發(fā)布時(shí)間：2019-07-14 19:38

【摘要】：為探究水泥混凝土路面長(zhǎng)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(guó)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(guò)沖蝕率來(lái)評(píng)價(jià)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(cè)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(shí)間和室內(nèi)模擬沖蝕時(shí)間的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系。研究結(jié)果表明:沖蝕角度恒定時(shí),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(shí),沖蝕率的增長(zhǎng)比較明顯,近似成正比例變化,90°時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間越長(zhǎng);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)。
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圖片說(shuō)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(duì)風(fēng)沙粒子的形狀進(jìn)行觀察和分析，觀測(cè)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)程中通過(guò)氣壓控制閥和風(fēng)速儀來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)沙流沖蝕速度，通過(guò)沙源系統(tǒng)的下沙率控制閥調(diào)節(jié)沙濃度，通過(guò)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(píng)價(jià)通過(guò)沖蝕率來(lái)評(píng)價(jià)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(cè)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(shí)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
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圖片說(shuō)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(shí)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(duì)水泥砂漿試件受沖蝕損傷形貌進(jìn)行觀測(cè)，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(shí)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(shuō)明水泥砂漿隨著沖蝕時(shí)間的增加，水泥砂漿被一層層剝落；同時(shí)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(guò)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(guó)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(kāi)發(fā)基金項(xiàng)目
【分類號(hào)】：U416.216;U418.6


本文編號(hào)：2514468