混凝土沖蝕磨損及防護材料試驗研究.pdf

1、 工 程 碩 士 學 位 論 文 混凝土沖蝕磨損及防護材料試驗研究 混凝土沖蝕磨損及防護材料試驗研究 Study on the erosion wear of concrete and protective material 作 者 姓 名： 居春常 工 程 領 域 ： 材料工程 學 號 ： 0611043 校 內(nèi) 導 師： 王彥平

2、 企 業(yè) 導 師： 高維倉 完 成 日 期： 2014.3 蘭 州 交 通 大 學 Lanzhou Jiaotong University 蘭州交通大學工程碩士學位論文 - I - 摘 要 沖蝕磨損是指液體或固體以松散的小顆粒按一定的速度或角度對材料表面進行沖擊所造成的一種材料損耗現(xiàn)象或過程，廣泛存在于機械、冶金、能源、建材、航空、航天等許多工

3、業(yè)部門,已成為材料破壞或設備失效的重要原因之一。蘭新鐵路第二雙線新疆段沿線穿越五大強風區(qū)，風區(qū)地段，風力強勁，風期長。當風速大于起沙風速時，橋梁墩身的迎風側(cè)便受到凈風壓和沙粒沖擊壓的復合作用， 從而造成橋梁墩身表面的水泥石剝落以及水泥石與骨料之間微裂紋的加速擴展， 這些損傷可能進一步加劇混凝土結(jié)構(gòu)的碳化、氯鹽侵害、凍融破壞等損傷，從而大大降低混凝土橋梁墩身的耐久性。因此，研究混凝土橋梁墩身的沖蝕磨損規(guī)律及沖蝕磨損防護材料， 對于強風沙流

4、地區(qū)混凝土橋梁在役期質(zhì)量的保障具有明顯的現(xiàn)實意義。 實驗采用氣流挾沙噴射法進行混凝土及其防護材料的沖蝕磨損實驗， 該方法可以比較真實地模擬實際戈壁風沙環(huán)境特征，相比風洞試驗，設備投資小，實驗成本低，而且實驗參數(shù)容易控制，設備操作簡單，因而是一種比較理想的模擬試驗方法。主要研究各種參數(shù)，如沖蝕速度、沖蝕時間、沖蝕角度和供沙速率等參數(shù)對試樣沖蝕磨損的影響，比較了混凝土與玻璃纖維環(huán)氧樹脂復合材料的沖蝕磨損規(guī)律， 并探討了兩種材料的沖蝕磨損機理

5、。最后使用 ANSYS-Dynamic 軟件對水泥石和環(huán)氧樹脂試樣的單顆粒沖蝕過程進行了簡單的模擬，證明材料在碰撞過程中出現(xiàn)的無規(guī)則振動加速了材料的沖蝕破壞。本文的實驗研究結(jié)果如下： （1）抗壓強度對混凝土、砂漿、水泥石三種材料的沖蝕率有一定的影響，但并非決定性因素，材料的沖蝕率與材料的結(jié)構(gòu)有緊密的關系。 （2）混凝土、砂漿和水泥石沖蝕率隨沖蝕速度的變化規(guī)律均是呈現(xiàn)線性或者近似線性的關系，其中砂漿試樣的斜率最大，沖蝕磨損破壞最為嚴重，水

6、泥石試樣的斜率最小，沖蝕磨損破壞最輕，混凝土試樣的居中。 （3）混凝土、砂漿和水泥石的沖蝕率在 90°沖蝕時沖蝕率最大，在低角度沖蝕時沖蝕率最小，與典型脆性材料的沖蝕規(guī)律相一致。 （4）下沙率對混凝土和水泥石沖蝕率的影響表現(xiàn)為隨著下沙率的增加，沖蝕率有所降低，而對砂漿來說，下沙率增加，沖蝕率變化為先降低后上升。混凝土和水泥石試樣的沖蝕率隨沖蝕時間的增加先降低而后趨于穩(wěn)定，達到穩(wěn)態(tài)沖蝕，而砂漿試樣從沖蝕一開始就達到穩(wěn)態(tài)沖蝕。 （