一种测试柔软污损生物附着力的冲刷装置和试验方法

技术领域

本发明涉及污损生物附着力试验技术领域，尤其涉及一种测试柔软污损生物附着力的冲刷装置和试验方法。

背景技术

污损生物定殖在基质表面，会影响材料表面的外美感除外，还会造成基质物理损伤和代谢物酸性腐蚀。严重时污损生物暴露在生物化学腐蚀介质、生物腐蚀介质和物理腐蚀介质的环境中，最终劣化附着污损生物的材料基质并降低材料基质使用寿命。近年来，关于污损生物的研究涉及多个领域、多个方面，但是关于污损生物附着力测试和发展并不全面。

关于物理测试污损生物的附着力应用很成熟，但是这个方法只能适用于硬壳污损生物，对于软体生物并不适用。随着尖端仪器的发展，原子力显微镜被用于测试软体污损生物的附着力，但其适用范围小、成本高。而流体力学的方法可以弥补了软体污损生物附着力的试验空白。此外，现在大多数研究都局限于单独某个阶段的测试，但无法监控和测试污损生物全生命过程中附着力的变化，因此还有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种测试柔软污损生物附着力的冲刷装置和试验方法，弥补了现有实验方法和装置的不足，降低测试成本，扩大测试范围，监控和测试污损生物整个生命周期附着力。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

一种测试柔软污损生物附着力的冲刷装置，包括操作台以及位于操作台上方的冲刷组件，所述冲刷组件包括垂直固接于操作台上表面的支架竖杆、一端与支架竖杆相连的伸缩杆、安装于伸缩杆另一端的喷射头以及与喷射头相连通的水源，所述伸缩杆与支架竖杆相互垂直，且能够与支架竖杆沿纵向滑动连接，所述喷射头朝向操作台上表面设置。

根据上述技术方案，优选地，所述操作台上表面设有试样固定结构，其中试样固定结构包括设于操作台上表面的滑轨以及与滑轨滑动连接的两组试样夹杆。

根据上述技术方案，优选地，所述操作台表面靠近外沿开设有一圈集水凹槽，集水凹槽的槽底上开设有排水孔。

根据上述技术方案，优选地，所述排水孔向外连通有循环管路，其中循环管路包括与排水孔相连通的回水管、与回水管相连的水箱以及与水箱相连的水泵，所述水泵与喷射头之间通过供水管相连通。

根据上述技术方案，优选地，所述排水孔处安装有滤网。

根据上述技术方案，优选地，所述喷射头通过安装夹固定连接于伸缩杆的端部。

本专利还公开了一种测试柔软污损生物附着力的试验方法，通过上述测试柔软污损生物附着力的冲刷装置，包括如下步骤：

S1.计算喷射头的水体流量；

S2.将试验试块通过显微镜观察并拍照，计算初始污损面积；

S3.在所述操作台上安装试验试块，通过所述喷射头对试验试块冲刷一定时间后，将所述试验试块通过显微镜观察并拍照，计算污损面积，进而计算水流剪切力和污损生物去除率；

S4.更换不同直径规格的喷射头，重复步骤S1-S3；

S5.以所述水流剪切力为横坐标，所述污损生物去除率为纵坐标，生成τ—R曲线，当污损生物去除率保持不变时或达到百分之百时，此时对应的水流剪切力即为污损生物的附着强度。

本发明的有益效果是：

本发明为软体污损生物附着力的试验检测提供了一个专用装置和试验方法，可以解决软体污损生物附着力的全生命周期测试的问题，通过更换不同管径的喷射头管头，以便测试基质表面上污损生物不同附着力值，通过安装试样夹杆，配合伸缩杆可以自由移动测试试件并固定测试点，通过设置有回流管和滤网，可以回收利用水资源，操作台固定安全挡板，可以防止实验过程中操作人员的误伤。除此之外，还弥补了现有实验方法和装置的不足，降低测试成本，扩大测试范围，进而能够监控和测试污损生物整个生命周期附着力。

附图说明

图1是本发明测试柔软污损生物附着力的冲刷装置的主视结构示意图。

图2是本发明测试柔软污损生物附着力的冲刷装置的俯视结构示意图。

图3是本发明滑轨和试样夹杆位置连接处的分解图。

图4是采用本发明测得的τ—R曲线。

图中：1、供水管；2、冲刷组件；3、操作台；4、支架竖杆；5、滑轨；6、移动凹槽；7、滤网；8、试验试块；9、试样夹杆；10、顶丝；11、伸缩杆；12、安装夹；13、喷射头；14、推拉门滑槽；15、安全挡板；16、水泵；17、水箱；18、回流管；19、集水凹槽；20、排水孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1:如图1-3所示，本发明包括操作台3以及位于操作台3上方的冲刷组件2，所述冲刷组件2包括垂直固接于操作台3上表面的支架竖杆4、一端与支架竖杆4相连的伸缩杆11、安装于伸缩杆11另一端的喷射头13以及与喷射头13相连通的水源，所述支架竖杆4上带有刻度尺，能够保证喷射头13和试验试件之间的高度。所述伸缩杆11与支架竖杆4相互垂直，且能够与支架竖杆4沿纵向滑动连接并通过顶丝10固定，所述喷射头13朝向操作台3上表面设置，所述喷射头13通过安装夹12固定连接于伸缩杆11的端部，以便方便试验过程不震动，准确定位测试点。在操作台3台面四周设置有一圈安全挡板15，安全挡板15的高度高于伸缩杆11所能达到的最高高度，在安全挡板15上设置有推拉门，安全挡板15无封顶，安全挡板15底端有推拉门滑槽14，推拉门滑槽14底部可用胶黏剂固定在操作台3上，方便试验操作，可以防止操作人员被水流误伤。此外，操作台3上表面设有试样固定结构，其中试样固定结构包括设于操作台3上表面的滑轨5以及与滑轨5滑动连接的两组试样夹杆9。本例中在操作台3的台面上固定有一对滑轨5，一对滑轨5上架有一对试样夹杆9，试样夹杆9用于固定放置在操作台3上、位于一对滑轨5之间的试验试块8，此外，试样夹杆9下面带有与滑轨5相匹配的移动凹槽6，使试样夹杆9的移动凹槽6嵌在滑轨5上滑动，可以保证试验试件的自由移动和准确定位。

根据上述实施例，优选地，所述操作台3表面靠近外沿开设有一圈集水凹槽19，集水凹槽19的槽底上开设有排水孔20。其中，排水孔20向外连通有循环管路，其中循环管路包括与排水孔相连通的回水管18、与回水管18相连的水箱17以及与水箱相连的水泵16，所述水泵16与喷射头13之间通过供水管1相连通，所述排水孔处安装有滤网7，方便回收水资源并避免杂质回流。此外，本例中水泵16连接其它水源(如水龙头、活水)，亦可完成实验过程。

实施例2:本专利还公开了一种测试柔软污损生物附着力的试验方法，通过上述测试柔软污损生物附着力的冲刷装置，包括如下步骤：

S1.计算喷射头的水体流量，具体地，实验前检查水泵、水箱和安全挡板是否损坏，安装直径为d的喷射头，将量筒放置在喷射头下方，打开水泵开始计时，记录水流喷射时间t

S2.将试验试块通过显微镜放大20倍观察并拍照，照片用PS软件调节图像阈值后，计算初始污损面积S

S3.上下调节伸缩管，确定喷射头管口与试验试件的高度h，调节试样夹杆并配合伸缩杆，确定试验位点并在操作台上安装试验试块，通过喷射头对试验试块冲刷一定时间t后，将所述试验试块通过显微镜放大20倍观察并拍照，计算污损面积S

τ＝10.24ρ(Q/hdπ)

式中，τ为水流剪切力，MPa；Q为流量，cm

R＝(S

式中，R为污损生物去除率，％；S

S4.更换不同直径d的喷射头，保持试验水流冲刷时间t和喷射头管口与试验试件的高度h不变，重复步骤S1-S3，得出第二个测试数据，依次类推，选择不同直径的喷射管，得出多个测试数据。

S5.以所述水流剪切力为横坐标，所述污损生物去除率为纵坐标，生成τ—R曲线，从τ—R曲线中分析水流剪切力和污损生物去除率的关系，当污损生物去除率保持不变时或达到百分之百时，此时对应的水流剪切力即为污损生物的附着强度。

实施例3:本专利还公开了一种测试柔软污损生物附着力的试验方法，具体包括如下步骤：

(1)安装内径为d

(2)将砂浆试样在显微镜下放大20倍观察并拍照。将照片用PS软件调节图像阈值后，计算原始污损面积S

(3)上下调节喷射头高度，确定喷射头管口与试验试件的高度h＝2cm。调节试样夹杆并配合伸缩杆，确定试验位点并固定试验试件。

(4)设定试验水流冲刷时间t

(5)将试验参数和试验数据d

(6)测试一个数据后，更换水流喷射头d

(7)以水流剪切力τ为横坐标，以污损生物去除率R为纵坐标，做τ—R曲线。由图4可知，当水流剪切力小于2.05MPa时，污损生物的去除率在17.81％以内，说明水流剪切力小于2.05MPa时并不能有效的去除材料表面的污损生物。当水流剪切力大于2.05MPa时，污损生物的去除率增长较快，在水流剪切力大于2.34MPa时，污损生物的去除率达到了98.7％，这时可以有效的去除表面污损生物。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。