混凝土抗沖磨試驗系統(tǒng)及其試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗系統(tǒng)，尤其是用于測試混凝土抗沖耐磨性能的混凝土抗沖磨試驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在水工混凝土工程領(lǐng)域，需要對混凝土耐磨性能進(jìn)行測試，即需要對混凝土表面受高速流動介質(zhì)磨損的相對抗力進(jìn)行試驗，用于評價混凝土表面的相對抗沖磨性能。
[0003]我國是個多沙河流的國家，在眾多河流中，年最大輸沙量超過1000萬噸的河流有60多條。含泥沙河流上水工建筑物多為混凝土結(jié)構(gòu)，其主要失效形式之一是過流表面因高速含泥沙水流沖刷磨損而造成材料損壞。
[0004]混凝土的磨蝕磨損速率是依賴于時間的狀態(tài)變量，由于與環(huán)境發(fā)生相互作用，水流中泥沙含量、組成以及運動變化，挾沙水流與材料之間的作用方式等均在一種隨機(jī)、多變狀態(tài)下對材料產(chǎn)生磨蝕破壞，因此，抗沖耐磨混凝土的材料及配合比的選擇問題就變得非常復(fù)雜，通常只有通過試驗對比的方式來確定不同情況下混凝土材料抗沖耐磨的性能。
[0005]混凝土材料是迄今為止用量最大、用途最廣泛的建筑結(jié)構(gòu)材料。水工建筑物中的溢流面、尾水管、泄洪洞、沖砂孔等結(jié)構(gòu)部位的混凝土材料的抗沖耐磨性能是評價這些部位混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要技術(shù)指標(biāo)。
[0006]我國在1962年頒布了水工混凝土試驗方法，其中推薦了混凝土抗含砂水流沖刷試驗的圓環(huán)法;隨后經(jīng)過第一次修訂于1982年頒布了《水工混凝土試驗規(guī)程》SD105-82，經(jīng)過1996年進(jìn)行第二次修訂后，于2006年頒布了新的《水工混凝土試驗規(guī)程》S L 352 —2006，發(fā)展至目前，對混凝土抗沖耐磨性能的評價推廣到兩個方法，分別是混凝土抗含砂水流沖刷試驗(圓環(huán)法)和混凝土抗沖磨試驗(水下鋼球法)，以適應(yīng)抗沖耐磨混凝土在不同水流沖刷速度、不同破壞介質(zhì)類型作用下的抗沖耐磨性能評價。
[0007]目前，利用水下鋼球法進(jìn)行混凝土抗沖耐磨試驗的混凝土沖磨機(jī)構(gòu)(如南京水利科學(xué)研究院儀器工廠生產(chǎn)的H K S — Π型混凝土抗沖磨試驗機(jī))包括固定于地面的外固定機(jī)架和導(dǎo)軌;導(dǎo)軌一端伸入機(jī)架，另一端伸出機(jī)架。導(dǎo)軌上設(shè)有內(nèi)移動機(jī)架，內(nèi)移動機(jī)架的底端通過滾輪連接在導(dǎo)軌上。內(nèi)移動機(jī)架頂部通過法蘭連接有圓筒形的試驗筒(鋼筒)，試驗筒底端連接有出水接頭，出水接頭向下伸入內(nèi)移動機(jī)架且出水接頭上設(shè)有出水閥；出水接頭連接有排水管。試驗筒頂部設(shè)有筒蓋，筒蓋中心設(shè)有用于穿過攪拌軸的中心軸孔。外固定機(jī)架頂部高于試驗筒頂部；外固定機(jī)架上設(shè)有電機(jī)，電機(jī)軸向下垂直伸出并通過卡接連軸結(jié)構(gòu)連接攪拌軸，攪拌軸向下通過中心軸孔伸入試驗筒并連接有攪拌槳。
[0008]試驗時，將圓柱形的混凝土試件(直徑300mm 土 2mm、高度I OOmm 土 1mm)放入試驗筒內(nèi)，并根據(jù)試驗需要放入若干鋼球，然后在筒內(nèi)注水;先將攪拌軸自下而上穿過筒蓋中心軸孔，再將內(nèi)移動機(jī)架推入外固定機(jī)架，然后手動將攪拌軸與電機(jī)軸卡接在一起。啟動電機(jī)，電機(jī)通過攪拌軸帶動攪拌漿以1200r/min左右的速度旋轉(zhuǎn)，使筒內(nèi)形成高速水流，鋼球也隨水流高速旋轉(zhuǎn)，從而模擬水流及水流攜帶物對混凝土試件進(jìn)行沖刷，測試混凝土試件的抗沖耐磨性能。
[0009]現(xiàn)有利用水下鋼球法進(jìn)行混凝土抗沖耐磨試驗的混凝土沖磨裝置的缺陷有:
I.每次試驗后，都要人工將試驗筒拆卸下來，以便對筒內(nèi)的水、鋼球、混凝土試件上沖磨下來的泥漿等進(jìn)行徹底清理，為下次試驗提供條件。
[0010]試驗筒(直鋼筒)與底座通過法蘭結(jié)構(gòu)相連接，法蘭結(jié)構(gòu)沿周向均勻布置有多達(dá)12個連接螺栓，拆、裝一次大約需要2小時；
2.試件重達(dá)17kg，鋼筒重26.6kg，試件光滑，搬運很不方便，并且搬運試件和鋼筒需要耗費較大體力。
[0011]3.在拆除鋼筒移除試件時，磨損物漿體不易收集，流淌到實驗室地面污染環(huán)境。
[0012]4.按照試驗規(guī)程要求，一組試驗沖磨時間72小時，即需要連續(xù)3天3夜進(jìn)行工作，至少需要I人對電壓、機(jī)械故障及鋼筒內(nèi)的水位實時進(jìn)行監(jiān)控，非常耗費人力。
[0013]5.鋼筒與底座止水結(jié)構(gòu)為橡皮墊圈，若連接不好或橡皮墊圈老化、破損將會出現(xiàn)滲漏。
[0014]6.每次卸試件，只有卸掉攪拌槳、人工將試件容器筒移到機(jī)架外面才能完成，比較麻煩并且勞動強度較高。
[0015]7.隨著試驗次數(shù)增加，鋼筒內(nèi)部出現(xiàn)不規(guī)則的磨損，且日趨嚴(yán)重，且難以更換新的鋼筒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土抗沖磨試驗系統(tǒng)，降低試驗人員的勞動強度、提高試驗效率、便于搬運試件和在試驗后收集磨損物漿體、防止試驗筒與底座之間漏水并且便于觀察試驗過程。
[0017]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的混凝土抗沖磨試驗系統(tǒng)包括混凝土沖磨機(jī)構(gòu)、機(jī)架和進(jìn)水機(jī)構(gòu)，其特征在于:
機(jī)架包括外固定機(jī)架和內(nèi)移動機(jī)架；
混凝土沖磨機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在外固定機(jī)架上的攪拌用電機(jī)和設(shè)置在內(nèi)移動機(jī)架上的筒體，攪拌用電機(jī)的軸向下連接有攪拌槳；
筒體包括外筒體和放置在外筒體內(nèi)的內(nèi)筒體，外筒體和內(nèi)筒體之間具有截面呈環(huán)形的間隙;外筒體具有底板，內(nèi)筒體上下均敞口設(shè)置；
外筒體的底板固定連接在內(nèi)移動機(jī)架頂部;攪拌用電機(jī)的軸和攪拌槳向下伸入內(nèi)筒體;外筒體的底板中心處豎向設(shè)有出水管，出水管的底端向下連接有第二軟管;外筒體的側(cè)壁連通有進(jìn)水管，進(jìn)水管連接有用于連接水源管的第一軟管，進(jìn)水管上設(shè)有第一閥門，出水管上設(shè)有第二閥門；
所述進(jìn)水機(jī)構(gòu)包括所述進(jìn)水管、第一軟管和第一閥門；內(nèi)筒體頂部處的內(nèi)壁徑向凹陷形成環(huán)形的支撐槽，支撐槽支撐筒蓋，筒蓋包括兩個呈半圓盤形半圓蓋，兩個半圓蓋的中心對應(yīng)設(shè)有半圓孔，兩個半圓孔合成一個圓孔，攪拌用電機(jī)的軸穿過該圓孔向下伸入內(nèi)筒體；內(nèi)筒體對應(yīng)的外筒體的底板上放置有用于支撐混凝土試件的三角形支撐筋；
內(nèi)筒體側(cè)壁中部沿周向設(shè)有若干連通孔，外筒體的側(cè)壁設(shè)有透明的觀察窗；
外固定機(jī)架頂部的左右兩側(cè)分別向下連接有第一電動推桿和第二電動推桿，第一電動推桿的伸出端和第二電動推桿的伸出端均與一滑動支撐板固定連接;外筒體上方的外固定機(jī)架固定連接有固定支撐板，滑動支撐板和固定支撐板均具有用于穿過攪拌用電機(jī)的軸的中心孔；
固定支撐板與外固定機(jī)架頂部之間固定連接有四根豎向設(shè)置的滑桿，滑桿滑動穿過所述滑動支撐板;攪拌用電機(jī)支撐在滑動支撐板上；
滑動支撐板向下運動至極限位置時支撐在固定支撐板上;滑動支撐板向上運動至極限位置時帶動攪拌槳位于外筒體和內(nèi)筒體的上方；
外固定機(jī)架的后端下部固定連接有第三電動推桿，第三電動推桿的伸出端與內(nèi)移動機(jī)架固定連接;外固定機(jī)架下方的地面上設(shè)置有導(dǎo)軌，內(nèi)移動機(jī)架底端四角處設(shè)有滾輪，滾輪滾動連接在導(dǎo)軌上。
[0018]所述筒蓋的兩個半圓蓋上分別連接有一把手;所述外固定機(jī)架的底端連接有水平設(shè)置的定位板，定位板通過地腳螺栓固定在地面。
[0019]所述內(nèi)筒體由透明耐磨塑料制成。
[0020]所述滾輪的外緣沿周向設(shè)有限位槽，限位槽與導(dǎo)軌頂部相適配。
[0021]所述外筒體和內(nèi)筒體的頂部對應(yīng)設(shè)有錨固孔，錨固孔沿周向均勻設(shè)有4組，錨固孔處穿設(shè)有錨固螺栓。
[0022]所述外筒體的內(nèi)徑為340毫米，所述錨固孔位于外筒體頂端和內(nèi)筒體頂端以下30毫米處；內(nèi)筒體的內(nèi)徑為302毫米;混凝土試件直徑的范圍為300±2毫米，混凝土試件的高度范圍為100±1毫米。
[0023]所述第一電動推桿、第二電動推桿和第三電動推桿均與一電控裝置相連接;所述外筒體的內(nèi)壁設(shè)有水位傳感器，第一閥門、第二閥門和第三閥門均為電磁閥，水位傳感器、第一閥門、第二閥門和第三閥門均與所述電控裝置相連接。
[0024]還包括有用于監(jiān)控試驗現(xiàn)場的攝像頭;攝像頭連接所述電控裝置；電控裝置內(nèi)設(shè)有G S M模塊。
[0025]本發(fā)明還公開