中通过搅拌机构模拟高速流动的水流，盖板可以防止被搅动的液体从容器中溅出，进而导致水位下降，影响试验数据的准确性。

搅拌机构包括用于搅动液体的搅拌件和驱动搅拌件绕旋转中心转动的驱动件，为避免被高速搅拌的液体溅到驱动件中致其性能受影响，在一个优选的实施例中，驱动件固定在容器外，盖板的中心开设有通孔，搅拌件透过该通孔与驱动件传动连接。

在一个优选的实施例中，盖板包括以企口形式拼接的两部分，拼接线穿过通孔，当补液口也设置在盖板上时，拼接线穿过通孔和补液口，将通孔和补液口一分为二，盖板安装和拆卸均不受搅拌机构和补液用机构的制约。

在一个优选的实施例中，试验装置还包括试验架，驱动件固定在试验架上，底座能够相对驱动件移动，或者驱动件能够相对底座移动，或者底座和驱动件能够相对彼此移动，以便于驱动件与搅拌件对位连接。

为了让本领域的技术人员更好地理解本方案，下面结合最优实施例对本方案做进一步详细说明。

如图1所示，混凝土耐冲磨试验装置包括试验架100、设置于试验架100中的容器200和固定于试验架100上并伸入容器200中的搅拌机构300，容器200用于盛放被测混凝土试件410以及试验用的磨料420和液体430。

试验架100、容器200均采用钢材制作，试验架100的高度为1000-1500mm。

搅拌机构300包括相互传动连接的搅拌件320和驱动件310。驱动件310固定于试验架100的顶部，用于驱动搅拌件320绕旋转中心转动，搅拌件320伸入容器200中，并伸入到液面以下，在驱动件310的驱动下搅动液体430，进而促使磨料420不断冲击混凝土试件410，以模拟夹砂/石水流对混凝土材料的冲磨。试验架100的顶部可以被配置为一平板，平板的中间位置开设直径25-50mm的圆孔；驱动件310可以被配置为一电机，并固定于平板的上方，电机的输出轴穿过前述圆孔与平板下方的搅拌件320传动连接。

容器200包括筒体220、封住筒体220上端的盖板210和与筒体220下端密封连接的底座230。将筒体220和底座230分体，以便于摆放笨重的混凝土试件410，避免将混凝土试件410从容器200上端开口放置到容器200底部的过程中磕坏混凝土试件410，进而影响检测结果。

筒体220上下端面敞口，通过上覆盖板210、下连底座230形成一个中空的密封容器200。混凝土试件410通常被制作为直径300mm、高度100mm的圆饼结构，相应地，筒体220可以被配置为直径320-500mm、高度450-650mm的圆筒结构。在距离筒体220下端100-120mm的筒体220的侧壁上设有一个直径3-6mm、流速为2m/s的排液口221，该排液口221的位置与被摆放到位的混凝土试件410的上表面基本持平，试验过程中该排液口221被打开，可以及时将冲磨掉的材料排出容器200，防止冲磨掉的材料堆积在试件表面，影响耐冲磨试验数据的准确性。排液口221装有孔径不大于3mm的滤网，防止磨料420被排出去。

盖板210的中心设有直径40-70mm的通孔212，搅拌件320穿过该通孔212与驱动件310连接。盖板210包括以企口形式拼接的两部分，拼接线穿过通孔212，将通孔212一分为二，以便在搅拌机构300被装配到位后，方便地将盖板210盖到筒体220的上端或从筒体220的上端将盖板210揭开。盖板210上还设有直径3-6mm补液口211，实验过程中该补液口211与排液口221同时打开，以及时向容器200中补充液体430，补液口211的使容器200中的液位高度维持不变，以免影响试验结果。为维持液位高度不变，补液口211的进液量与排液口221的出液量需保持一致，为此，可以将补液口211和出液口的直径大小设为一致，从而保证容器200中的总水量保持一致。该补液口211同样设置在拼接线上，被拼接线一分为二，以便安装固定用于向容器200补充液体430的机构，并在该机构被安装到位后，方便地盖上或揭开盖板210。盖板210的形状与筒体220的上端面形状相适应，同样可以被配置为圆形，直径比筒体220直径大2-5mm，以保证筒体220的上端敞口可以被完全封住。

底座230的高度为300-550mm，其下侧设有滑轮，可以相对试验架100以及固定在试验架100上的驱动件310移动，以便穿过盖板210上通孔212的搅拌件320与驱动件310对位连接，试验前后可以在远离驱动件310的地方安放或取出混凝土试件410、安装或卸下筒体220；更优地，试验架100的底部相应设有滑槽，底座230下侧的滑轮与其滑动连接，以便于底座230滑动。

使用时，先将混凝土试件410安放到底座230上，然后套上筒体220，并采用密封圈及固定件(如螺栓、螺丝等)将筒体220与底座230密封固定，再将搅拌件320放置到筒体220中，推动底座230使其滑动到驱动件310的正下方，将搅拌件320与驱动件310连接好，使搅拌件320距离混凝土试件410上表面37～39mm，最后向筒体220中放入磨料420和液体430。

磨料420由10个直径25.4±0.1mm钢球、35个直径19.1±0.1mm钢球、25个直径12.7±0.1mm钢球、860g粒径4.75±0.1mm钢砂组成，以模拟洪水中约3％体积的砂、石冲磨。

显然，本方案的上述实施例仅仅是为清楚地说明本方案所作的举例，而并非是对本方案的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本方案权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.混凝土耐冲磨试验装置，包括用于容纳混凝土试件、磨料和液体的容器和用于搅动液体的搅拌机构；试验时，所述混凝土试件容置于所述容器的底部，所述磨料被置于所述混凝土试件之上，所述搅拌机构伸入所述液体中，其旋转中心垂直所述混凝土试件的上表面并与所述混凝土试件相距设置；其特征在于，所述容器的侧壁设有带滤网的排液口，所述排液口靠近所述混凝土试件的上表面设置，用于及时排出从所述混凝土试件上冲磨掉的物质，所述滤网用于防止磨料被排出，所述容器的上部设有补液口，用于维持容器中的液位高度。

2.根据权利要求1所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述排液口的流速为1m/s～3m/s。

3.根据权利要求1所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述磨料包括粒径4.75±0.1mm钢砂。

4.根据权利要求3所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述磨料由10个直径25.4±0.1mm的钢球、35个直径19.1±0.1mm的钢球、25个直径12.7±0.1mm的钢球、860g粒径4.75±0.1mm的钢砂组成。

5.根据权利要求1所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述容器包括底座、筒体和盖板，所述筒体的下端与所述底座密封连接，上端被所述盖板覆盖；试验时所述混凝土试件置于所述底座上。

6.根据权利要求5所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述底座与所述混凝土之间垫设有玄武岩筋。

7.根据权利要求5所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述盖板的中心设有通孔，所述搅拌机构包括用于搅动液体的搅拌件和驱动所述搅拌件绕旋转中心转动的驱动件，所述驱动件固定在容器外，所述搅拌件透过所述通孔与所述驱动件传动连接。

8.根据权利要求7所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述补液口设置在所述盖板上。

9.根据权利要求8所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，所述盖板包括以企口形式拼接的两部分，拼接线穿过通孔和补液口。

10.根据权利要求7所述的混凝土耐冲磨试验装置，其特征在于，还包括试验架，所述驱动件固定在试验架上，所述底座和/或所述驱动件能够相对移动，以便于所述驱动件与所述搅拌件连接。

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