一种自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机及其试验方法与流程

本发明涉及混凝土试验装置技术领域，尤其涉及一种自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机及其试验方法。主要用于混凝土表面抗风沙吹蚀能力测试。

背景技术：

风沙吹蚀是指挟沙风对地表建筑以及地貌的冲蚀磨损作用，在风沙流地区混凝土受风沙吹蚀损伤破坏主要有物理影响和化学影响两方面，物理影响主要是在大风作用下地表沙粒、小石子等被卷起，直接对混凝土表面进行撞击，从而引起混凝土表面损伤破坏；化学影响主要是包括在大风环境下空气中CO₂对混凝土的碳化作用加剧和强风挟带盐碱尘粒对混凝土侵蚀作用加剧。这其中物理影响对混凝土的损伤破坏更为直观，由于受到风沙吹蚀影响，混凝土表面极易产生大量坑洞、裂纹，从而严重影响混凝土服役耐久性，缩短混凝土使用寿命。

传统研究混凝土抗冲磨性能的方法有圆环法、水下钢球法和风沙枪法，但均存在一定局限性，圆环法和水下钢球法不能准确模拟混凝土在风沙吹蚀(固气两相流)作用下表面破坏过程，其次风沙枪法虽然能够模拟风沙吹蚀，但由于其粉尘污染较大至今没有大范围推广使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机及其试验方法，针对固气两相流（风沙吹蚀）作用下的混凝土表面的吹蚀破坏进行研究。该装置可模拟在干旱大风地区风沙吹蚀作用下，混凝土表面受到固气两相流持续影响下的破坏过程。本试验装置配套相应的除尘排气水箱，能够显著减少粉尘污染，同时配套的混凝土夹具支座能够满足(0~90d°)间隔5°角度的吹蚀作用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机，最少包括一个风沙吹蚀装置和对混凝土风沙吹蚀过程进行观测的高速摄影机；所述风沙吹蚀装置至少包括一个吹蚀管和一个吹蚀室，所述吹蚀室为一个透明可封闭空间，所述吹蚀室内设置有固定混凝土且可调节吹蚀攻角的混凝土夹具支座和测量吹蚀到混凝土表面实际风速的热敏风速仪，所述吹蚀室外连吹蚀管，所述吹蚀管外连进气管和流沙管；所述高速摄影机的镜头对准吹蚀室。

作为对上述技术方案的改进，所述吹蚀管上设置有吹蚀总阀。吹蚀室为1000mm×1000mm×1000mm透明可封闭空间，其内部包括热敏风速仪、混凝土夹具支座，利用热敏风速仪测量吹蚀到混凝土表面的实际风速，混凝土夹具支座可调节吹蚀攻角(0~90°间隔5°角度)。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机至少还包括一个气源装置，所述气源装置至少包括一个提供高速气流的空气压缩机，所述空气压缩机通过进气管与吹蚀管相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述进气管上设置有进气阀和控制气流稳定气流压力的稳压阀，所述进气阀在靠近空气压缩机的近端，所述稳压阀在空气压缩机的远端。空气压缩机提供高速气流，借助稳压阀稳定气流压力，从而产生持续稳定气流(7~40m/s)，能够模拟七级强风到十二级飓风。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机至少还包括一个沙源装置，所述沙源装置包括储存风积沙的集沙箱和流沙管，所述流沙管一端与集沙箱相连通，一端与吹蚀管相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述流沙管上设置有流沙阀。集沙箱储存风积沙，流沙阀配有不同数量的流沙孔，借助流沙孔获得不同下沙率（30~360g/min），从而改变风沙流的挟沙量。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机还包括一个沙粒回收装置，所述沙粒回收装置包括沙料回收箱和与沙料回收箱相连通的排沙管，所述排沙管在底部与吹蚀室相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机还包括一个除尘装置，所述除尘装置包括水箱和与水箱连通的排气管，所述排气管在顶部与吹蚀室相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述混凝土夹具支座包括底座和支承座；所述支承座上铰接有用于固定混凝土的仓体，所述仓体的底部为角度盘，所述角度盘的圆周设置有角度固定孔，所述支承座相对应设置有角度固定销；所述底座设置有位移滑道，所述位移滑道设置有支座固定螺栓，所述底座的端部设置有位移把手。

作为对上述技术方案的改进，所述仓体的上部为混凝土放置槽，所述混凝土通过两端的混凝土前支撑、混凝土后支撑固定连接在混凝土放置槽的中心位置。

混凝土夹具支座的调节方法为：第一，将混凝土试块（100mm×100mm×100mm）、混凝土前支撑和混凝土后支撑置于混凝土放置槽内（若混凝土试块尺寸100mm×100mm×400mm，则无需混凝土前支撑和后支撑）；第二，调节角度盘，将角度固定孔与角度固定销位置对准后，将固定销插入固定孔中，固定角度；第三，利用位移把手，前后滑动调节混凝土夹具支座距离风沙喷头位置，固定位置后拧紧支座固定螺栓，前后位置固定。

本发明并提供了一种利用上述装置进行风沙吹蚀试验的方法，该方法的步骤为：

S1、将混凝土固定于吹蚀室中混凝土夹具支座上，调整到设计吹蚀攻角，关闭吹蚀室窗口；

S2、启动空气压缩机，打开进气阀，调节稳压阀；

S3、将风积沙置于集沙箱，打开流沙阀，调整流沙孔数量达到设计挟沙量；

S4、调整吹蚀管位置，调节打开吹蚀装置的吹蚀总阀，进行风沙吹蚀混凝土试验；利用高速摄影机对混凝土风沙吹蚀过程进行观测；

S5、借助热敏风速仪测定实际风速，从而达到试验设计风速，进行混凝土风沙吹蚀试验，试验过程中气流由排气管进入水箱中，进行除尘去燥；

S6、试验结束后，打开排沙管，将风积沙清理至沙粒回收箱。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机，针对固气两相流（风沙吹蚀）作用下的混凝土表面的吹蚀破坏进行研究。该装置可模拟在干旱大风地区风沙吹蚀作用下，混凝土表面受到固气两相流持续影响下的破坏过程。本试验装置配套相应的除尘排气水箱，能够显著减少粉尘污染，同时配套的混凝土夹具支座能够满足(0~90d°)间隔5°角度的吹蚀作用。

本试验机利用自制的混凝土风沙吹蚀试验装置，模拟中国西北干旱大风地区实际风沙环境，对混凝土进行风沙吹蚀试验，该试验装置参数可控性强，周期短，精度高，操作简单便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为混凝土夹具支座的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明的自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机，最少包括一个风沙吹蚀装置和对混凝土风沙吹蚀过程进行观测的高速摄影机；所述风沙吹蚀装置至少包括一个吹蚀管11和一个吹蚀室10，所述吹蚀室10为一个透明可封闭空间，所述吹蚀室10内设置有固定混凝土且可调节吹蚀攻角的混凝土夹具支座和测量吹蚀到混凝土表面实际风速的热敏风速仪22，所述吹蚀室10外连吹蚀管11，所述吹蚀管11外连进气管14和流沙管15；所述高速摄影机的镜头对准吹蚀室。

作为对上述技术方案的改进，所述吹蚀管11上设置有吹蚀总阀12。吹蚀室10为1000mm×1000mm×1000mm透明可封闭空间，其内部包括热敏风速仪、混凝土夹具支座，利用热敏风速仪22测量吹蚀到混凝土表面的实际风速，混凝土夹具支座可调节吹蚀攻角(0~90°)。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机至少还包括一个气源装置，所述气源装置至少包括一个提供高速气流的空气压缩机13，所述空气压缩机13通过进气管14与吹蚀管11相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述进气管14上设置有进气阀16和控制气流稳定气流压力的稳压阀17，所述进气阀16在靠近空气压缩机13的近端，所述稳压阀17在空气压缩机13的远端。空气压缩机13提供高速气流，借助稳压阀17稳定气流压力，从而产生持续稳定气流(7~40m/s)，能够模拟七级强风到十二级飓风。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机至少还包括一个沙源装置，所述沙源装置包括储存风积沙的集沙箱18和流沙管15，所述流沙管15一端与集沙箱18相连通，一端与吹蚀管11相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述流沙管15上设置有流沙阀19。集沙箱18储存风积沙，流沙阀19配有不同数量的流沙孔，借助流沙孔获得不同下沙率（30~360g/min），从而改变风沙流的挟沙量。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机还包括一个沙粒回收装置，所述沙粒回收装置包括沙料回收箱20和与沙料回收箱20相连通的排沙管，所述排沙管在底部与吹蚀室10相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机还包括一个除尘装置，所述除尘装置包括水箱21和与水箱21连通的排气管，所述排气管在顶部与吹蚀室10相连通。

如图2所示，作为对上述技术方案的改进，所述混凝土夹具支座包括底座和支承座；所述支承座上铰接有用于固定混凝土的仓体，所述仓体的底部为角度盘5，所述角度盘5的圆周设置有角度固定孔6，所述支承座相对应设置有角度固定销7；所述底座设置有位移滑道，所述位移滑道设置有支座固定螺栓9，所述底座的端部设置有位移把手8。

作为对上述技术方案的改进，所述仓体的上部为混凝土放置槽4，所述混凝土1通过两端的混凝土前支撑2、混凝土后支撑3固定连接在混凝土放置槽4的中心位置。

混凝土夹具支座的调节方法为：第一，将混凝土试块（100mm×100mm×100mm）、混凝土前支撑2和混凝土后支撑3置于混凝土放置槽4内（若混凝土试块尺寸100mm×100mm×400mm，则无需混凝土前支撑和后支撑）；第二，调节角度盘5，将角度固定孔6与角度固定销7位置对准后，将固定销7插入固定孔中，固定角度；第三，利用位移把8手，前后滑动调节混凝土夹具支座距离风沙喷头位置，固定位置后拧紧支座固定螺栓9，前后位置固定。

本发明并提供了一种利用上述装置进行风沙吹蚀试验的方法，该方法的步骤为：

S1、将混凝土固定于吹蚀室中混凝土夹具支座上，调整到设计吹蚀攻角，关闭吹蚀室窗口；

S2、启动空气压缩机，打开进气阀，调节稳压阀；

S3、将风积沙置于集沙箱，打开流沙阀，调整流沙孔数量达到设计挟沙量；

S4、调整吹蚀管位置，调节打开吹蚀装置的吹蚀总阀，进行风沙吹蚀混凝土试验；利用高速摄影机对混凝土风沙吹蚀过程进行观测；

S5、借助热敏风速仪测定实际风速，从而达到试验设计风速，进行混凝土风沙吹蚀试验，试验过程中气流由排气管进入水箱中，进行除尘去燥；

S6、试验结束后，打开排沙管，将风积沙清理至沙粒回收箱。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的自动无粉尘混凝土风沙吹蚀试验机，针对固气两相流（风沙吹蚀）作用下的混凝土表面的吹蚀破坏进行研究。该装置可模拟在干旱大风地区风沙吹蚀作用下，混凝土表面受到固气两相流持续影响下的破坏过程。本试验装置配套相应的除尘排气水箱，能够显著减少粉尘污染，同时配套的的混凝土夹具支座能够满足(0~90d°)间隔5°角度的吹蚀作用。

本试验机利用自制的混凝土风沙吹蚀试验装置，模拟中国西北干旱大风地区实际风沙环境，对混凝土进行风沙吹蚀试验，该试验装置参数可控性强，周期短，精度高，操作简单便捷。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。