[发明专利]推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法

说明书

本发明公开了推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及方法，包括试件台、试件支架、推移质冲磨机构、位移传感器、速度传感器和试件高度控制机构；试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面；推移质冲磨机构包括悬臂、悬臂驱动机构、冲击锤和冲磨辊；冲磨辊设置在冲击锤底部中心，且冲磨辊的中心轴两端分别与冲击锤底部相铰接，冲磨辊的直径不低于5mm；位移传感器能用于检测冲击锤的高度；速度传感器能用于检测冲击锤的速度；试件高度控制机构包括试件顶面高度传感器和试件高度升降机构。本发明从能量的角度，模拟推移质冲磨水泥砂浆、混凝土，有助于揭示冲磨的机理，更好指导水工混凝土结构抗冲磨设计。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别是一种推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法。

背景技术

水工建筑物，如大坝、船闸、泄洪建筑物、电站厂房等，长期与环境水接触，过流面受悬移质、推移质及高速水流的冲刷磨损，对混凝土有较高的抗冲磨要求。另外，跨江海桥梁桥墩结构混凝土同样面临着冲刷磨损。水流中冲磨介质主要包括两类，分别为推移质和悬移质。在河床表面附近以滑动、滚动、跳跃或层移方式运动的粒径大于5mm块石泥沙，为推移质。悬浮在水流中随水流运动，粒径小于等于5mm的泥沙，为悬移质。

保障跨江、跨海桥梁安全，意义重大。目前，对悬移质对混凝土的冲刷磨损试验方法主要是水下钢球法。水下钢球法采用圆柱体试件，用数个(10、25、35)钢球模拟了块石泥沙在砂浆、混凝土圆柱体端面的滚动。评价指标为抗冲磨强度(单位面积上被磨损单位质量所需要的时间)或磨损率，评价依据是试件的质量损失。然而，水下钢球法在试验过程中，还存在着如下不足，有待进行改进：

1、设备损耗问题较为严重。

2、评价依据较为单一，未能将质量损失与试件其他物理力学性能联系起来，也未能从能量的角度将外力作用效果与试件抗冲磨性能有机结合起来。

3、水下钢球法只模拟了推移质在未受外力作用下(钢球的重量忽略)混凝土试件表面的滚动摩擦产生的磨损，未考虑推移质对混凝土表面的冲击、磨削作用；未考虑推移质的表面特征，如表面的不规则形，棱角等；也未考虑实际工况中压应力作用下的混凝土构件，推移质对其造成的磨损。然而，实际工况则是：高速挟沙水流中，沙石粒径越大，颗粒数量越多，推移质的动量越大，对混凝土试件表面的冲击作用越显著；沙石表面越不规则，即棱角越多、越尖锐，对混凝土表面造成的局部应力就越大，磨损作用就越大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法，该推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置及评价方法从能量的角度，模拟推移质冲磨水泥砂浆、混凝土，有助于揭示冲磨的机理，更好指导水工混凝土结构抗冲磨设计。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种推移质冲磨砂浆与混凝土的试验模拟装置，包括试件台、试件支架、推移质冲磨机构、位移传感器、速度传感器和试件高度控制机构。

支架包括底座、立柱和横梁；立柱安装在底座两侧，横梁安装在立柱顶部。

试件台设置在横梁正下方的底座上，且能夹紧试件，并使试件顶面外露，形成为试件模拟冲磨面。

推移质冲磨机构包括悬臂、悬臂驱动机构、冲击锤和冲磨辊。

悬臂的顶端与横梁中部相铰接，悬臂的另一端设置所述冲击锤；悬臂能在悬臂驱动机构的驱动下绕横梁进行转动并锁紧。

冲磨辊设置在冲击锤底部中心，且冲磨辊的中心轴两端分别与冲击锤底部相铰接，冲磨辊能绕自身轴线自由转动；冲磨辊的直径不低于5mm。

位移传感器能用于检测冲击锤的高度。

速度传感器能用于检测冲击锤的速度，且与悬臂驱动机构相连接。