基于水下钢球法的混凝土抗冲磨试验研究

对有刚玉环氧复合砂浆材料涂层的混凝土试件进行干、湿状态下的抗冲磨试验,针对水工混凝土试验规程所列试验方法中存在的不足,优化了试验方法。结果表明:试件在充分浸水饱和与绝对干燥的状态下的磨失量具有较好的一致性,采用绝对干燥状态下材料的磨失量来评价材料的相对抗冲磨性更为科学、准确。

一种新的抗推移质冲磨试验方法——高速水下钢球法的建立

为了客观考察高强抗冲磨混凝土在泄水建筑物高速水流作用下的抗推移质冲磨情况,对DL/T 5150《水工混凝土试验规程》中的水下钢球抗冲磨试验方法进行改进,建立了高速水下钢球抗冲磨试验新方法。考察了水流速度、冲磨时间、钢球投影面积与试件表面积之比、钢球最大粒径等因素对新方法冲磨效率的影响,并采用有约束配合比均匀设计的方法优化钢球级配。确定新方法的试验参数为:叶轮转速4 000 r/min,近底水流速度3.8 m/s,钢球投影面积占试件表面积的50%,钢球最大粒径30 mm,钢球级配为8个准30 mm、17个准25.4 mm、33个准19.1 mm6、2个准12.5 mm,冲磨时间48 h。用强度等级为C9050和C9060的泵送和常态高强抗冲磨混凝土,对比了标准方法和新方法的冲磨效率。试验结果表明:与标准方法相比,新方法的冲磨效率提高了约3~4倍,冲磨时间缩短1/3,平均磨损深度从1~2 mm增加到3~4 mm,反映了混凝土本体而非表肤的抗冲磨性能,更能反映实际工况下C40以上高强抗冲磨混凝土的磨损速度。

基于高速水流下大颗粒推移质冲磨破坏特点的改进水下钢球法试验研究

针对现行水工混凝土试验规程中水下钢球法不能真实表征高速水流下大颗粒推移质对混凝土结构冲磨破坏实际工况的问题,本研究通过进一步提高冲磨机转速将实际水流速提高至3.9 m/s,先采用正交试验,对钢球数量、钢球最大粒径、钢球形状进行改进,再通过级配试验,对钢球级配进行优化,最终得到最优参数。结果表明,介质因素对冲磨破坏结果影响的主次顺序:最大投影面积比>最大粒径>形状指数;冲磨介质的最优参数为形状指数0.4、最大粒径30 mm、最大投影面积比40%,钢球级配为5个Φ30 mm、14个Φ25 mm、35个Φ20 mm、61个Φ12 mm时,此组合下C40强度等级的混凝土质量磨损率提高20.26%,冲磨效果增加显著;优化后水下钢球法可更近似模拟实际工况,准确反应不同强度等级混凝土抗冲磨性能的优劣。

水工混凝土抗冲磨试验方法(水下钢球法)改进研究

研究通过改进水工混凝土抗冲磨（水下钢球法）两个试验参数,第一个是冲磨介质钢球的形貌,将现行规范中圆形表面光滑的钢球形貌,改为带有尖角的圆形六面体;第二是调整了钢球的级配及数量.通过对比试验表明：与现行规范方法相比,改进后方法对于高强混凝土,其磨损率提高一倍及抗冲磨强度减少一半,磨损后试件表面严重磨损,平均磨损深度从2～4 mm增加到10～35 mm,反映了混凝土本体而非表层的抗冲磨性能,磨损效果显著提高,更能反映C40以上高性能抗冲磨混凝土的磨损速度和抗冲磨强度.

基于水下钢球法的水工混凝土磨损影响因素研究

为了预测水工泄水建筑物抗冲磨混凝土在含推移质水流作用下的使用寿命,需了解磨损介质粒径和水流速度对混凝土破坏程度的影响。为此,分别采用12.6mm、19.0mm、25.4mm、30.0mm四种直径的钢球作为磨损介质,并在近底水流速度约1.8m/s和1.5m/s两种水流速度下,进行两种强度等级抗冲磨混凝土的水下钢球法试验。结果表明,钢球粒径为19.0mm时,混凝土磨损率最高;随着水流速度的提高,钢球粒径越大,混凝土磨损率增加越多。采用泥沙运动力学分析,钢球的动量和钢球直径的关系与混凝土磨损率和钢球直径的关系较为一致,且钢球动量和混凝土磨损率有较好的指数函数关系。

泥石流排导槽混凝土材料磨蚀特性研究

我国泥石流灾害频发多发,危害十分严重。排导槽在防治泥石流的实践中扮演了至关重要的作用,但也出现了很多冲磨破坏的情况,极大地影响排导槽安全功能及运行寿命。排导槽的冲刷磨蚀问题是泥石流减灾亟需解决的关键技术难题之一。针对排导槽工程中混凝土过流表面的冲磨破坏现象,本文通过向混凝土中复掺不同材料(纳米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纤维和引气剂)和涂抹聚脲保护层两种途径,提高混凝土的抗冲耐磨性能。为此,采取水下钢球法的磨蚀实验方法,研究两种混凝土试件的抗冲磨强度、磨损率、磨损系数和平均磨蚀深度等参数指标,综合比较其抗冲耐磨性能。结果表明,两者都能提高混凝土的抗冲耐磨性,聚脲的抗冲磨强度比复掺材料混凝土提高了约5~18倍,磨损率和磨损系数均降低约78%~98%,平均磨蚀深度减小了一个数量级,并且弹性聚脲抗冲磨性能远大于刚性聚脲。分析其抗冲磨机制,认为复掺材料主要通过增加集料与水泥石的接触面积、改善混凝土内微结构、增强黏结性等来增强抗冲耐磨性能。聚脲材料则依靠自身大量氢键的断裂-新生循环、强活动性链段的松弛型变、以及自由基团氧化反应的胶黏层显著提高耐磨性。因此,建议在泥石流排导槽磨损修复加固措施中,优先考虑涂抹聚脲保护层来延长排导槽的使用寿命。

闸室墙混凝土的耐撞磨试验

参照洛杉矶磨耗法进行闸室墙混凝土耐撞磨性能的测定和评价。进行了闸室墙混凝土耐撞磨性能、抗冲击性能和抗冲磨性能的研究,得到混凝土撞磨质量损失率和抗压强度的关系曲线。试验结果表明:参照洛杉矶磨耗法测定和评价混凝土的耐撞磨性能科学合理,经济实用;混凝土的耐撞磨性能和抗冲击性能、抗冲磨性能具有较好的一致性;抗压强度越大,混凝土耐撞磨性能越好,可以通过混凝土抗压强度推算其撞磨质量损失率,为船闸混凝土耐撞磨性能的预测提供了参考依据。

同强度等级下粉煤灰掺量对抗冲磨混凝土性能的影响

为了研究粉煤灰掺量对抗冲磨混凝土性能的影响,使用4种掺量粉煤灰配合比(20%、30%、40%、50%),通过水下钢球法、高速水下钢球法、旋转射流法、抗空蚀试验、温度-应力法,对抗冲磨混凝土的性能进行试验研究。结果表明,同强度等级设计时,增加粉煤灰掺量,早龄期混凝土的抗压强度无明显降低,轴拉强度略降,弹模明显降低,这对早期抗裂有利;随着龄期增加,粉煤灰掺量高的混凝土后期强度增幅明显;粉煤灰掺量增加后,混凝土表面抗悬移质冲刷强度降低,但抗推移质冲磨强度未见明显下降或提高;抗空蚀强度整体上随掺量增加而提高;粉煤灰可以明显改善混凝土的抗裂性能,以90 d为设计龄期时,最佳掺量为40%。

水性环氧砂浆抗冲磨特性研究

水性环氧砂浆在水工建筑领域得到了越来越多的关注和应用,其物理力学特性尤其是抗冲磨特性是决定是否应用于排沙隧洞、溢流坝面等泄水建筑物的关键因素。针对水性环氧砂浆的抗冲磨性能,采用高速水下钢球冲磨仪模拟推移质对水性环氧砂浆的抗冲磨破坏,分析在不同转速、不同级配冲磨钢球下砂浆的抗冲磨特性,探索了适合于水性环氧砂浆的水下钢球法试验参数,提出了水性环氧砂浆抗冲磨寿命预测方法。

橡胶集料对混凝土抗冲磨性能的增强机理研究

橡胶颗粒作为集料掺入普通水泥混凝土中,使其单轴抗压强度近似直线下降,但抗冲磨强度大幅提升,其冲磨损伤机理与普通混凝土有较大不同。通过以C30强度等级的普通混凝土为对比组,并保持其他材料用量不变,仅将3 mm^5 mm粒径橡胶颗粒以等体积取代方式部分替代细骨料(砂),采用水下钢球法,研究不同掺量的橡胶集料对混凝土抗冲磨强度的影响规律,以及内在作用机理。试验结果表明:与普通混凝土相比,橡胶集料混凝土单轴抗压强度和弹性模量较低,而抗冲磨强度较高;随着橡胶集料掺量的增大,单轴抗压强度和弹性模量持续减小,而抗冲磨强度不断提高。橡胶集料与砂相比,弹性大,有效缓解了混凝土内部由水泥水化引起的温度和体积膨胀等应力集中,减少了初始裂缝;在高速水流带动钢球冲磨下,橡胶集料起到保护水泥石、延长磨耗时长,在相同冲磨时间内,减少了混凝土被磨损的质量,因而大幅改善混凝土的抗冲磨强度。

水工高性能抗冲耐磨混凝土试验研究

为了考察高性能抗冲耐磨混凝土在泄水建筑物高速水流挟带的泥沙和碎石作用下的抗推移质冲磨情况,对DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》中的水下钢球抗冲磨试验方法（水下钢球法）的两个试验参数（冲磨介质钢球的形貌,钢球的级配及数量）进行改进,建立了高速水下钢球抗冲磨试验新方法。对比了磨损速度和抗冲磨强度及集料最大粒径等因素对新方法冲磨效果的影响。试验结果表明,与标准方法相比,改进后混凝土抗冲磨试验方法,使混凝土磨损率提高一倍、抗冲磨强度减少一半,磨损后试件表面严重磨损,平均磨损深度从2∽4 mm增加到10~35 mm,磨损效果显著提高;同时提出抗冲耐磨混凝土最佳最大粒径Dmax=10 mm。