风沙环境下混凝土、砂浆和水泥石的固体颗粒冲蚀磨损试验研究

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1、第34卷，第5期中国铁道科学VoL34No．52013年9月CHINARAILWAYSCIENCESeptember，2013文章编号：lOOl一4632(2o13)05一oo21—06风沙环境下混凝土、砂浆和水泥石的固体颗粒冲蚀磨损试验研究王彦平，居春常，王起才(1．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070；2．兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070)摘要：根据戈壁的风沙流环境特点，采用气流挟沙喷射法，进行混凝土、砂浆和水泥石的冲蚀磨损试验，研究风沙流速度、冲蚀角度、冲蚀时间和沙流量对

2、混凝土、砂浆和水泥石冲蚀磨损的影响。结果表明：混凝土、砂浆和水泥石的冲蚀率与风沙流速度近似呈线性关系，相比于混凝土和水泥石，砂浆的冲蚀率受风沙流速度的影响更大，拟合直线的斜率达2．25；混凝土、砂浆和水泥石的冲蚀率随冲蚀角度的增加而增加，冲蚀角为9o。时冲蚀率最高，与脆性材料的冲蚀规律一致，其中砂浆的冲蚀率受冲蚀角度的影响更大；混凝土、砂浆和水泥石进入稳态冲蚀阶段所需的孕育期不同，在同样的试验条件下，混凝土和水泥石约需4min，砂浆约需5min在相同的冲蚀时间内，C30混凝土试样的冲蚀率随沙流量的增大

3、先降低后增大。关键词：兰新铁路，混凝土，砂浆，水泥石，风沙流；固体颗粒冲蚀中图分类号：U214．18；TU528．51文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4632．2013．05．04兰新铁路(新疆段)穿越百里风区、三十里风发戈壁风沙流环境下混凝土结构的防护材料提供有区、吐鲁番西部风区、哈密北戈壁风区和哈密南戈价值的依据。壁风区五大风区[】]。风区地段风力强劲，风期长。强风携带的沙粒对兰新铁路混凝土桥梁墩身迎风侧1试验产生了严重的冲蚀磨损，造成桥梁墩身表面的水泥剥落以及水泥与

4、骨料之间微裂纹的产生。这些损伤1．1试样制备进一步加剧了混凝土结构的碳化、氯盐侵害、冻融为了消除原材料的影响，配制C30和C50混破坏等损伤，从而降低混凝土结构的耐久性。混凝凝土，M30砂浆以及水泥石试样的原材料及配合土结构耐久性的降低不仅影响其使用寿命，给列车．比均采用现场使用的原材料及配合比，具体见表的行车安全造成重大隐患，还需要庞大的费用进行l。混凝土试样的尺寸为100mmX100mm×100维修。mm，砂浆和水泥石试样的尺寸为70．7mm×70．7关于混凝土结构材料的冲蚀磨损，目前人们重mmX

5、70．7mm，试件成型24h后脱模，并放置于点研究含沙水流对水工混凝土结构材料的冲蚀磨标准养护室((20±2)℃，95以上相对湿度)养损，主要在试验方法、冲蚀磨损机理、评价指标和护至28d，供下一步试验使用。各试样28d抗压材料的抗磨措施方面取得了一些进展_3]。而对于强度的测试结果见表1。风沙环境(气固两相流)下，混凝土结构材料冲蚀1．2试验方法及试验参数磨损的研究还鲜见报道l_6书]。本文采用气流挟沙喷采用气流挟沙喷射法进行混凝土、砂浆和水泥射法模拟戈壁风沙环境，对混凝土、砂浆和水泥石石试样冲蚀磨

6、损试验能比较真实地模拟实际戈壁风材料进行冲蚀磨损试验，研究混凝土、砂浆和水泥沙环境特征]，相比风洞试验，该方法设备投资石的冲蚀磨损行为，并探讨其冲蚀磨损机理，为开小，操作简单，试验成本低，而且试验参数容易控制。收稿日期：2013—04-10；修订日期：2013—07—11基金项目：长江学者和创新团队发展计划项目(IRTl139)作者简介：王彦平(1974一)，男，甘肃会宁人，副教授，博士研究生。22中国铁道科学第34卷C3O2367953．6840．5C5O3246834．9O65．7M3045515

7、003O．5水泥石45518．1试验设备原理示意图如图1所示，实际设备如角度为90。，沙流量为84．83g·rain_。，冲蚀时间图2所示。试验设备由空压机、供沙系统、喷枪和为3rain的条件下，调节控气阀将气体压力调为喷嘴以及试验箱4部分组成。移动喷枪可以调节喷0．1，0．16，0．2和0．28MPa，所对应气流的平均嘴到试件的距离；试验箱中包括试样夹具和沙回收速度分别为17，22，25和31m·S(分别相当箱，试样夹具用于夹紧试样，且可以在O。～9O。范于8，9，10和1l级风的风速)，研究风沙流

8、速度围内调整冲蚀角度，沙回收箱用于回收冲蚀后的对冲蚀率的影响；工况2，风沙流速度为2513"1·沙粒。S～，沙流量为84．83g·min～，冲蚀时间为3min的条件下，调节试样夹具，使冲蚀角度分别为90。，75。，6O。和45。，研究冲蚀角度对冲蚀率的影响；工况3，在冲蚀角度为9O。，风沙流速度为25m·S的条件下，调节控沙阀将沙流量调为37．8，84．83和136．7g·min_。，冲蚀时间分别为3，4，5和6rain，研究冲蚀时间和沙流量对冲蚀率的影