磨粒形态对水工抗冲磨混凝土磨损程度的影响

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发布时间：2021-10-09

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磨粒形态是水工混凝土的磨损程度的重要影响因素之一，为了更好的评价抗冲磨混凝土的使用寿命，需建立磨粒形态与混凝土
磨损程度之间的关系。通过改进水下钢球法试验，研究了在 1．7-2．4m／s流速下，玄武岩石料对抗冲磨硅粉混凝土磨损率的变化过程。同时
采用图像采集方法获得石料的形状系数以衡量磨粒形态对混凝土磨损程度的影响。试验结果表明：水流流速越大，磨粒外形越尖锐，则混
凝土的磨损率越大，且磨粒形态与混凝土磨损率之间呈现幂函数关系。
关键词：磨粒形态；抗冲磨混凝土；磨损率
中图分类号： TU528．041 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)04—0077—03
Study on the influence of form factor of abrasion particles on concrete
GAO Xin-xin，CAIYue—bo，DING ]ian—tong
(NanjingHydraulicResearchInstitute，NanjingR&DHighTechnologyCompany，Sanjing210029，China)
Abstract ： The form factor ofabrasion particles is one ofthe m ost impo~ant Influencing factors ofabrasion resistance ofconcrete．In order to evaluate the serves life ofconerete，a relationship about the form factor ofabrasion particles and the wear degree Ofabrasion resistance ofconcrete
should be established．W ear process ofbasalt on concrete was stu died under the flow velocity form 1．7 m／s to 2．4 m／s by a improved un der water
m~hod test equipment．M eanwhile，an image acquisition m ethod was used to get the form factor ofbasalt to measure the influence ofform factor
ofbasalt 0nweardegree ofconcrete．The result shows：the abrasion rate ofconcreteishigherwhentheflow velocity isfast~ andtheparticleform
is sharper，and there is an exponential fimction relationship between particle form s an d abrasion rate．
KeyW Ords： fo rm factor；abrasion resistan ce ofconcrete：abrasion rate
0 引言
我国的江河以含砂量高而著称于世。这些砂石常导致水工
建筑物表面混凝土出现大面积脱落，造成水工建筑物的功能性
损伤，引起经济上的巨大损失_l1。水工混凝土的磨损破坏研究结
果认为影响混凝土磨损程度的几个主要因素依次为磨粒形状、
磨粒的矿物成分、水流含砂量、水流速度、磨粒粒径、磨损时间
和河道形状。但是，除了磨粒的形态这一影响因素以外，关于研
究含砂量、水流速度、磨损时间等因素与混凝土磨损程度之间
的关系的结论已经较为多见。葛洲坝工程t2]、长江科学院嘲均有
相关研究结果。
此在摩擦学领域内，磨粒的形态是影响材料磨损率的重要
因素。一般认为，尖角粒子导致被磨损材料产生更大的磨损率[41。
根据 Swansonp~的试验发现，随着磨粒的尖锐度改变，被磨损材
料的磨损率可以相差 lO倍或更高。根据章磊等人的研究，硬质
颗粒的形状直接影响冲击与切削的效果。
虽然对于磨粒形态对于材料磨损程度的影响已有部分研
究结果，但是关于磨粒形态对于混凝土磨损程度的影响研究则
较为少见，以上所述的研究结论仅限于金属材料或者有机材料
领域，在水工混凝土领域仍然较少。事实上，在实际水利工程中
已有部分发现：当河流泥砂硬度大，表面又多棱角时，砂石对混
凝土的磨损就会更大。因此，对于水工混凝土受到不同形状磨粒
收稿日期：201l_10-30
摩擦时，磨粒形态与混凝土磨损程度之间关系的研究具有非常
重要的必要性。通过研究两者之间的关系，才能更好的推测混凝
土的磨损程度。
本文通过一系列试验，探求磨粒形态对混凝土磨损程度的
影响。
1 试验材料与试验方法
1．1 试验原材料
本次试验采用硅粉混凝土，水泥为海螺 P·042．5级水泥，粗、
细骨料分别采用石灰岩和河砂，混凝±配合比具髂数见表 l。
表 1 混凝土配合比及抗压强度
配合比．。。水泥硅粉砂率减水剂坍落度抗压强度／Ⅻ Pa
编号水灰比／(kg／m，) ／％ FDN／％／cm — — —
S1 0．35 357 7 34 0．4 4 40．1 54．6
1．2 试验方法
试验以DL／T 5150--2001《水工混凝土试验规程》混凝土抗
冲磨试验(水下钢球法)为基础，通过更换试验机的电机，使得
电机转速提高至 1 800 r／min以获得更高的水流速度。同时采用
毕托管试验测定不同电机转速对应的水流速度，测试结果如表2
所示。试验采用 28 d的混凝土试件为研究对象。
采用天然玄武岩作为磨料。组 1每 24 h更换一批次新的石
料，以保证试验的全部过程所采用的磨料都是棱角较为分明的