[发明专利]在含砂水流下混凝土许可不冲刷流速的试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土抗冲磨性能检测方法领域，具体涉及一种在含砂水流下混凝土许可不冲刷流速的试验装置及方法。

背景技术

含砂高速水流对水工建筑物过流面混凝土的冲刷磨损和空蚀破坏，是水工泄流建筑物如溢流坝、泄洪洞(槽)、泄水闸等常见的病害。尤其是当流速较高且水流中又夹带着悬移质和推移质时，混凝土遭受的冲磨空蚀就更为严重。调查表明在已建大中型水电工程中有近70％存在冲磨空蚀破坏，水工建筑的冲磨破坏问题已不容忽视。为抵抗水工建筑物中常见的冲磨破坏，常常需要采用一些抗冲磨的材料。

目前，现行规范《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150-2001)中，混凝土抗冲磨试验的方法主要有三种：圆环法、水下钢球法、风砂枪法。三种方法中混凝土抗冲磨性能的评价指标皆为抗冲磨强度以及混凝土磨损率。然而对于抗冲磨材料来说，抗冲磨材料在高速水流下冲刷时能够承受到临界水流流速对于材料的使用更有实际意义。

原苏联学者高连宾在所著《水工建筑物护面的耐磨性》一书中对不同材料许可的不冲刷流速进行了定义。其中C40耐磨混凝土的不冲刷流速小于10m/s,C25耐磨混凝土不冲刷流速仅为4～6m s/。根据《水工隧洞设计规范》(SL279-2002)的规定，以大于16～20m/s的含砂水流为高流速水流。同时在我国的《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范中》(DL/T5207-2005)，也将抗磨蚀混凝土按照含沙量和流速划分混凝土等级。为了研究各类型混凝土抗冲磨性能，更好的了解混凝土建筑物在长期高速含沙水流下冲刷的耐久性能，须对抗冲磨材料的许可不冲刷流速进行检测。

但目前尚未有方法及设备对混凝土的许可不冲刷流速进行检测。本专利通过调整水压，研究并改进了一种新的试验设备和方法(以下简称水砂枪法)。用于检测含砂水流下混凝土的许可不冲刷流速。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：使用高压射流装置制造含砂水流，模拟水工建筑物混凝在低速含砂水流下冲磨而不受冲磨破坏的情况，并具有完善的试验方法用于测试混凝土的许可不冲刷流速。

本发明解决该技术问题的方法如下：

一种在含砂水流下混凝土许可不冲刷流速的试验装置，包括高压射流装置、加砂装置、安装在喷枪固定装置上的喷枪、试件支架，所述的高压射流装置通过高压水管连接喷枪，用于制造高速水流；所述的加砂装置通过进砂软管连接喷枪，用于向高速水流中掺入磨料砂，形成高速含砂水流；所述试件支架与喷枪相对设置，用于固定混凝土试件。

进一步地，所述的高压射流装置包括高压水泵，用于制造高速水流。

进一步地，所述的高压射流装置出水口处设置有水压表，所述的高压射流装置出水口处最大水压为2～10MPa。

进一步地，所述的加砂装置包括装砂容器和用于向进砂管内喷气的空气压缩机。

进一步地，所述的喷枪的喷嘴直径为1～4mm。

进一步地，所述的喷枪的喷嘴与混凝土试件表面的距离为20～40cm。

进一步地，所述的试件支架设置有角度调整装置，所述角度调整装置用于在0°～90°之间调整混凝土试件表面与喷枪的夹角。

一种基于所述试验装置的在含砂水流下混凝土许可不冲刷流速的试验方法，包括步骤：

a)准备磨料砂和待冲磨的混凝土试件，将待冲磨的混凝土试件提前进行饱水处理，取出饱水试件后，抹干试件表面至饱和面干状态，并称量质量G₁；

b)按预定冲角调整好试件支架，排放混凝土试件于试件支架上，调整喷枪位置至喷嘴对准混凝土试件正中间；

c)称量一定质量的磨料砂，倒入加砂装置中；

d)启动高压射流装置，调整水压至预定值，且试验过程中维持水压不变，启动加砂装置，待形成含砂水流后，开动秒表计时；

e)当砂全部打完时，关闭高压射流装置并停止秒表，记录冲磨历时T和磨料砂消耗量M；

f)取出混凝土试件，清洗混凝土试件表面，抹干表面，混凝土试件处于饱和面干状态时称量质量G₂，计算混凝土试件的损失质量为G₁-G₂；

g)计算G₁-G₂的大小，若G₁-G₂≤限值时，则认为该水压为该混凝土试件的不冲刷流速水压；若G₁-G₂>限值时，则应调小水压继续测量，反复试验多次直至得到该混凝土试件最大的不冲刷水压；