混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置的制作方法

本实用新型涉及混凝土试验技术领域，特别是涉及一种混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置。

背景技术：

流凌指的是在河流封冻前，冰块和河水一起流动的现象。我国内蒙古地区的黄河或其他地区的江河在冬季的封河期和春季的开河期都易发生凌汛黄河下游流凌期一般为10天，最短年份只有1天，最长的年份可达60天，河道会出现大量的冰块。冰块随着水流的运动会以一定的速度撞击到水工建筑物，这种动态荷载的不可预知性，势必会影响水工建筑物的安全性，降低水工建筑物的使用寿命。因此为了保证严寒区水利工程的服役性能和使用寿命，需要对混凝土抗冰水冲蚀性能进行测试和评估。

现阶段针对混凝土抗冰水冲蚀试验装置，由于缺少统一的试验标准，许多研究学者采用自制的混凝土抗冰水冲蚀性能的试验机，对试样的形状、尺寸不统一，缺少可比性；第二，模拟了冰水与混凝土试块撞击的过程，但忽略了温度对试验过程的影响，难以保证冰水的可控性；第三，现阶段的试验装置只是模拟了河道的不同紊流流速的冰水冲蚀，忽略了副流流速，没有全面模拟河流的冰水速率；第四，试验操作复杂，试样体积要求过大，室内试验不易制作和安装，并且耗时长，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，更加真实地模拟寒冷地区江河凌汛环境，对混凝土进行高速流动冰水冲蚀试验，准确测试混凝土抗冰水冲蚀性能。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置，包括底板、试验槽、试块固定支座、保温盖和温度测量器，所述底板上设置有水泵和低温恒温水浴；所述试验槽包括保温槽体、外槽体和内槽体，所述保温槽体、所述外槽体和所述内槽体均固定设置于所述底板上，所述外槽体套设置于所述保温槽体内，所述内槽体套设于所述外槽体内，所诉保温槽体和所述外槽体之间形成冷却液循环夹层，所述外槽体和所述内槽体之间形成环形冲蚀水腔，所述内槽体侧壁上开设有过水缺口，所述过水缺口上覆有第一滤冰网，所述过水缺口两侧的所述内槽体侧壁上密封滑动连接有一水位调整板，调整所述水位调整板的高度能够调节所述环形冲蚀水腔内的水位高度；所述外槽体上设有进水口，所述内槽体底部设有出水口，所述出水口上覆有第二滤冰网，所述出水口通过第一管路与所述水泵连接，所述水泵和所述进水口通过第二管路连接，所述低温恒温水浴通过第三管路与所述冷却液循环夹层连接；所述试块固定支座固定设置于所述环形冲蚀水腔的底部并用于固定混凝土试块；所述保温盖设置于所述试验槽顶部并能够封闭所述试验槽；所述温度测量器包括第一温度探头、第二温度探头和温度显示器，所述第一温度探头用于测量所述环形冲蚀水腔内的水温，所述第二温度探头用于测量水面以上的空气温度，所述温度显示器与所述第一温度探头和所述第二温度探头连接并用于显示所述第一温度探头和所述第二温度探头所测量的温度。

优选的，所述外槽体的侧壁上设置有一放水管，所述放水管与所述环形冲蚀水腔内部连通，所述放水管上设置有放水阀门。

优选的，所述保温槽体、所述外槽体和所述内槽体均为腰型槽体，从而使所述环形冲蚀水腔包括依次首尾相接的第一矩形腔体、第一环形腔体、第二矩形腔体和第二环形腔体，所述过水缺口设置于所述第二环形腔体的所述内槽体侧壁上，所述试块固定支座包括紊流试块固定支座和副流试块固定支座，所述第一矩形腔体和所述第二矩形腔体的底部均设置有多个所述紊流试块固定支座，所述第一环形腔体的底部设置有一个所述副流试块固定支座，所述第一环形腔体和所述第二环形腔体的所述外槽体侧壁上均设置有一个所述进水口，各所述进水口均通过一个第二管路与一个所述水泵连接；所述第二环形腔体上的进水口与所述第一矩形腔体内的所述紊流试块固定支座共线设置，所述第一环形腔体上的进水口与所述第二矩形腔体内的所述紊流试块固定支座共线设置。

优选的，所述底板上开设有多个吊装孔，所述底板上安装有多个滚轮，所述保温槽体为钢槽体，所述保温槽体外侧壁上覆有硅酸铝陶瓷纤维保温棉毡层。

优选的，所述保温盖包括中轴、半长圆环外围盖和半长圆形保温透视窗，所述半长圆环外围盖和所述半长圆形保温透视窗均设置有两个，所述中轴的两端固定连接于所述保温槽体的侧壁上，两个所述半长圆环外围盖均通过合页连接于所述中轴上，每个所述半长圆环外围盖内均固定连接有一个所述半长圆形保温透视窗，且所述半长圆环外围盖能够带动所述半长圆形保温透视窗绕所述中轴转动。

优选的，所述内槽体侧壁上在所述过水缺口的两侧各设置有一个滑动槽体，两所述滑动槽体之间设置有所述水位调整板，所述水位调整板通过所述滑动槽体密封滑动连接于所述过水缺口的两侧的所述内槽体侧壁上。

优选的，所述滑动槽体竖直设置，所述滑动槽体包括第一竖板和第二竖板，所述第一竖板一侧与所述内槽体的内侧壁连接，所述第一竖板的另一侧与所述第二竖板连接，所述第二竖板与所述第一竖板呈锐角夹角，所述水位调整板被所述第二竖板压紧并紧密贴合于所述内槽体的内侧壁上。

优选的，每个所述半长圆环外围盖上表面上均固定连接有一把手，所述第一温度探头设置于所述外槽体的内壁下端，所述第二温度探头设置于所述外槽体的内壁上端。

优选的，各所述试块固定支座均包括固定底座和两个固定角钢支撑，各所述固定角钢支撑均固定连接于所述固定底座上，所述固定底座固定连接于所述环形冲蚀水腔的底部，一个所述固定角钢支撑上穿设有一螺母，所述螺母内螺纹连接有一顶压螺栓。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置，外槽体侧壁的高度大于内槽体侧壁的高度，外槽体侧壁的高度大于混凝土试块的高度，将混凝土试块固定于环形冲蚀水腔内，并且由出水口、第一管道、水泵、第二管道和进水口使环形冲蚀水腔内的水流循环流动，通过调节水泵的扬程能够调节环形冲蚀水腔内的水流流速，即调节冲蚀混凝土试块的水流流速，通过调节低温恒温水浴的制冷温度能够调节冲蚀混凝土试块的水流的温度，而且通过第一温度探头和第二温度探头可同时保证冲蚀的水流的温度以及水面以上的大气的温度与模拟地区的温度的一致，更加真实地还原了模拟地区凌汛时的温度；试验时，使水面高度低于混凝土试块的高度，能够保证冰块有效冲击作用于混凝土试块上，将混凝土试块固定，带有冰块的水流可维持稳定的速度冲蚀混凝土试块，水流速不受时间的影响，冲蚀混凝土试件的水流流速控制精度高，更加符合真实条件下冰水冲蚀试块的情况。本实用新型中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置能够定量的测试不同冰水含量、不同冲蚀速率、不同温度下的冰水冲蚀试验，该试验装置参数可控性强，精度高，试验效率高，节省劳动力，降低试验人员的劳动强度，同时减少试验场地的限制，便于室内进行试验，从而能够更加真实地模拟寒冷地区江河凌汛环境，对混凝土进行高速流动冰水冲蚀试验，准确测试混凝土抗冰水冲蚀性能。由于冰冻也会对混凝土造成伤害，应用本实用新型中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置进行混凝土抗冰水冲蚀性能试验时，对混凝土试块进行冻融试验后再对混凝土试块进行冰水冲蚀，更加真实地模拟现实环境，提高了测试结果的准确度；冻融试验的温度、循环次数和时间可以根据模拟地区的气候进行相应设置。第一滤冰网和第二滤冰网能够保证冰块不会随水流循环进入水泵损坏设备。

进一步的，本实用新型提供的评价混凝土抗冰水冲蚀性能的试验装置，为凌汛期间混凝土在实际工程破坏程度提供了有效的数据支持。通过低温恒温水浴和冷却液循环夹层可以模拟凌汛期间冰水维持在0℃的冲侵时长；环形冲蚀水腔包括依次首尾相接的第一矩形腔体、第一环形腔体、第二矩形腔体和第二环形腔体，第一矩形腔体和第二矩形腔体内的紊流试块固定支座用于测试紊流对混凝土的冰水冲蚀损伤，第一环形腔体和第二环形腔体内的副流试块固定支座用于测试副流对混凝土的冰水冲蚀损伤，可以更加全面的模拟河道中的紊流和副流，更加接近实际工程的抗冰水冲蚀性能；本实用新型简单合理，便于生成和操作，能够进行模拟不同类型的流速进行冰水冲蚀试验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置的轴测图；

图2为本实用新型提供的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置的俯视图；

图3为本实用新型提供的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置的底部的结构示意图；

图4为本实用新型提供的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置的水位调整挡板的结构示意图；

图5为本实用新型提供的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置的试件固定支座的结构示意图。

图中：1-保温层；2-半长圆环外围盖；3-把手；4-半长圆形保温透视窗；5-中轴；6-温度显示器；7-放水管；8-放水管阀门；9-底板；10-水泵；11-低温恒温水浴；12-滚轮；13-吊装孔；14-保温盖；15-第二温度探头；16-进水口；17-过水缺口；18-第一滤冰网；19-水位调整挡板；20-出水口；21-第二滤冰网；22-内槽体；23-外槽体；24-试块固定支座；25-放水口；26-冷却液循环夹层；27-环形冲蚀水腔；28-滑动槽体；29-固定角钢支撑；30-螺母；31-顶压螺栓；32-第一管路；33-第二管路；34-第三管路；35-固定底座；36-混凝土试块；37-保温槽体；38-第一矩形腔体；39-第一环形腔体；40-第二矩形腔体；41-第二环形腔体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，更加真实地模拟寒冷地区江河凌汛环境，对混凝土进行高速流动冰水冲蚀试验，准确测试混凝土抗冰水冲蚀性能。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置，于本实用新型一具体的实施例中，如图1～3所示，该混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置包括底板9、试验槽、试块固定支座24、保温盖14和温度测量器，底板9上设置有水泵10和低温恒温水浴11；试验槽包括保温槽体37、外槽体23和内槽体22，保温槽体37、外槽体23和内槽体22均固定设置于底板9上，外槽体23套设置于保温槽体37内，内槽体22设置于外槽体23内部，保温槽体37和外槽体23之间形成冷却液循环夹层26，外槽体23和内槽体22之间形成环形冲蚀水腔27，内槽体22侧壁上开设有过水缺口17，过水缺口17上覆有第一滤冰网18，过水缺口17两侧的内槽体22侧壁上密封滑动连接有一水位调整板19，调整水位调整板19的高度能够调节环形冲蚀水腔27内的水位高度；外槽体23侧壁上设有进水口16，内槽体22底部设有出水口20，出水口20上覆有第二滤冰网21，出水口20通过第一管路32与水泵10连接，水泵10和进水口16通过第二管路33连接，低温恒温水浴11通过第三管路34与冷却液循环夹层26连接，试块固定支座24固定设置于环形冲蚀水腔27的底部并用于固定混凝土试块36；保温盖14设置于试验槽顶部并能够封闭试验槽；温度测量器包括第一温度探头、第二温度探头15和温度显示器6，温度显示器6为数显电子温度计，第一温度探头用于测量环形冲蚀水腔27内的水温，第二温度探头15用于测量水面以上的空气温度，温度显示器6与第一温度探头和第二温度探头15连接并能够同时显示第一温度探头和第二温度探头15所测量的温度。

使用上述实施例中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置测试混凝土抗冰水冲蚀性能的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：对混凝土试块36进行冻融试验：混凝土试块28在24天龄期后放入15-20度的水中浸泡4天后取出，用湿布擦除混凝土试块28表面水分称重记录混凝土试块28质量M1，并测定混凝土试块36动弹性模量f1，对混凝土试块36进行超景深三维扫描得到图像T1，然后对混凝土试块36进行冻融；

步骤二：冻融试验完毕后，将混凝土试块36固定于试块固定支座24上，将水位调整挡板19移动至需要的高度，向环形冲蚀水腔27中注水，直至水位高过水位调整挡板19，水经第一滤冰网18过滤后流入内槽体22内；

步骤三，启动水泵10和低温恒温水浴11，向冷却液循环夹层26内通入冷却液，使用低温恒温水浴11对冷却液持续制冷以使环形冲蚀水腔27中的水保持稳定的低温状态；内槽体22内的水由第二滤冰网21过滤后依次经所属出水口20、第一管道32、水泵10、第二管道33和进水口16流入至环形冲蚀水腔27内形成循环水流；冷却液循环夹层26内的冷却液通过第三管路34连接低温恒温水浴11循环流动制冷。

步骤四：闭合保温盖14，待水流匀速后，通过第一温度探头测量环形冲蚀水腔27内的水温，通过第二温度探头15测量水面上的空气温度，待环形冲蚀水腔27内的水温以及水面上的空气温度达到试验要求的温度后，打开保温盖14，向环形冲蚀水腔27内加入预先制好的冰块后关闭保温盖14，冰块随水流流动，冲蚀混凝土试块36；

步骤五：达到冲蚀时间后，关闭水泵10和低温恒温水浴11，结束冲蚀试验，取出混凝土试块36，用湿布擦除混凝土试块36表面水分称重记录混凝土试块36重量M2，并测定混凝土试块28的动弹性模量f2，对混凝土试块36再次进行超景深三维扫描得到图像T2；

步骤六：试验数据处理：质量损失率△W＝(M1－M2)/M1×100％，相对动弹性模量P＝f2²/f1²×100％，根据相对动弹性模量P分析试块损伤情况，对比冲蚀试验前后的超景深图像T1和T2，观察外部损伤情况，质量损失率△W越小、相对动弹性模量P越小，外部损伤越小的混凝土试块36抗冰水冲蚀的性能越好。

本实用新型中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置，水泵10采用变频水泵，可以改变冲刷速率，进行不同冲刷速率下的冰水冲蚀实验；低温恒温水浴11可以调整制冷温度并保持恒温，最低可以将冷却液循环夹层26内的冷却液温度降到零下30度，为在环形冲蚀水槽内进行的不同温度下的冰水冲蚀试验提供了温度保障。外槽体23侧壁的高度大于内槽体22侧壁的高度，外槽体23侧壁的高度大于混凝土试块36的高度，将混凝土试块36固定于环形冲蚀水腔27内，并且由出水口20、第一管道32、水泵10、第二管道33和进水口16使环形冲蚀水腔27内的水流循环流动，通过调节水泵10的扬程能够调节环形冲蚀水腔27内的水流流速，即调节冲蚀混凝土试块36的水流流速，通过调节低温恒温水浴11的制冷温度能够调节冲蚀混凝土试块36的水流的温度，而且通过第一温度探头和第二温度探头15可同时保证冲蚀的水流的温度以及水面以上的大气的温度与模拟地区的温度的一致，更加真实地还原了模拟地区凌汛时的温度；试验时，使水面高度低于混凝土试块36的高度，能够保证冰块有效冲击作用于混凝土试块36上，将混凝土试块36固定，带有冰块的水流可维持稳定的速度冲蚀混凝土试块36，水流速不受时间的影响，冲蚀混凝土试件的水流流速控制精度高，更加符合真实条件下冰水冲蚀试块的情况。本实用新型中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验装置能够定量的测试不同冰水含量、不同冲蚀速率、不同温度下的冰水冲蚀试验，该试验装置参数可控性强，精度高，试验效率高，节省劳动力，降低试验人员的劳动强度，同时减少试验场地的限制，便于室内进行试验，从而能够更加真实地模拟寒冷地区江河凌汛环境，对混凝土进行高速流动冰水冲蚀试验，准确测试混凝土抗冰水冲蚀性能。由于冰冻也会对混凝土造成伤害，本实用新型中的混凝土抗冰水冲蚀性能试验方法，对混凝土试块36进行冻融试验后再对混凝土试块36进行冰水冲蚀，更加真实地模拟现实环境，提高了测试结果的准确度；冻融试验的温度、循环次数和时间可以根据模拟地区的气候进行相应设置。第一滤冰网18和第二滤冰网21能够保证冰块不会随水流循环进入水泵10损坏设备。本实用新型利用100mm*100mm*100mm和100mm*100mm*400mm标准试件进行试验，可与其它性能测试试验对比测评。

于本实用新型另一具体的实施例中，为了便于在冲蚀试验结束后放出环形冲蚀水腔27和内槽体22内水，外槽体23的侧壁的下端设置有放水口25，放水口25上连接有一放水管7，放水管7与环形冲蚀水腔27内部连通，放水管7上设置有放水阀门8。打开放水管阀门8，即可使环形冲蚀水腔27内的水经放水管7流出，并能调节放水速度。

保温槽体37、外槽体23和内槽体22均为腰型槽体，从而使环形冲蚀水腔27包括依次首尾相接的第一矩形腔体38、第一环形腔体39、第二矩形腔体40和第二环形腔体41，过水缺口17设置于第二环形腔体41的内槽体22侧壁上，试块固定支座24包括紊流试块固定支座和副流试块固定支座，第一矩形腔体38和第二矩形腔体40的底部均设置有多个紊流试块固定支座，第一环形腔体39的底部设置有一个副流试块固定支座，第一环形腔体39和第二环形腔体41的外槽体23侧壁上均设置有一个进水口26，各进水口26均通过一个第二管路33与一个水泵10连接。由于第一矩形腔体38和第二矩形腔体40内的水体流动状态符合冲刷混凝土的紊流状态，第一环形腔体38和第二环形腔体40的水体流动状态符合冲刷混凝土的副流状态，第一环形腔体38和第二环形腔体40内设置的紊流试块固定支座可用于测试紊流对混凝土试块36的冰水冲蚀损伤，第一环形腔体39和第二环形腔体41内设置的副流试块固定支座可用于测试副流对混凝土的冰水冲蚀损伤，可以更加全面的模拟河道中的紊流和副流，更加接近实际工程的抗冰水冲蚀性能；本实用新型简单合理，便于生成和操作，能够进行模拟不同类型的流速进行冰水冲蚀试验。

为了使冲蚀至混凝土试块28的水流流速稳定，于本实用新型另一具体的实施例中，第二环形腔体41上的进水口16与第一矩形腔体38内的紊流试块固定支座共线设置，第一环形腔体39上的进水口16与第二矩形腔体40内的紊流试块固定支座共线设置。

于本实用新型另一具体的实施例中，为了避免过水缺口处17水流速度不稳定，进水口16与过水缺口17错位设置，使进水口16不正对过水缺口17，底板9上开设有多个吊装孔13，底板9上安装有多个滚轮12。通过吊装孔13能够吊装移动试验装置，底板9上安装有多个滚轮12，能够实现便于推动试验装置，方便试验装置移动，减少场地限制。

保温槽体37为钢槽体，保温槽体37外侧壁上覆有硅酸铝陶瓷纤维保温棉毡层，且试验槽上设置有能够封闭试验槽的保温盖14，能够减少试验装置的温度流失。于本实用新型另一具体的实施例中，保温盖14包括中轴5、半长圆环外围盖2和半长圆形保温透视窗4，半长圆环外围盖2和半长圆形保温透视窗4均设置有两个，中轴5的两端固定连接于保温槽体37的侧壁上，两个半圆环2外围盖均通过合页连接于中轴5上，每个半长圆环外围盖2内均固定连接有一个半长圆形保温透视窗4，且半长圆环外围盖2能够带动半长圆形保温透视窗4绕中轴5转动。一个半长圆环外围盖2和一个半圆形保温透4视窗组合形成半圆形保温盖，两个半圆保温盖可以自由独立的打开闭合，开启半长圆环外围盖2即能够带动半长圆形保温透视窗4一同开启；半长圆形保温透视窗4为半圆形的双层真空保温玻璃透视窗，半长圆环外围盖2为钢板制作，半长圆环外围盖2能够保护易碎的双层真空保温玻璃透视窗不破碎。半长圆形保温透视窗4能够满足试验人员时时观察外槽体23和内槽体22内的试验情况的需求。半长圆形保温透视窗4通过中性硅酮密封胶固定在明半长圆环外围盖2内侧，中轴5外侧壁上粘贴有密封条，半长圆形保温透视窗4绕中轴5转动时，既不会影响半长圆形保温透视窗4的打开，也能保证与中轴5的密封性，减少温度流失。

于本实用新型另一具体的实施例中，如图4所示，内槽体22侧壁上在过水缺口17的两侧各设置有一个滑动槽体28，两滑动槽体26之间设置有水位调整板19，水位调整板19通过滑动槽体28密封滑动连接于过水缺口17的两侧的内槽体22侧壁上。

于本实用新型另一具体的实施例中，滑动槽体28为不锈钢材料制作，滑动槽体26竖直固定连接于内槽体22的内侧壁上，滑动槽体28包括第一竖板和第二竖板，第一竖板一侧与内槽体22的内侧壁连接，第一竖板的另一侧与第二竖板连接，第二竖板与第一竖板呈45度夹角，水位调整板19被第二竖板压紧并紧密贴合于内槽体22的内侧壁上，能够有效保证环形冲蚀水腔27内的水位高度。

于本实用新型另一具体的实施例中，为了便于开启半长圆环外围盖2，每个半长圆环外围盖2上表面上均固定连接有一把手3；为了便于测量水流温度，第一温度探头设置于外槽体23的内壁下端，为了便于测量水面以上的空气温度，第二温度探头15设置于外槽体23的内壁上端。

于本实用新型另一具体的实施例中，如图5所示，试块固定支座24包括固定底座35和两个固定角钢支撑29，各固定角钢支撑29均固定连接于固定底座35上，固定底座35固定连接于环形冲蚀水腔27的底部，一个固定角钢支撑29上穿设有一螺母30，螺母30内螺纹连接有一顶压螺栓31。固定混凝土试块28时，将混凝土试块28放在两个固定角钢支撑29之间，扭转顶压螺栓31顶住混凝土试块36，继续扭转顶压螺栓31直到混凝土试块36被固定。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。