RU192382U1 - Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures - Google Patents

Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures Download PDF

Info

Publication number
RU192382U1
RU192382U1 RU2018145986U RU2018145986U RU192382U1 RU 192382 U1 RU192382 U1 RU 192382U1 RU 2018145986 U RU2018145986 U RU 2018145986U RU 2018145986 U RU2018145986 U RU 2018145986U RU 192382 U1 RU192382 U1 RU 192382U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
concrete
sample
interaction
drifting
Prior art date
Application number
RU2018145986U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алла Александровна Кошурина
Максим Сергеевич Крашенинников
Вячеслав Владиславович Крупа
Борис Алексеевич Оболенский
Владимир Валерьевич Пальцев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2018145986U priority Critical patent/RU192382U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU192382U1 publication Critical patent/RU192382U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56Investigating resistance to wear or abrasion

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования износостойкости конструкционных материалов, в частности бетона, применяемого для строительства гидротехнических сооружений в арктических морях, при воздействии дрейфующего льда. Лабораторное устройство содержит жесткую платформу для крепления всей конструкции устройства, расположенные на одной оси гидроцилиндр, создающий штоком достаточное для разрушения льда усилие, направляющую трубу с экструдером на выходном конце и тензометр, измеряющий усилие взаимодействия льда с исследуемой поверхностью, а также расположенный на жесткой платформе держатель образца, обеспечивающий регулируемый угол поступления льда к поверхности, причем устройство выполнено с возможностью установки в теплоизолированной холодильной камере. Технический результат: обеспечение возможности исследования абразивных пар трения типа бетона и льда с разрушением последнего при взаимодействии с бетоном. 1 ил.The utility model relates to testing equipment, namely, devices for studying the wear resistance of structural materials, in particular concrete, used for the construction of hydraulic structures in the Arctic seas when exposed to drifting ice. The laboratory device contains a rigid platform for fastening the entire device design, a hydraulic cylinder located on the same axis, which generates a force sufficient to break the ice, a guide tube with an extruder at the outlet end and a strain gauge that measures the force of interaction of ice with the test surface, and a holder located on the rigid platform sample, providing an adjustable angle of ice flow to the surface, and the device is configured to be installed in a thermally insulated refrigeration the camera. Effect: providing the possibility of studying abrasive friction pairs such as concrete and ice with the destruction of the latter when interacting with concrete. 1 ill.

Description

Лабораторное устройство для имитации воздействия дрейфующего льда на бетонные сооружения Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования износостойкости конструкционных материалов, в частности бетона, применяемого для строительства гидротехнических сооружений в арктических морях, при воздействии дрейфующего льда.The utility model relates to testing equipment, namely, devices for studying the wear resistance of structural materials, in particular concrete, used for the construction of hydraulic structures in the Arctic seas when exposed to drifting ice.

Надежность стационарных морских сооружений типа маяков, причальных стенок и т.п, работающих в условиях пониженных температур и воздействия на них дрейфующего льда, в значительной степени определяется износостойкостью конструкционных материалов, в частности, бетона, применяемых для изготовления таких конструкций.The reliability of stationary offshore structures such as lighthouses, mooring walls, etc., operating at low temperatures and the impact of drifting ice on them, is largely determined by the wear resistance of structural materials, in particular concrete, used for the manufacture of such structures.

Актуальность темы исследования определяется необходимостью освоения запасов углеводородного сырья на шельфе Мирового океана вследствие постепенного истощения месторождений на суше и ростом потребности промышленности в энергоресурсах. В свою очередь, освоение месторождений нефти и газа на континентальном шельфе ледовитых морей является важнейшей народнохозяйственной проблемой, определяющей развитие топливно-энергетического комплекса России. The relevance of the research topic is determined by the need to develop hydrocarbon reserves on the shelf of the oceans as a result of the gradual depletion of deposits on land and the growing demand of industry for energy. In turn, the development of oil and gas deposits on the continental shelf of the arctic seas is the most important economic problem that determines the development of the fuel and energy complex of Russia.

Значительная часть шельфа России располагается в холодных арктических и дальневосточных морях, которые характеризуются суровыми климатическими условиями и наличием дрейфующего ледяного покрова. В этих условиях основным фактором, влияющим на надежность морских ледостойких платформ, является ледовый режим акватории в районе строительства и, как следствие, ледовые нагрузки и воздействия на сооружение. Одним из таких воздействий в акваториях с динамичным режимом дрейфа ледяного покрова является истирающее воздействие льда вследствие взаимодействия ледяных образований с поверхностью гидротехнических сооружений, особенно в зоне переменного уровня моря. A significant part of the Russian shelf is located in the cold Arctic and Far Eastern seas, which are characterized by severe climatic conditions and the presence of drifting ice cover. Under these conditions, the main factor affecting the reliability of offshore ice-resistant platforms is the ice regime of the water area in the construction area and, as a result, ice loads and impacts on the structure. One of such effects in water areas with a dynamic regime of ice drift is the abrasive effect of ice due to the interaction of ice formations with the surface of hydraulic structures, especially in the area of variable sea level.

При движении льда относительно сооружения происходит эрозия поверхности и абразивное разрушение материала корпуса. Причина разрушения поверхности железобетонных конструкций от абразивного воздействия ледяных образований связана с возникновением значительных пульсирующих давлений в зоне контакта бетона с дрейфующим ледяным покровом. When ice moves relative to the structure, surface erosion and abrasive destruction of the body material occur. The reason for the destruction of the surface of reinforced concrete structures from the abrasive effects of ice formations is associated with the occurrence of significant pulsating pressures in the zone of contact of concrete with drifting ice cover.

Кристаллы льда являются хорошим абразивом, что способствует постепенному уменьшению сечения сооружения. Вследствие высоких контактных давлений происходит разрушение цементного камня, что приводит к увеличению пористости, потере заполнителя и уменьшению прочности бетона, а действие окружающей среды, обусловленное циклами замораживания-оттаивания, способствует постепенному ослаблению вяжущих и заполнителей поверхностного слоя и приводит к его разрушению. Ice crystals are a good abrasive, which helps to gradually reduce the cross section of the structure. Due to high contact pressures, the destruction of the cement stone occurs, which leads to an increase in porosity, loss of aggregate and a decrease in the strength of concrete, and the environmental effect caused by freeze-thaw cycles contributes to the gradual weakening of binders and aggregates of the surface layer and leads to its destruction.

Известно оборудование для определения износостойкости бетонов льдом при пониженных температурах.Known equipment for determining the wear resistance of concrete with ice at low temperatures.

Например, установка для исследования ледовой абразии материалов была разработана и изготовлена в компании ООО «НПО «Гидротекс»» под руководством проф. А.Т. Беккера, http://www.vniig.rushydro.ru/upload/iblock/48c/Dissertatsiya_Uvarova_15.12.14.pdf, Диссертационная работа Уваровой Т.Э. «Истирающее воздействие дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения», стр. 90. For example, an installation for the study of ice abrasion of materials was developed and manufactured in the LLC NPO Gidroteks company under the guidance of prof. A.T. Becker, http://www.vniig.rushydro.ru/upload/iblock/48c/Dissertatsiya_Uvarova_15.12.14.pdf, Thesis by Uvarova T.E. “The abrasive effect of drifting ice cover on offshore hydraulic structures”, p. 90.

Установка находится в теплоизолированной камере, в которой поддерживается пониженная температура (до -20°С), и позволяет с силой до 1000 кг прижимать образец исследуемого бетона к поверхности ледяного блока и сообщать ему возвратно-поступательное движение со скоростью до 1 м/с.The installation is located in a thermally insulated chamber in which a low temperature is maintained (up to -20 ° C), and allows you to press a sample of the test concrete to the surface of the ice block with a force of up to 1000 kg and tell it reciprocating motion at a speed of 1 m / s.

После выполнения заданного количества циклов возвратно-поступательного перемещения исследуемый образец бетона извлекают наружу и проводят оценку степени его износа.After performing a given number of cycles of reciprocating movement, the concrete sample under study is extracted outside and its degree of wear is assessed.

Недостатком данного технического решения, в котором исследуемый бетон и лед перемещаются параллельно друг другу, является существенное отличие динамики взаимодействия бетона и льда от реальной динамики взаимодействия движущегося ледяного поля с бетонными сооружениями, при котором перемещение льда и бетона происходит под углом иногда даже под прямым углом, и в момент взаимодействия с бетонной преградой лед разрушается, подвергая бетон импульсной нагрузке.The disadvantage of this technical solution, in which the studied concrete and ice move parallel to each other, is the significant difference between the dynamics of the interaction of concrete and ice from the real dynamics of the interaction of a moving ice field with concrete structures, in which the movement of ice and concrete occurs at an angle sometimes even at right angles, and at the moment of interaction with the concrete barrier, the ice is destroyed, subjecting the concrete to a pulsed load.

Известен ГОСТ 13087-81. Бетоны. Методы определения истираемости. Данный ГОСТ рекомендует для определения истираемости бетонов определенные типы испытательного оборудования, которое, в принципе, может быть применено и для испытания истираемости бетонов льдом. Стандарт распространяется на все виды бетонов, применяемых во всех областях строительства. Стандарт устанавливает методы определения истираемости бетонов абразивом на круге истирания (для бетонов дорожных конструкций, полов, лестниц и других конструкций.Known GOST 13087-81. Concrete Methods for determining abrasion. This GOST recommends certain types of testing equipment for determining the abrasion of concrete, which, in principle, can also be used for testing the abrasion of concrete with ice. The standard applies to all types of concrete used in all areas of construction. The standard establishes methods for determining the abrasion of concrete with an abrasive on the abrasion circle (for concrete of road structures, floors, stairs and other structures.

Известен также патент № 2542612 «Установка для исследования образца материала на истирание льдом» Also known patent No. 2542612 "Installation for the study of a sample of material for ice abrasion"

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию и может быть использовано для испытаний на ледовое истирание.The invention relates to techniques for mechanical testing of materials for abrasion resistance and can be used for ice abrasion testing.

Конструкция установки для исследования образца материала на истирание льдом содержит основание, на котором размещена горизонтальная платформа, выполненная с возможностью перемещения образца льда относительно образца истираемого материала, фиксируемого в средстве для его удержания, и средство их прижатия друг к другу. Устройство дополнительно содержит нож, выполненный с возможностью профилирования поверхности образца льда , контактирующей с истираемым образцом. Нож содержит вертикальную направляющую, через которую, с возможностью возвратно-поступательного движения, пропущен шток, на конце которого закреплена режущая пластина, режущая кромка которой, обращенная к образцу льда, выполнена П-образной. Шток снабжен выступом, на котором параллельно продольной оси штока закреплен стержень, нижний конец которого шарнирно скреплен с опорной лыжей. Стержень отстоит от штока относительно направления движения образца, при этом режущая пластина выполнена с возможностью регулирования положения ее кромки относительно опорной поверхности опорной лыжи. Верхний конец штока выполнен с возможностью размещения на нем дополнительного груза. The design of the apparatus for researching a sample of material for ice abrasion contains a base on which a horizontal platform is placed, configured to move an ice sample relative to a sample of abradable material fixed in a means for holding it, and means for pressing them against each other. The device further comprises a knife configured to profile the surface of the ice sample in contact with the abradable sample. The knife contains a vertical guide through which, with the possibility of reciprocating motion, a rod is passed, at the end of which a cutting plate is fixed, the cutting edge of which, facing the ice sample, is made U-shaped. The rod is equipped with a protrusion on which a rod is fixed parallel to the longitudinal axis of the rod, the lower end of which is pivotally attached to the supporting ski. The rod is spaced from the rod relative to the direction of movement of the sample, while the cutting insert is configured to adjust the position of its edge relative to the supporting surface of the supporting ski. The upper end of the rod is made with the possibility of placing additional load on it.

Технический результат − обеспечение стабильной площади контакта трущихся материалов и повышение несущей способности льда за счет его подрезки ножом с двух сторон.The technical result is the provision of a stable contact area of rubbing materials and an increase in the bearing capacity of ice due to its cutting with a knife on both sides.

Все приведенные выше технические решения пригодны только для исследования износа в условиях безударного взаимодействия бетона и льда (или любой другой абразивной пары), подобного, например, воздействию автомобильных шин на дорожное полотно, или износу ступенек лестниц железнодорожного вокзала при большом потоке пассажиров и т.п.All of the above technical solutions are suitable only for the study of wear in the conditions of shockless interaction of concrete and ice (or any other abrasive pair), such as, for example, the impact of car tires on the roadway, or the wear of the stairs of a railway station with a large flow of passengers, etc. .

Существенное отличие механизма взаимодействия бетона и льда с помощью всех приведенных выше устройств, в которых лед и бетон двигаются параллельно друг другу, в которых лед не разрушается, а постепенно изнашивается, от динамики взаимодействия реального движущегося ледяного поля с бетонными сооружениями, при котором в момент взаимодействия под углом с преградой лед всегда разрушается, подвергая бетон импульсной нагрузке, является общим недостатком всех без исключения приведенных выше технических решений. A significant difference between the mechanism of interaction of concrete and ice with the help of all the above devices, in which ice and concrete move parallel to each other, in which the ice does not break down, but gradually wears out, from the dynamics of the interaction of a real moving ice field with concrete structures, at which at the moment of interaction at an angle with an obstacle, ice always breaks up, subjecting concrete to a pulsed load, is a common drawback of all the technical solutions mentioned above without exception.

По мнению заявителя для имитации в лабораторных условиях взаимодействия дрейфующего льда на преграду в зоне взаимодействия бетона и льда усилия должны быть направлены под углом или даже по нормали и достаточны для разрушения льда с выдавливанием продуктов его разрушения вдоль поверхности бетона следующими порциями льда. According to the applicant, in order to simulate in laboratory conditions the interaction of drifting ice on an obstacle in the zone of interaction of concrete and ice, the forces should be directed at an angle or even normal and sufficient to break the ice with squeezing the products of its destruction along the surface of the concrete with the following portions of ice.

В качестве прототипа выбрано устройство из заявки на изобретение № 94021945 «Способ очистки корпуса судна и устройство для его реализации». В данном способе очистку корпуса судна осуществляют путем подачи (под углом или по нормали) на поверхность корпуса рабочей среды под давлением, причем в качестве рабочей среды используют ледяную крошку, получаемую путем предварительного охлаждения струи воды с последующим дросселированием в расширяющемся сопле. В предлагаемом устройстве имеется установка для подачи воды, включающая агрегат высокого давления и подающий аппарат, соединенные трубопроводом с клапанами, при этом установка закреплена на подвижном основании. Отличие состоит в том, что вода дополнительно поступает в охладитель, подключенный параллельно трубопроводу с клапанами, а подающий аппарат имеет форму сверхзвукового расширяющегося сопла. As a prototype, the device selected from the application for invention No. 94021945 "Method for cleaning the hull and device for its implementation." In this method, the hull is cleaned by feeding (at an angle or normal) to the surface of the hull of the working medium under pressure, and ice crumb obtained by pre-cooling the water jet with subsequent throttling in an expanding nozzle is used as the working medium. The proposed device has a water supply installation, including a high-pressure unit and a feeding apparatus, connected by a pipeline with valves, while the installation is mounted on a movable base. The difference is that the water additionally enters a cooler connected in parallel with the pipeline with valves, and the supply device has the form of a supersonic expanding nozzle.

Недостатком устройства, является то, что на обрабатываемую поверхность поступает ледяная крошка, а не ледяной монолит, разрушающийся только при взаимодействии с обрабатываемой поверхностью, что, как и в приведенных выше технических решениях, не соответствует реальной динамике взаимодействия разрушающегося льда с твердой поверхностью. The disadvantage of this device is that ice crumb is delivered to the treated surface, and not ice monolith, which is destroyed only when interacting with the treated surface, which, as in the above technical solutions, does not correspond to the real dynamics of the interaction of crumbling ice with a hard surface.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает следующий технический результат – обеспечение возможности исследования абразивных пар трения типа бетона и льда, с разрушением последнего при взаимодействии с бетоном, с помощью устройства для имитации воздействия дрейфующего льда на бетонные сооружения. The proposed utility model provides the following technical result - providing the opportunity to study abrasive friction pairs such as concrete and ice, with the destruction of the latter when interacting with concrete, using a device to simulate the effects of drifting ice on concrete structures.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для воздействия водяного льда, поступающего под давлением, на обрабатываемую поверхность, как это предложено в заявке № 94021945, лед под произвольным углом к обрабатываемой поверхности исследуемого образца с помощью механизма, включающего расположенные на одной оси гидроцилиндр, создающий достаточное для разрушения льда усилие, направляющую трубу с экструдером на выходном конце и тензометр, непрерывно подается в виде монолита, вырезанного из заранее замороженного льда, который, при соприкосновении с испытуемым образцом бетона, разрушается, а разрушенный лед вместе с продуктами эрозии по поверхности бетона оттесняется за пределы образца под давлением следующих порций льда, усилие, с которым лед продавливается через направляющую трубу с экструдером и взаимодействует с исследуемой поверхностью, измеряется с помощью тензометра, причем испытуемый образец закреплен в держателе, обеспечивающем регулируемый угол поступления льда к поверхности, а весь процесс выполняется в теплоизолированной камере с пониженной температурой.The technical result is achieved by the fact that in the device for the influence of water ice supplied under pressure on the treated surface, as proposed in application No. 94021945, ice at an arbitrary angle to the treated surface of the test sample using a mechanism comprising a hydraulic cylinder located on the same axis, which creates a force sufficient to break the ice, a guide tube with an extruder at the outlet end and a strain gauge are continuously supplied in the form of a monolith cut from previously frozen ice, which, when contact with the test concrete sample is destroyed, and the destroyed ice along with the erosion products on the surface of the concrete is pushed out of the sample under the pressure of the following portions of ice, the force with which ice is forced through the guide tube with the extruder and interacts with the test surface is measured using a tensometer, moreover, the test sample is fixed in a holder that provides an adjustable angle of ice flow to the surface, and the whole process is carried out in a heat-insulated chamber with a reduced temperature atura.

Лабораторное устройство для имитации воздействия дрейфующего льда на бетонные сооружения, включающее устройство для воздействия водяного льда, поступающего под давлением, на обрабатываемую поверхность, отличающееся тем, что лед под произвольным углом к обрабатываемой поверхности исследуемого образца с помощью механизма, включающего расположенные на одной оси гидроцилиндр, создающий достаточное для разрушения льда усилие, направляющую трубу с экструдером на выходном конце и тензометр, непрерывно подается в виде монолита, вырезанного из заранее замороженного льда, который, при соприкосновении с испытуемым образцом бетона, разрушается, а разрушенный лед вместе с продуктами эрозии по поверхности бетона оттесняется за пределы образца под давлением следующих порций льда, усилие, с которым лед продавливается через направляющую трубу с экструдером и взаимодействует с исследуемой поверхностью, измеряется с помощью тензометра, причем испытуемый образец закреплен в держателе, обеспечивающем регулируемый угол поступления льда к поверхности, а весь процесс выполняется в теплоизолированной камере с пониженной ниже нуля градусов температурой.A laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures, including a device for applying water ice supplied under pressure on the surface to be treated, characterized in that the ice is at an arbitrary angle to the surface of the test sample using a mechanism including a hydraulic cylinder located on one axis, creating a force sufficient to break the ice, guiding the pipe with an extruder at the output end and a strain gauge, is continuously supplied in the form of a monolith, cut out o from pre-frozen ice, which, when contacted with the concrete sample being tested, is destroyed, and the destroyed ice along with erosion products on the surface of the concrete is pushed out of the sample under the pressure of the following portions of ice, the force with which ice is forced through the guide tube with the extruder and interacts with the investigated surface, it is measured using a tensometer, and the test sample is fixed in the holder, providing an adjustable angle of ice flow to the surface, and the whole process is carried out in a thermally insulated chamber with a temperature lower than zero degrees.

Конструкция предлагаемого устройства приведена на фиг.1.The design of the proposed device is shown in figure 1.

На фиг.1 ледяной монолит 1 штоком 2 гидроцилиндра 3 (масляная станция, с помощью которой гидроцилиндр приводится в движение, на схеме не показана) через направляющую трубу 4 направляется на испытуемый образец 5, закрепленный в держателе 6 с возможностью регулировки угла и расстояния от среза направляющей трубы с помощью крепежных и упорных элементов 7. Выходная часть 8 направляющей трубы представляет собой съемную деталь - экструдер, которому может быть придана любая конфигурация. Вся конструкция прикреплена к жесткой платформе 9. Тензодатчик 10 контролирует усилие, с которым лед продавливается через направляющую трубу и взаимодействует с испытуемым образцом. В зоне взаимодействия 11 льда с образцом происходит разрушение льда и выталкивание его в стороны за пределы образца. Все устройство расположено в теплоизолированной холодильной камере 11, в которой с помощью холодильной установки (на схеме не показана) поддерживается пониженная температура. Когда лед в направляющем цидиндре заканчивается, шток гидроцилиндра отоддвигается назад, гидроцилиндр откидывается вверх, в направляющую трубу вставляется новый ледяной монолит, и испытание продолжается. In Fig. 1, an ice monolith 1 by a rod 2 of a hydraulic cylinder 3 (the oil station with which the hydraulic cylinder is set in motion, not shown in the diagram) is sent through the guide pipe 4 to the test sample 5, mounted in the holder 6 with the possibility of adjusting the angle and distance from the cut guide pipe using fasteners and thrust elements 7. The output part 8 of the guide pipe is a removable part - an extruder, which can be attached to any configuration. The whole structure is attached to a rigid platform 9. The load cell 10 controls the force with which ice is forced through the guide tube and interacts with the test sample. In the zone of interaction of ice 11 with the sample, ice is destroyed and expelled to the sides outside the sample. The entire device is located in a thermally insulated refrigerating chamber 11, in which a low temperature is maintained using a refrigeration unit (not shown in the diagram). When the ice in the guide cylinder ends, the hydraulic cylinder rod is pushed back, the hydraulic cylinder leans up, a new ice monolith is inserted into the guide pipe, and the test continues.

Сущность и работа полезной модели поясняется на примере устройства, изображенного выше на фиг.1. The essence and operation of the utility model is illustrated by the example of the device depicted above in figure 1.

Образец испытуемого бетона 5 в виде куба 70х70х70 мм (все поверхности бетона предварительно отшлифованы и могут подвергаться обработке льдом поочередно) устанавливают в держатель 6, который, в свою очередь, с помощью закладных упорных элементов фиксируют под углом (как, правило, угол 45° к оси конструкции) на расстоянии 25 мм (половина толщины ледяного монолита) от передней плоскости экструдера 8. A sample of test concrete 5 in the form of a cube 70x70x70 mm (all surfaces of concrete are pre-ground and can be treated with ice alternately) are installed in holder 6, which, in turn, is fixed with the help of embedded stop elements (as a rule, the angle is 45 ° to axis of the structure) at a distance of 25 mm (half the thickness of the ice monolith) from the front plane of the extruder 8.

Экструдер 8, изготовлен так, что его плоскость, обращенная к наклоненному бетонному образцу, оказывается параллельно его поверхности.The extruder 8 is made so that its plane facing the inclined concrete sample is parallel to its surface.

В направляющую трубу 4 устанавливают вырезанный из заранее замороженной жидкости и обработанный до нужного размера ледяной монолит, который может представлять собой замороженные чистую воду или соляной раствор, имитирующий морскую воду, и, в частности, может включать абразивные добавки типа песка, глины и т.п. В нашем случае ледяной монолит имеет квадратное сечение 50х50 мм и длину 400 мм.An ice monolith cut from a pre-frozen liquid and processed to the desired size, which may be frozen pure water or a salt solution simulating sea water, and, in particular, may include abrasive additives such as sand, clay, etc., is installed in the guide tube 4. . In our case, the ice monolith has a square section of 50x50 mm and a length of 400 mm.

Ледяной монолит штоком 2 гидроцилиндра 3 доводят до соприкосновения с поверхностью бетона в нижней точке. Все эти манипуляции выполняют непосредственно в холодильной камере 11 при температуре воздуха в ней -10…-15°С, так как важно не допустить подтаивания льда и примерзания его к направляющей трубе при последующем охлаждении до рабочей температуры (вплоть до -40°С), иначе примерзший ледяной монолит будет полностью разрушен штоком еще в направляющей трубе. После загрузки очередного образца льда воздух в холодильной камере охлаждают до заданной температуры, делают выдержку до 10-20 минут, чтобы все детали механизма, лед и бетонный образец приобрели заданную температуру, после чего перемещают шток гидроцилиндра со скоростью 2-10 мм/с. Ледяной монолит начинает разрушаться при соприкосновении с поверхностью бетонного образца, а продукты разрушения льда, мелкая крошка и отдельные куски льда до 1 см, выдавливаются в стороны, преимущественно в сторону наклона образца (вверх на фиг.1) Тензодатчик регистрирует в это время хаотическое пульсирующее усилие с разбросом от почти 0 до 1200 кг. Слышен характерный хрустящий звук с отдельными ударами и щелчками.The ice monolith by the rod 2 of the hydraulic cylinder 3 is brought into contact with the concrete surface at the lower point. All these manipulations are performed directly in the refrigerating chamber 11 at an air temperature in it of -10 ... -15 ° C, since it is important to prevent ice from melting and freezing it to the guide tube during subsequent cooling to operating temperature (up to -40 ° C), otherwise, the frozen ice monolith will be completely destroyed by the rod in the guide tube. After loading another ice sample, the air in the refrigerator is cooled to a predetermined temperature, held for 10-20 minutes, so that all the details of the mechanism, ice and a concrete sample acquire a predetermined temperature, after which the hydraulic cylinder rod is moved at a speed of 2-10 mm / s. The ice monolith begins to collapse upon contact with the surface of the concrete sample, and the products of ice destruction, small crumbs and individual pieces of ice up to 1 cm are squeezed out to the sides, mainly towards the slope of the sample (up in Fig. 1). The load cell detects a random pulsating force at this time with a spread from almost 0 to 1200 kg. A characteristic crisp sound is heard with individual strokes and clicks.

Если уменьшать расстояние от поверхности образца бетона до среза экструдера или уменьшать угол наклона образца, усилие, регистрируемое тензодатчиком, возрастает вплоть до того, что превышает допустимое усилие для данного типа тензодатчика (3000 кг). При при приближении угла наклона поверхности образца к перпендикуляру к оси устройства до 20 градусов и менее лед совсем перестает двигаться при любом доступном для данного устройства усилии. Можно подобрать нужные гидроцилиндр и тензодатчик и заставить лед всё-таки двигаться, (при очень больших давлениях ~ 100 Мпа лед становится пластичным, благодаря чему ледники в горах двигаются вниз), но в реальных арктических условиях, для имитации которых и создавалось данное устройство, таких высоких давлений в зоне взаимодействия льда и бетонных конструкций не возникает, так как прочность одноосного сжатия льда не превышает 1-1,5 мПа. (10-15 кГ/см2). If you reduce the distance from the surface of the concrete sample to the cut of the extruder or reduce the angle of inclination of the sample, the force recorded by the strain gauge increases to the extent that it exceeds the allowable force for this type of strain gauge (3000 kg). When approaching the angle of inclination of the surface of the sample to the perpendicular to the axis of the device to 20 degrees or less, the ice completely stops moving at any effort available for this device. You can choose the right hydraulic cylinder and strain gauge and make the ice still move (at very high pressures of ~ 100 MPa, the ice becomes plastic, due to which the glaciers in the mountains move down), but in real Arctic conditions, to simulate which this device was created, such high pressures do not arise in the interaction zone between ice and concrete structures, since the strength of uniaxial compression of ice does not exceed 1-1.5 MPa. (10-15 kg / cm 2 ).

После полной выработки ледяного монолита шток гидроцилиндра отводят назад, гидроцилиндр откидывают вверх, в направляющую трубу вставляют новый монолитный кусок льда, разрушенный лед, накопившийся на периферии образца бетона удаляют, и вся процедура повторяется до 10 раз. То есть через зону взаимодействия с бетонным образцом проходит до 4 метров ледяного монолита. Общая длительность такой обработки с остановками для загрузки новых порций льда может достигать 2-3 часов. After the full development of the ice monolith, the hydraulic cylinder rod is retracted, the hydraulic cylinder is thrown up, a new monolithic piece of ice is inserted into the guide tube, the destroyed ice that has accumulated on the periphery of the concrete sample is removed, and the whole procedure is repeated up to 10 times. That is, up to 4 meters of an ice monolith passes through the zone of interaction with a concrete sample. The total duration of such processing with stops for loading new portions of ice can reach 2-3 hours.

По завершении 10 циклов образец бетона извлекают из держателя, очищают от льда, отмывают, высушивают и оценивают степень износа поверхности бетона с помощью микрометрического индикатора часового типа ИЧ. At the end of 10 cycles, the concrete sample is removed from the holder, cleaned of ice, washed, dried and the degree of wear of the concrete surface is assessed using a micrometer indicator of the clock type IC.

Зона износа представляет собой область примерно эллипсообразной формы размером 50х60 мм, вытянутую вдоль направления наклона образца. Максимальная глубина износа в центре зоны достигает 0,2-0,3 мм (после прохода 4 метров ледяного монолита). В некоторых случаях наблюдалось вырывание отдельных зерен наполнителя. К краям зоны износа глубина уменьшается до 0. Рельеф зоны износа неравномерен и определяется положением гранул заполнителя, твердость которого выше, чем твердость цементного камня.The wear zone is a region of approximately elliptical shape measuring 50x60 mm, elongated along the direction of inclination of the sample. The maximum wear depth in the center of the zone reaches 0.2-0.3 mm (after passing 4 meters of ice monolith). In some cases, the separation of individual grains of the filler was observed. To the edges of the wear zone, the depth decreases to 0. The relief of the wear zone is uneven and is determined by the position of the aggregate granules, whose hardness is higher than the hardness of cement stone.

Если глубина обработки недостаточна для измерения микрометрическим индикатором, всю процедуру из 10 прогонов ледяных монолитов длиной 400 мм каждый повторяют. If the processing depth is insufficient for measuring with a micrometer indicator, the entire procedure of 10 runs of ice monoliths 400 mm long each is repeated.

На одном кубическом образце бетона, у которого отшлифованы все грани, можно проводить испытания льдом 6 раз. On one cubic sample of concrete, in which all faces are ground, it is possible to conduct ice tests 6 times.

С помощью устройства можно исследовать взаимодействие льда не только с плоской поверхностью образца, но и с цилиндрическими образцами бетона, для чего потребуется изготовить экструдер соответствующей формы.Using the device, it is possible to study the interaction of ice not only with the flat surface of the sample, but also with cylindrical concrete samples, for which it will be necessary to manufacture an extruder of the appropriate shape.

Сравнение результатов испытаний плоской поверхности бетона воздействием льда с помощью выше описанных устройств, обеспечивающих безударное истирание с перемещением контактирующих пар параллельно друг другу, с результатом исследований с помощью предлагаемого устройства, которое подвергает бетон импульсной нагрузке за счет разрушения льда, показывают, что в последнем случае износ бетона в разы превышает износ мягкого воздействии, вплоть до вырывания зерен наполнителя. Comparison of the test results of a flat concrete surface with ice using the above-described devices, providing shockless abrasion with the movement of the contacting pairs parallel to each other, with the results of studies using the proposed device, which exposes the concrete to a pulsed load due to ice breaking, show that in the latter case, wear concrete at times exceeds the wear of a soft impact, up to tearing out grains of the filler.

Claims (1)

Лабораторное устройство для имитации воздействия дрейфующего льда на бетонные сооружения, отличающееся тем, что содержит жесткую платформу для крепления всей конструкции устройства, расположенные на одной оси гидроцилиндр, создающий штоком достаточное для разрушения льда усилие, направляющую трубу с экструдером на выходном конце и тензометр, измеряющий усилие взаимодействия льда с исследуемой поверхностью, а также расположенный на жесткой платформе держатель образца, обеспечивающий регулируемый угол поступления льда к поверхности, причем устройство выполнено с возможностью установки в теплоизолированной холодильной камере.A laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures, characterized in that it contains a rigid platform for fastening the entire structure of the device, a hydraulic cylinder located on the same axis, creating a rod sufficient for breaking ice, a guide tube with an extruder at the output end and a strain gauge measuring force ice interaction with the test surface, as well as a sample holder located on a rigid platform, providing an adjustable angle of ice flow to the surface, moreover, the device is configured to be installed in a thermally insulated refrigeration chamber.
RU2018145986U 2018-12-25 2018-12-25 Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures RU192382U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145986U RU192382U1 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145986U RU192382U1 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU192382U1 true RU192382U1 (en) 2019-09-16

Family

ID=67990247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145986U RU192382U1 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU192382U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098251A (en) * 2020-09-21 2020-12-18 中通服咨询设计研究院有限公司 Device and method for simulating coupling of freeze-thaw environment and wear performance of hydraulic concrete
CN115420666A (en) * 2022-09-29 2022-12-02 西南石油大学 Positive freeze thawing soil gas permeability coefficient dynamic continuous testing system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327138C1 (en) * 2006-08-28 2008-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Гидротекс" Method of material sample testing for wear and tear
RU146314U1 (en) * 2014-05-29 2014-10-10 Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Монолит" DEVICE FOR RESEARCHING MATERIAL SAMPLES FOR ICE WASHING
RU2542613C1 (en) * 2013-10-15 2015-02-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Unit for study of material sample on abrasion with ice
CN106706456A (en) * 2017-03-06 2017-05-24 黑龙江省水利科学研究院 Device and method for testing ice water washout resistance of concrete revetment and concrete protecting-slope

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327138C1 (en) * 2006-08-28 2008-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Гидротекс" Method of material sample testing for wear and tear
RU2542613C1 (en) * 2013-10-15 2015-02-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Unit for study of material sample on abrasion with ice
RU146314U1 (en) * 2014-05-29 2014-10-10 Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Монолит" DEVICE FOR RESEARCHING MATERIAL SAMPLES FOR ICE WASHING
CN106706456A (en) * 2017-03-06 2017-05-24 黑龙江省水利科学研究院 Device and method for testing ice water washout resistance of concrete revetment and concrete protecting-slope

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098251A (en) * 2020-09-21 2020-12-18 中通服咨询设计研究院有限公司 Device and method for simulating coupling of freeze-thaw environment and wear performance of hydraulic concrete
CN115420666A (en) * 2022-09-29 2022-12-02 西南石油大学 Positive freeze thawing soil gas permeability coefficient dynamic continuous testing system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU192382U1 (en) Laboratory device for simulating the effects of drifting ice on concrete structures
Jacobsen et al. Concrete–ice abrasion mechanics
Prick Critical degree of saturation as a threshold moisture level in frost weathering of limestones
CN109283086B (en) Method for accurately measuring and calculating elastic modulus of cold region tunnel rock after repeated freeze-thaw damage
Bonath et al. Properties of ice from first-year ridges in the Barents Sea and Fram Strait
Huang et al. Limit resistive forces from ice frozen to concrete-revetment interface of an inclined dam wall
Zhang et al. Investigation on the mixed mode fracture toughness of freshwater ice using the semi-circular bend method
Zhu et al. Research and experiment of thermal water de-icing device
Zhaka et al. Physical and mechanical properties of ice from a refrozen ship channel ice in Bay of Bothnia
Kim et al. A preliminary analysis of the crushing specific energy of iceberg ice under rapid compressive loading
Gagnon et al. In situ thermal profiles and laboratory impact experiments on iceberg ice
Huang et al. Experimental observations of the flexural failure process of snow covered ice
Yoo et al. Evaluation of liquefaction-induced lateral force on pile in slope by centrifuge tests
Bonath et al. Laboratory testing of compressive and tensile strenght on level ice and ridged ice from Svalbard region
Barbero et al. An apparatus for in situ direct shear tests on snow
Bekker et al. POAC’13
Alberello et al. An experimental model of wave attenuation in pancake ice
Wu et al. Hydraulic mechanism and time-dependent characteristics of loose gully deposits failure induced by rainfall
Giwelli et al. Hydromechanical Behavior of a Synthetic Homogenous Carbonate Rock During Direct Shear
Grape et al. Effect of confining stress on brittle indentation failure of columnar ice
Kodama et al. Observation of fracture process of rocks subjected to freeze-thaw cycles using X-ray CT
Thakur Experimentally observed shear bands in a Scandinavian soft clay subjected to an undrained shearing under the plane strain condition
Zemlyak et al. Experimental study of possibility of submarine vessels emerging in the compact ice at a limited depth of water area
Shestov et al. Scale-model ridges and interaction with narrow structures, Part 1 Overview and scaling
Kim et al. Characteristics of shear strength and elastic waves in artificially frozen specimens using triaxial compression tests

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191226