發(fā)布時間：2019-07-14 19:38

【摘要】：為探究水泥混凝土路面長期遭受風(fēng)沙環(huán)境下的沖蝕磨損損傷機(jī)理,根據(jù)中國西北地區(qū)風(fēng)沙環(huán)境的特征,利用模擬風(fēng)沙環(huán)境侵蝕試驗(yàn)系統(tǒng)研究水泥砂漿在風(fēng)沙環(huán)境下的沖蝕磨損行為。通過沖蝕率來評價水泥砂漿受風(fēng)沙沖蝕磨損程度,分析了不同沖蝕速度、不同沖蝕角度下水泥砂漿沖蝕率的變化規(guī)律;采用掃描電子顯微鏡(SEM)和激光共聚焦掃描顯微鏡(LSCM)觀測水泥砂漿受沖蝕損傷的表面微觀形貌,研究水泥砂漿受沖蝕損傷機(jī)理;運(yùn)用相似理論分析實(shí)際工況沖蝕時間和室內(nèi)模擬沖蝕時間的對應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系。研究結(jié)果表明:沖蝕角度恒定時,沖蝕率隨著沖蝕速度的增大而增大;下沙率恒定、沖蝕角度在30°~90°時,沖蝕率的增長比較明顯,近似成正比例變化,90°時沖蝕率達(dá)到最大;沖蝕角度是影響沖蝕行為的重要因素,低角度沖蝕時水泥砂漿表現(xiàn)為塑性變形,主要由水平方向的沙粒切削作用導(dǎo)致變形,高角度沖蝕時水泥砂漿表現(xiàn)為脆性破壞,主要由沙粒垂直方向的沖擊作用導(dǎo)致材料表面產(chǎn)生沖蝕坑;試驗(yàn)中下沙率越大,由計(jì)算結(jié)果推算的實(shí)際工況中沖蝕磨損時間越長;研究結(jié)果可為風(fēng)沙環(huán)境下水泥混凝土路面受磨損損傷研究提供依據(jù)。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： ９％，沙粒的粒徑分布不均勻且單一。利用ＦＥＩＱｕａｎｔａ４００型掃描電子顯圖１沙粒形狀Ｆｉｇ．１ＳｈａｐｅｏｆＳａｎｄ微鏡對風(fēng)沙粒子的形狀進(jìn)行觀察和分析，觀測結(jié)果如圖１所示。沙粒的形狀基本呈尖角粒子，只有少數(shù)為圓形或橢圓形，這主要是由于沙粒在沙漠中長時間運(yùn)動過程中相互撞擊和磨損造成的。１．３試驗(yàn)方法及設(shè)備試驗(yàn)采用氣流挾沙噴射法，該試驗(yàn)方法可有效模擬實(shí)際風(fēng)沙環(huán)境特征，可以高效率控制沖蝕角度，沖蝕速度以及下沙率。模擬風(fēng)沙環(huán)境侵蝕試驗(yàn)系統(tǒng)的原理示意如圖２所示。試驗(yàn)設(shè)備由高壓氣源、沙源系統(tǒng)、沖蝕控制系統(tǒng)和沙回收室四部分組成。試驗(yàn)過程中通過氣壓控制閥和風(fēng)速儀來調(diào)節(jié)風(fēng)沙流沖蝕速度，通過沙源系統(tǒng)的下沙率控制閥調(diào)節(jié)沙濃度，通過侵蝕系統(tǒng)的試件夾具調(diào)整沖蝕角度。圖２模擬風(fēng)沙環(huán)境侵蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理示意Ｆｉｇ．２ＳｉｍｕｌａｔｅｄＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＳａｎｄＥｒｏｓｉｏｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＰｒｉｎｃｉｐｌｅ１．４沖蝕磨損程度評價通過沖蝕率來評價砂漿試件沖蝕磨損程度。試驗(yàn)采用ＯＵＨＡＵＳ—ＥＰ２１４Ｃ電子精密分析天平（精度０．１ｍｇ，量程２００ｇ）測量沖蝕前后試件質(zhì)量變化，計(jì)算沖蝕率。損失質(zhì)量Δｍ可表示為Δｍ＝ｍ１－ｍ２（１）沖蝕率α可表示為α＝Δｍｍｓｔ×１００％＝ｍ１－ｍ２ｍｓｔ×１００％（２）式中：ｍ１為沖蝕前試件質(zhì)量；ｍ２為沖蝕后試件質(zhì)量；ｍｓ為下沙率；ｔ為沖蝕時間。１．５試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)方案為水泥砂漿試樣在不同下沙率（６０，９０，１１０ｇ·ｍｉｎ－１）、不同
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 遭到嚴(yán)重破壞，沖蝕率逐漸增大，同脆性材料的沖蝕規(guī)律一致［１６］。圖４不同下沙率時水泥砂漿沖蝕率與沖蝕角度的關(guān)系曲線Ｆｉｇ．４ＲｅｌａｔｉｏｎＣｕｒｖｅｓｏｆＣｅｍｅｎｔＭｏｒｔａｒＥｒｏｓｉｏｎＲａｔｅｓａｎｄＥｒｏｓｉｏｎＡｎｇｌｅＵｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳａｎｄＦｌｏｗＲａｔｅｓ２試件表面沖蝕損傷形貌與損傷機(jī)理采用掃描電子顯微鏡對水泥砂漿試件受沖蝕損傷形貌進(jìn)行觀測，分析水泥砂漿受沖蝕磨損特性和沖蝕磨損機(jī)理。２．１試件沖蝕磨損的ＳＥＭ微觀形貌及其損傷機(jī)理圖５為沖蝕速度３０ｍ·ｓ－１、沖蝕時間為１０ｍｉｎ，沖蝕角度分別為３０°和９０°條件下，試件表面沖蝕磨損的ＳＥＭ微觀形貌。由圖５（ａ）觀察到：低角度沖蝕造成試件表面產(chǎn)生明顯的分層現(xiàn)象，說明水泥砂漿隨著沖蝕時間的增加，水泥砂漿被一層層剝落；同時觀察到有較多明顯的短程切削痕跡和平行于沖蝕磨損面的微裂紋，微裂紋擴(kuò)展至分層處造成微破壞，微破壞區(qū)有材料堆積；在隨后的沖擊過程中，這部分材料容易流失并產(chǎn)生剝落坑，，導(dǎo)致水泥砂漿材料破壞。表明在低角圖５不同沖蝕條件下水泥砂漿的ＳＥＭ微觀形貌Ｆｉｇ．５ＳＥＭＭｉｃｒｏ－ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＣｅｍｅｎｔＭｏｒｔａｒＵｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＥｒｏｓｉｏｎＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ度沖蝕作用下，水泥砂漿破壞的主要原因是微切削作用，而微切削作用取決于風(fēng)沙流作用于試件表面的水平剪切作用力。隨著沖蝕角度的增大，水泥砂漿受沙粒水平方向上的剪切作用力逐漸減小，而垂直方向上的作用力逐漸增大，使得切削作用逐漸減弱。由圖５（ｂ）觀察到：高角度沖蝕造成試件表面產(chǎn)３０中
【作者單位】： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)土木工程結(jié)構(gòu)與力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51468049,11162011,11662012) 內(nèi)蒙古自治區(qū)人才開發(fā)基金項(xiàng)目
【分類號】：U416.216;U418.6


本文編號：2514468