泥石流防治结构混凝土磨蚀性能试验方法

Q/LB.□XXXXX-XXXX目次前言 II引言 III1范围 42规范性引用文件 43术语和定义 44试验装置 64.1装置组成 64.2装置技术要求 64.3辅助与监测仪器 95试件要求 95.1混凝土取样 95.2试件尺寸 95.3试件制作 105.4养护条件 106试验步骤 116.1一般要求 116.2磨蚀材料配制 116.3磨蚀速度确定 136.4试验流程 146.5环境与磨蚀耦合试验 156.6安全要求 167试验数据处理 167.1磨蚀质量 167.2磨蚀深度 167.3磨蚀速率 177.4磨蚀系数 187.5磨蚀形貌 188试验报告 19附录A 20附录B 22附录C 24参考文献 26 前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到第4章与第6章相关的专利的使用。本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他同意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联系方式获得:专利持有人姓名：吴帆、陈剑刚、赵万玉等地址：四川省成都市天府新区群贤南街189号请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国灾害防御协会提出并归口。本文件起草单位：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，四川省地质工程勘察院集团有限公司，重庆交通大学，西南交通大学，成都理工大学，西华大学，四川水发勘测设计研究有限公司，重庆西科水运工程咨询有限公司，江西职业技术大学,中成建业勘测设计有限公司。本文件主要起草人：吴帆、陈剑刚、张继、陈华勇、赵万玉、游勇、向明智、刘桃、杨东旭、王林峰、孙昊、谢涛、王涛、邓明枫、熊江、王辰元、胡金鸿、崔文榕、周贤良、康舜、许晨曦、李勃、胡凯、赵逊。引言泥石流是一种以高浓度固相颗粒与水相互耦合运动为特征的山地灾害类型，其在短时间内携带大量固相颗粒高速冲击防治结构，产生显著的动能效应与剪切磨蚀作用。在泥石流多发的西南山地区域，排导槽、拦砂坝、过流底板等防治结构常出现表层剥落、坑蚀及骨料裸露等磨蚀破坏现象，严重时导致钢筋外露、结构耐久性下降。现行水工结构混凝土耐磨性能试验方法（如ASTMC1138等）主要针对含细颗粒的高速水流磨蚀条件，难以反映泥石流固-液两相流的高能量冲击特征与多粒径负责颗粒磨蚀机制。因此，迫切需要建立一种能够真实模拟泥石流作用过程、测定混凝土磨蚀性能的试验方法。本文件在系统总结现有水工混凝土耐磨试验与道路耐磨蚀研究的基础上，描述了适用于泥石流固-液两相流作用条件的试验装置与方法，提供了试验装置、试件要求、试验步骤、试验数据处理与试验报告的指导与建议。该文件旨在填补泥石流作用下混凝土磨蚀性能试验领域的空白，建立统一、可比、可复现的试验体系，为防治结构抗磨蚀设计、材料选型与耐久性评估提供技术依据。本文件的部分内容基于专利成果《双轴滚式可模拟渠道断面形态的耐久性测试装置及方法》（ZL2021109404941）、《泥石流磨蚀测试装置、磨蚀测试及防治工程磨蚀量评估方法》（ZL2024100000202）。相关专利已获得授权并应用于本文件试验装置与试验步骤中，为文件的科学性与可实施性提供了技术支撑。泥石流防治结构混凝土磨蚀性能试验方法范围本文件描述了用于泥石流防治结构混凝土磨蚀性能试验的方法，提供了试验装置、试件要求、试验步骤、试验数据处理与试验报告的指导与建议。本文件适用于泥石流防治工程中使用的普通混凝土、高性能混凝土、纤维增强混凝土及砂浆等水泥基材料在实验室条件下进行的磨蚀试验。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T50080普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50081混凝土物理力学性能试验方法标准GB/T50082混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准DL/L5207水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范SL/T352水工混凝土试验规程JGJ52普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JG/T237混凝土试模ASTMC1138混凝土耐磨蚀性试验方法（StandardTestMethodforAbrasionResistanceofConcrete）术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1泥石流 debrisflow由降雨、冰雪融化、冰湖溃决等不同水源诱发，在沟谷或山坡上形成的携带大量泥沙、碎石和巨砾等固体物质的特殊洪流。3.2 泥石流防治结构 debrisflowprotectivestructure用于抵御、拦截或引导泥石流运动的工程构筑物，如拦挡坝、格栅坝、排导槽等。3.3 拦砂坝 checkdam在泥石流形成区或流通区，以拦蓄泥石流固体物质为主要目的，并兼有调节洪峰流量、调控泥石流规模与重度等功能的大中型拦蓄工程。3.4 排导槽 drainagechannel由人工开挖、填筑过流断面，或利用自然沟道、砌筑具有规则平面形状和横断面的一种开敞式槽形过流建筑物。3.5 混凝土 concrete以水泥、骨料和水为主要原材料，根据需要加入矿物掺合料和外加剂等材料，按一定配合比，经拌合、成型、养护等工艺制作的、硬化后具有强度的工程材料。3.6 砂 sand粒径在0.15～4.75mm之间的岩石颗粒，可分为粗砂、中砂、细砂和特细砂。3.7 碎石 crushedstone由天然岩石或卵石经破碎、筛分而获得的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。3.8 固相粗颗粒 Coarsesolidparticle泥石流中固相成分中，粒径大于等于2mm的砾石、卵石等颗粒。3.9 固相细颗粒 finesolidparticle泥石流中固相成分中，粒径小于2mm的胶粒、黏粒、砂粒等颗粒。3.10 土水比 soil–waterratio泥石流中黏土（<0.005mm）重量比上水体重量的比值。土水比能表征泥石流浆体的性质，即土水比越大，泥浆稠度越大，黏性越强。3.11 磨蚀 abrasion固相颗粒在流体携带作用下与材料表面发生反复冲击、切削、擦划等机械作用，使材料表层逐渐损失的过程。3.12 磨蚀试验装置 abrasionapparatus用于在实验室条件下模拟泥石流固-液两相流磨蚀作用的专用设备。试验装置4.1装置组成4.1.1试验装置宜采用能稳定运行的滚筒式设计的磨蚀装置（ZL202110940494.1、ZL2024100000202）或具备等效功能的装置，主要由电机、底座、可更换的多种断面形式圆盘装置、试件盒及控制系统组成（图1）。4.1.2试验装置应具备可调转速、可控水量及颗粒投放功能。4.1.3 试验装置应能实现时间、转速等参数的实时监测与记录。4.1.4 试验装置应配备紧急停止按钮及防护罩，确保试验安全。图1滚筒式泥石流磨蚀装置整体结构示意图1-电机；2-底座；3-圆盘装置；4-试件盒；5-控制系统；6-试件；7-磨蚀材料。4.2装置技术要求4.2.1 电机4.2.1.1电机功率应不低于2.2kW，确保带动满载圆盘装置及磨蚀材料运行平稳，无卡滞现象。4.2.1.2电机轴端与圆盘装置连接部位应具备卡槽或法兰连接结构。4.2.1.3电机驱动系统应能在0rpm～200rpm范围内平稳运行，转速精度不低于±1rpm。4.2.2 底座4.2.2.1 底座应采用高强度耐腐蚀金属材料，设置配重结构，具备良好的抗震动及抗扭转性能。4.2.2.2 底座高度应保证圆盘旋转部件在试验过程中不与地面接触，推荐底座离地高度ht满足公式（1）要求：ht+hm>式中：ht——电机底座离地高度（m）hm——电机主轴中心离地高度（m）r——圆盘装置半径（m）；Sh——试块高度（m）4.2.3 圆盘装置4.2.3.1 圆盘装置应采用耐磨材料制作，内壁应光滑，能够耐受颗粒冲击。4.2.3.2 圆盘应可拆卸安装，便于更换不同断面形式，包括梯形、矩形、V形、U形及复式断面（图2）。4.2.3.3 圆盘侧壁一侧应设置透明树脂玻璃，另一侧为与电机输出轴连接的闭合端，透明玻璃与圆盘装置连接处应设置防水密封圈及螺栓固定（图3）。4.2.3.4 圆盘内径宜为500mm～1000mm，宽度宜为200mm～400mm，壁厚不小于3mm。4.2.3.5 圆盘外侧应设置多个试件盒，且整体应具有良好的密封性。图2不同断面形式圆盘装置示意图1-立方体试件；2-棱柱体试件；3-磨蚀材料；4-支撑条。图3透明树脂玻璃、防水密封圈与圆盘装置安装示意图1-树脂玻璃；2-防水螺栓；3-防水密封圈；4-圆盘装置主体；5-试件盒；6-磨蚀材料。4.2.4 试件盒4.2.4.1 试件盒应与立方体或棱柱体试件形状一致，结构为敞口盒体，安装稳固、拆装方便（图4）。4.2.4.2 试件盒尺寸宜满足公式（2）~（4）：Lb=Ls+2Tr…………（2）Wb=Ws+2Tr…………（3）Hb=Hs+Tr…………（4）式中：Lb——试件盒长度（mm）；Wb——试件盒宽度（mm）；Hb——试件盒高度（mm）；Ls——试件长度（mm）；Ws——试件宽度（mm）；Hs——试件高度（mm）；Tr——橡胶垫层厚度（mm）。图4圆盘装置上试件盒的一种安装示意图1-圆盘装置；2-试件盒。4.2.4.3 试件盒底部应焊接至少两排对称螺帽，与密封螺栓连接，并设有匹配的取样螺栓；试件盒四周对称侧面设固定螺栓（图5）。图5试件盒外部三种结构示意图1-试件盒；2-密封螺栓；3-螺帽；4-固定螺栓。4.2.4.4 螺帽、密封螺栓及取样螺栓尺寸宜满足公式（5）、（6）：Sls=Slm…………（5）Lls=Slm+Hs…………（6）式中：Sls——密封螺栓长度（mm）；Slm——螺帽长度（mm）；Lls——取样螺栓长度（mm）；Hs——样本高度（mm）。4.2.5 控制系统4.2.5.1 控制系统应具备转速调节、时间设定、启动/停止、紧急断电等功能，支持连续及定时运行。4.2.5.2 控制系统宜设置明显急停按钮，并具备数据导出功能，记录转速、时间、循环次数等信息。4.3辅助与监测仪器4.3.1当进行环境作用（如冻融、干湿循环等）与磨蚀耦合试验时，宜配合以下辅助装置使用：a)冻融环境模拟设备：可控制温度在−40℃～+40℃范围内循环，温度波动不大于±0.5℃，具备自动计数与加湿功能；b)干湿循环模拟设备：具备温湿度双重控制功能，推荐温度范围20℃～60℃，相对湿度20%～95%。4.3.2为精确获取磨蚀过程中颗粒的力学响应、流态特性，宜配备以下监测装置：a)力学监测系统：可采用应力传感器、振动传感器或加速度计获取泥石流冲击及磨蚀特性参数；b)流速监测系统：可采用视觉识别系统、激光测速仪或速度传感器校核旋转流速及流场分布。4.3.3为确保试验安全与设备稳定运行，试验系统宜配备以下防护与安全控制装置：a)试验防护罩；b)吸声防护套及防震支撑装置；c)电机过载保护及断电安全系统。试件要求5.1混凝土取样5.1.1 混凝土取样应符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080的规定。5.1.2 每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样。5.1.3 取样或实验室拌制的混凝土应尽快成型。5.1.4 制作混凝土试样时，应采取劳动防护措施。5.1.5 试验室搅拌混凝土时，材料用量应以质量计。骨料的称量精度应为±0.5%；水泥、掺合料、水、外加剂的称量精度均应为±0.2%。5.2试件尺寸5.2.1 推荐使用100mm×100mm×100mm的立方体或40mm×40mm×160mm棱柱体，不宜采用圆柱体样本。5.2.2试件的最小截面尺寸宜按表1的规定选用。5.2.3骨料最大公称粒径应符合现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定。5.2.4 所有试件的承压面的平面度公差不得超过试件的边长的0.0005。5.2.5 除特别指明试件的尺寸公差以外，所有试件各边长、高度的公差不得超过1mm。5.2.6 磨蚀面应保持为原模成型面，避免人工切割损伤。5.2.7 样本尺寸可以略小于试件盒内部尺寸，允许偏差应小于2mm。表1试件的最小横截面尺寸骨料最大公称粒径（mm）试件最小横截面尺寸（mm×mm）31.5100×10040.0150×15063.0200×2005.3试件制作5.3.1 试件制作应符合现行国家标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081中的规定。5.3.2 试件模具应符合现行行业标准《混凝土试模》JG/T237的有关规定；当混凝土强度等级不低于C60时，宜采用铸铁或钢模试件成型；浇筑前应清理模具表面灰尘，均匀涂抹脱模剂。5.3.3 混凝土拌合物在入模前应保证其均质性。5.3.4 振实方法宜采用台振法或插捣法确保混凝土充分密实，避免分层离析。5.3.5试件成型后刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀沿着试模口抹平；试件表面与试模边缘的高度差不得超过0.5mm。5.3.6 制作的试件应有明显和持久的标记，且不破坏试件。5.3.7 若试件需进行表面涂层处理，应记录表面处理方式与时间。5.4养护条件5.4.1试件成型抹面后应立即用塑料薄膜覆盖表面，或采取其他保持试件表面湿度的方法，以防止早期失水开裂。5.4.2试件成型后应在温度为20℃±5℃、相对湿度大于50%的室内静置1d~2d，试件静置期间应避免受到振动和冲击，静置后编号标记、拆模，当试件有严重缺陷时，应按废弃处理。5.4.3试件拆模后应立即放入温度为20℃±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，或在温度为20℃±2℃的不流动氢氧化钙饱和溶液中养护。标准养护室内的试件应放置在支架上，彼此间隔10mm~20mm，试件表面应保持潮湿，但不得用水直接冲淋试件。5.4.4试件的养护龄期可分为1d、3d、7d、28d、56d或60d、84d或90d、180d等，也可根据设计期龄或需要进行确定，期龄应从搅拌加水开始计时，养护龄期的允许偏差宜符合表2的规定。表2养护龄期允许偏差养护龄期1d3d7d28d56d或60d≥84d允许偏差±0.5h±2h±6h±20h±24h±48h试验步骤6.1一般要求6.1.1 试验前应检查空载运转检查设备运行状态，确保安全。6.1.2 试验环境应防溅并具备必要安全防护措施。6.1.3 试验中严禁随意调整转速、磨蚀介质配比或添加颗粒。6.1.4 若需冻融或干湿循环预处理，应按试验设计完成后再试验。6.1.5 试件表面应平整，不得使用有明显缺陷的试件。6.1.6 试件试验前应浸水不少于48h至质量稳定。6.1.7 试件在装入装置前应测定其磨蚀前参数，如质量、高度、表面形貌等。6.1.8 磨蚀面宜选用与模具接触部位的光滑面，避免采用砂浆抹平的那一面。6.1.9 表面处理试件应注明处理材料、厚度及工艺。6.1.10每组试验应不少于三块平行试件。每组试验不少于3块平行试件，取平均值为结果。6.2磨蚀材料配制6.2.1适用性与类型泥石流磨蚀材料应能真实模拟天然泥石流对防治结构的冲击与磨蚀作用，其组成和参数应根据试验目的确定。磨蚀材料主要分为以下类型：a）天然型磨蚀材料——采用实地采集的泥石流样品，经筛分除杂后使用，适用于现场工况模拟试验；b）人工配制型磨蚀材料——按一定比例人工配制的泥石流样品，适用于室内对比试验及参数控制研究；c）钢球替代型泥石流固相粗颗粒——以相同体积的钢球替代石子，以增强磨蚀作用强度或实现高能量工况模拟，适用于强冲击、高磨蚀速率等极端条件下的耐磨性能评价试验。6.2.2组分范围人工配制的泥石流磨蚀材料应主要由石子、土和水组成，三者比例应根据试验目的、泥石流类型及能量强度合理确定。推荐组分范围见表3：6.2.3配制步骤泥石流磨蚀材料可以根据以下步骤进行配制：a)确定试验所制备的泥石流磨蚀材料的体积；b)确定试验所用的泥石流密度、固相颗粒体积含量和土水比（s/w）；c）计算出石子、土和水的质量。表3推荐组分范围内容泥石流密度（ρ0固相颗粒体积含量（𝐶𝑣）固相粗颗粒粒径（𝐷0）土水比（𝑠/𝑤）建议取值1.3g/cm3～2.3g/cm320%～80%4mm～32mm0.2～1.56.2.2固相颗粒体积含量计算泥石流中固相颗粒体积含量可按公式（7）进行计算：Cv=ρ0-ρw式中：Cv——固相颗粒体积含量，即石子和土的总体积占泥石流总体积的比值（%ρ0——泥石流密度（kg/m3ρp——固相颗粒密度（kg/m3ρw——水的密度（kg/m3）6.2.3固相颗粒质量计算泥石流磨蚀材料中固相颗粒质量可按公式（8）进行计算：Msd=V×C式中：Msd——磨蚀材料中固相颗粒质量（kgV——磨蚀材料体积（m3）；Cv——固相颗粒体积含量（%ρp——固相颗粒密度（kg/m36.2.4水的质量计算泥石流磨蚀材料中水的质量可按公式（9）进行计算：Mw=V×1-Cv×ρw式中：Mw——磨蚀材料中水的质量（kgCv——固相颗粒体积含量（%ρw——水的密度（kg/m3）6.2.5土的质量计算泥石流磨蚀材料中土的质量可按公式（10）进行计算：Ms=Mw×sw式中：Ms——磨蚀材料中土的质量（kgsw——磨蚀材料中土与水比例（%6.2.6石子的质量计算泥石流磨蚀材料中石子的质量可按公式（11）进行计算：Mp=Msd-Ms式中：Mp——磨蚀材料中石子的质量（kgMsd——磨蚀材料固相颗粒质量（kg），为计算中间量Ms——磨蚀材料土质量（kg）6.2.7浆体黏度的估算泥石流浆体黏度值可以通过泥石流浆体的土水比来估算（图6）可按公式（12）进行计算：η=-304.00sw3+830.04式中：η——泥石流浆体的黏度（mPa·s）；sw——泥石流磨蚀材料中土与水比例图6泥石流浆体土水比与其黏度值之间的关系6.3磨蚀速度确定6.3.1磨蚀速度计算泥石流磨蚀试验中，磨蚀速度通过变频器调节电机频率实现。磨蚀材料速度可按公式（13）计算：u0=2×π×nd×r式中：u0——磨蚀材料速度（m/s）；nd——电机转速（rps）；r——圆盘装置半径（m）。磨蚀速度应根据试验目的合理选取。一般情况下，推荐范围为1～10m/s；当模拟强冲击或高能量泥石流工况时，可提高至10～15m/s。速度过低将不足以产生显著磨蚀作用，过高可能导致飞溅或试样破坏。6.3.2电机转速计算电机转速可按公式（14）计算：nd=fp×1-s式中：nd——电机转速（rps）；f——电机频率（Hz）；p——电机极对数；s——电机转差率。对于三相异步电机，s取值通常为0.02~0.06；对于三相同步电机，s=0。6.3.3电机转差率计算电机转差率为同步转速与转子转速之差与同步转速的比值，可按公式（15）计算：s=N-nzN式中：s——电机转差率；N——同步转速（rps）；nz——转子转速（rps）6.3.4影响磨蚀速度的主要参数磨蚀速度不仅取决于电机频率与结构尺寸，还受以下参数影响：a）磨蚀材料密度与黏度（η）——黏度越高，颗粒运动阻力越大，实际磨蚀速度略低于理论值；b）颗粒粒径与形状——粗颗粒及棱角分明的颗粒在相同速度下磨蚀能量更高；c）试样与流体接触角度（入射角）——角度越大，冲击主导作用越显著；d）装置尺寸与流场分布——半径、形状等结构参数对速度均匀性有明显影响。6.4试验流程6.4.1泥石流磨蚀试验的总体流程应包括：试件制备与初始指标记录→装入试验装置→泥石流材料制备与倒入→启动试验装置→达到规定时间后停止→拆卸取出试件与记录试验后指标→进行下一组试验或结束。6.4.2试件制备应符合磨蚀仪器试件盒的尺寸要求。混凝土试件按设计配比制作，在标准养护条件下养护至规定龄期。试验前，应将试件放入水中浸泡不少于48h，直至质量恒定。记录试件初始指标，包括质量、尺寸、三维扫描形貌及表面高分辨率图像等。6.4.3圆盘装置应根据试验条件或现场模拟要求选择，其断面形态应符合试验目的。将圆盘装置与电机正确连接并固定，确保装置运转平稳、无明显振动。6.4.4装样时，应在试件盒底部放置隔垫片，将表面干燥、内部饱和的试件置于标准试件盒内，安装密封螺栓并旋入至螺栓前端与试件盒底面齐平。在试件与盒壁之间放置隔垫片，安装固定螺栓防止试件位移。6.4.5磨蚀材料的装填应符合设计要求。根据5.2条款配制泥石流磨蚀材料，倒入圆盘装置腔体内。投料量宜覆盖全部试件且保持圆盘运动顺畅，磨蚀材料的高度宜低于圆盘半径。磨蚀材料类型可为天然卵石、碎石或等钢球。6.4.6启动磨蚀试验前，应根据试验设计调节电机转速，设定磨蚀时间。启动电机后，保持连续稳定运转，当达到设计磨蚀时间后（如6h、12h、24h、48h、72h、96h），关闭电机，记录相应阶段的磨蚀数据。6.4.7达到规定试验时间后，应立即停止设备运行。拆除密封螺栓，取出隔垫片及固定螺栓，使用取样螺栓顶出试件。取出后用清水冲洗试件表面，并注意防止破坏磨蚀面。6.4.8试件表面干燥且内部饱和后，应测定并记录各项磨蚀指标，包括质量损失、磨蚀速率、磨蚀深度、表面粗糙度及磨蚀形貌特征等。6.4.9根据试验设计要求，可重复进行步骤6.4.2～6.4.8，选取不同断面形态的圆盘装置、不同类型混凝土试件及不同类型磨蚀材料，开展不同流速与不同颗粒条件下的耐磨性对比试验。6.4.10根据试件初始指标值、磨蚀后指标值、磨蚀材料物理特性及运动参数等数据，综合分析混凝土试件的磨蚀特性与磨蚀机理，评价材料的抗磨蚀性能。6.5环境与磨蚀耦合试验6.5.1本试验方法可在磨蚀试验的基础上引入多种环境作用，进行冻融、干湿循环或化学侵蚀等环境耦合磨蚀试验，以模拟结构在实际服役条件下的耐久性演化过程。常见的耦合环境条件如下：a)冻融循环：温度范围为−20℃～+20℃，每次循环24h或按试验要求确定；b)干湿循环：温度范围为20℃～50℃，每个循环包括干燥24h+浸泡24h或按试验要求确定；c)化学侵蚀作用：可在介质中引入硫酸盐、氯盐或其他化学溶液，以模拟侵蚀性环境。6.5.2 耦合试验的顺序应明确，常见模式包括“冻融后磨蚀”、“磨蚀后冻融”、“磨蚀与干湿循环同步进行”或“先磨蚀后化学侵蚀”等。试验报告中应注明所采用的耦合方式及顺序。6.5.3 耦合试验过程中，温度、湿度及加载频率等控制参数应保持稳定可控。宜使用具有温度与湿度控制功能的环境箱体或专用循环加载装置，确保试验条件的可重复性与一致性。6.5.4 耦合试验所用试件应与单因素对比组保持一致，包括材料组成、尺寸、养护条件等，以保证试验结果具有可比性。 6.6安全要求6.6.1 试验操作应由经过设备操作培训的人员进行。操作期间应穿戴防护眼镜、防护手套、耳罩等个人防护装备，防止机械伤害和泥石流颗粒飞溅造成的损伤。6.6.2 试验场地应设置防滑地垫，保持良好通风。磨蚀介质可能溅出的区域应设置隔离防护罩。供电线路应可靠接地，并应设置漏电保护装置。6.6.3 试验设备应具备紧急停止功能和电机过载保护功能。在磨蚀过程中，如发现异常振动、异常声响或液体泄漏等情况，应立即停止试验并排除故障后方可继续。6.6.4 严禁在设备运行过程中直接接触或手动干预旋转部件。拆装或维护设备时应切断电源，并使用专用工具拆卸或调整部件。6.6.5 试验结束后应立即切断电源，清理磨蚀介质及积水。应及时检查轴承、密封圈及试件盒等部件的磨蚀状况，确保设备处于良好状态，以保证后续试验的安全进行。试验数据处理7.1磨蚀质量7.1.1试件磨蚀质量应采用饱和状态下的试件质量确定，以避免干燥样本吸水导致质量误差。7.1.2试验前后应使用分度值不大于0.01g的电子天平称量试件质量。称量前应清理表面残留物，保持表面干燥且内部饱和。7.1.3 质量测量应重复称量不少于两次，取平均值作为测定结果。7.1.4试件的磨蚀质量损失（△m）按公式（16）计算：∆m=Mb-Ma式中：Δm——试件的质量损失（g）；Mb——磨蚀前的饱和质量（gMa——磨蚀后的饱和质量（g7.1.5试件单位面积上的质量损失可按公式（17）计算：Msl=∆mS式中：Msl——试件单位面积的质量损失（g/cm2Δm——试件的质量损失（g）；S——磨蚀面积（cm2）。7.2磨蚀深度7.2.1磨蚀深度可采用单点测量、平均计算或图形处理方法获得。7.2.2单点磨蚀深度应使用精度不低于0.001mm的游标卡尺或激光位移计测定。应沿磨蚀方向每隔10mm～30mm设置标记线，按式（18）计算单点磨蚀深度：∆H=Hs-Ha式中：ΔH——单点磨蚀深度（cm）；Hs——磨蚀前高度（cm）；Ha——磨蚀后高度（cm）。图7磨蚀高度测量标记线示意图1-标记线；2-高度测量截面。7.2.3平均磨蚀深度可按照公式（19）计算：∆Hav.=∆mLs式中：ΔHav.——试件平均磨蚀深度（Δm——质量损失（g）；Ls——试件长度（cmWs——试件宽度（cm）；ρsat.——试件饱和密度（g/cm37.2.4 采用图形处理方法时，宜使用三维激光扫描仪或光学轮廓仪，通过对比磨蚀前后点云模型获得磨蚀区域的深度变化。7.3磨蚀速率7.3.1试件单位时间内的质量损失（磨蚀速率）可按公式（20）计算：Mt=∆mt式中：Mt——磨蚀速率（g/hΔm——质量损失（g）；t——磨蚀时间（h）。7.3.2 根据试验工况，磨蚀速率也可换算为磨蚀深度速率（mm/h）或体积损失速率（mm³/h），但应在报告中注明换算关系。7.4磨蚀系数 试件在单位时间单位面积上的质量损失（磨蚀系数）可按公式（21）计算：k=∆mS×t…………式中：k——磨蚀系数（kg/h/m²）；Δm——质量损失（kg）；S——磨蚀面积（m2）；t——磨蚀时间（h）。7.5磨蚀形貌7.5.1 试验前后应对试件磨蚀面进行成像记录，包括磨蚀形貌与破坏特征。7.5.2 磨蚀形貌分析可采用以下方法：a)高清相机表观拍摄；b)三维扫描建模；c)扫描电子显微镜（SEM）局部观察；d)激光共聚焦显微镜表面轮廓分析。7.5.3 骨料磨蚀特征可通过图像处理软件（如ImageJ）分析：a)拍摄试件磨蚀表面高清图像；b)调整图像灰度和对比度，增强粗骨料与砂浆对比；c)生成二值图像并去噪平滑；d)设置比例并由软件提取暴露骨料特征参数（如面积、尺寸及比例）。7.5.4 试件宏观三维磨蚀形貌分析宜采用三维扫描仪，具体步骤为：a)用毛巾擦拭清理试件表面的泥浆，待混凝土表面干燥。b)将带有标记点的贴纸粘贴到表面，进行三维扫描过程。c)利用GeomagicControlX软件分析三维扫描图像。d)获得试件不同横截面和纵截面的轮廓图像，分析其宏观磨蚀形貌特征。7.5.5 磨蚀形貌宜结合图像分析软件，评价磨蚀面粗糙度、沟槽分布与颗粒磨蚀特征，并与质量损失结果进行对比分析。试验报告8.1试验报告应包括以下内容：a)基本信息（试验名称、日期、操作人员等）；b)试件信息（样品编号、材料类型、配合比、尺寸等）；c)试验参数（试验装置、颗粒参数、运动参数、时间等）；d)试验结果（磨蚀质量、磨蚀速率、磨蚀形貌等）；e)结论与建议；f)附图及原始数据清单。8.2试验报告应采用统一格式，数据应记录完整并保存电子档案。8.3报告应综合磨蚀质量、磨蚀速率及磨蚀形貌等指标，评价材料耐磨性能。8.4试验报告样表可参考附录B。

附录A（资料性）试件安装与固定结构示意及操作说明A.1混凝土试件的安装与取出A.1.1 安装过程应按以下步骤进行：a)将磨蚀装置样本盒上底部的密封螺栓插入对应螺帽并拧紧；b)在样本盒底部铺设橡胶垫层；c)将混凝土试件放入样本盒中；d)在混凝土试件与样本盒四周接触部位设置橡胶垫层；e)插入样本盒侧面的固定螺栓并拧紧。A.1.1 取出过程应按以下步骤进行，示意见图A.1：a)取出混凝土试件与样本盒四周接触处的橡胶垫层；b)拆卸样本盒侧面的固定螺栓和底部密封螺栓；c)在样本盒底部螺帽中插入取样螺栓，逐步旋转取样螺栓，使混凝土试件被顶出并脱离样本盒。图A.1试件取样过程示意图1-圆盘装置；2-试件；3-螺帽；4-密封螺栓；5-取样螺栓。A.2预埋钢钉固定式试件安装结构A.2.1 为确保旋转磨蚀试验过程中试件紧密固定且不脱落，设计了两种固定结构方案。A.2.2 第一种为预埋钢钉固定结构，示意见图A.2。当试件浇筑时，在其两端中心位置预埋圆形钢钉。试件盒两侧设置小凹槽，尺寸与预埋钢钉外露部分相匹配，凹槽两侧设有第一螺丝孔。A.2.3 安装步骤如下：a)将带有圆形钢钉的试件放入试件盒中；b)在试件与试件盒之间的间隙处铺设橡胶垫层，确保紧密接触；c)将带孔的铁皮片通过螺纹连接固定于螺丝孔两侧，形成稳定夹持；d)在磨蚀试验过程中，试件通过两端的圆形钢钉紧固于圆盘装置上，实现可靠固定。图A.2预埋钢钉试件的安装示意图1-试件；2-试件盒；3-磨蚀材料；4-螺丝；5-橡胶垫层；6-圆形钢钉；7-铁皮。A.3 钢丝固定式试件安装结构A.3.1 第二种为钢丝固定结构，适用于未预埋钢钉的试件，示意见图A.3。A.3.2 当试件未预埋钢钉时，在圆盘装置试件盒端部两侧设置第二螺丝孔，位置距试件端部约1mm～2mm。A.3.3 安装步骤如下：a)将试件放入试件盒中；b)通过螺纹将小螺丝拧入第二螺丝孔；c)将细钢丝横跨试件表面两侧并固定，使试件稳定固定于装置内。图A.3钢丝固定式试件安装示意图1-试件；2-试件盒；3-磨蚀材料；4-螺丝；5-橡胶垫层；6-钢丝。

附录B（资料性）混凝土磨蚀试验报告示例一、基本信息试验名称某山区排导槽抗磨蚀工程材料试验委托单位四川某勘测设计院试验单位中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所试验地点耐磨试验室（编号No.03-A）试验日期2025年7月1日–2025年7月5日试验人员张三助理研究员二、试件信息样品编号材料类型配合比代号养护龄期（d）尺寸(mm)密度(kg/m³)表面处理工艺T-A1普通混凝土C40M128100×100×1002450无T-A2表面涂层混凝土M228100×100×1002435涂层材料A，厚度0.8mm三、试验参数参数项数值单位备注磨蚀试验装置滚筒式泥石流磨蚀装置-圆盘装置类型梯形断面-与现场排导槽相似颗粒体积含量（Cv）30%模拟典型高含砂泥石流颗粒平均粒径（D₅₀）10mm河卵石+中砂混合浆体密度（ρ₀）2000kg/m³实测配置电机转速（n）90rpm经变频器控制推算流速（u）2.83m/s圆盘半径0.3m试验时间（t）6h连续运行环境耦合条件无-四、试验结果4.1质量损失与磨蚀速率编号初始质量(g)终止