專利名稱：高強混凝土回彈儀及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種高強混凝土回彈儀及其使用方法，屬于物理中用測量撞擊物體回彈程度測試固體材料抗壓強度或表面硬度技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高強混凝土(high strength concrete)在不同的文獻中有不同的定義，如《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55-2000)是指抗壓強度在60MPa以上的混凝土，《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ 146-1990)是指抗壓強度在40MPa以上的混凝土，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)則是指抗壓強度在50 SOMI^a的混凝土。本發(fā)明是指抗壓強度在60MPa以上的混凝土。
回彈儀由殼體、中心導(dǎo)桿、彈擊錘、彈擊拉簧、彈擊桿、擊發(fā)機構(gòu)、指針及其導(dǎo)桿和讀數(shù)裝置構(gòu)成?；貜梼x拉伸彈擊拉簧驅(qū)動彈擊錘獲得沖擊動能經(jīng)由彈擊桿撞擊固體材料的表面，受撞擊的固體材料表面產(chǎn)生的反彈力使彈擊錘產(chǎn)生回彈運動，以彈擊錘的回彈行程與彈擊行程的比值或彈擊錘回彈速度與撞擊速度的比值的百分值作為回彈值，即
i = -xl00%,L
式中r為彈擊錘的回彈行程，L為彈擊錘的沖擊行程?；?br> i = ^xl00%,
式中、為彈擊錘的回彈速度，V0為彈擊錘的撞擊速度。
回彈儀通過獲取回彈值來檢測固體材料的表面硬度。由于材料的表面硬度通常與其抗壓強度呈對應(yīng)的相關(guān)性，因此回彈儀也常用于檢測固體材料的抗壓強度。目前回彈儀最廣泛的應(yīng)用是用于檢測實體混凝土的抗壓強度。
回彈值與被測固體材料的表面硬度特性和撞擊強度相關(guān)。回彈儀的撞擊強度取決于回彈儀的撞擊動能和彈擊桿撞擊端面的有效撞擊面積，撞擊動能由回彈儀的彈擊拉簧的剛度與其被拉伸的長度決定，有效撞擊面積由回彈儀彈擊桿的直徑與撞擊端面的曲率半徑相關(guān)，撞擊端面為球面形的。對于同一型號的回彈儀，其撞擊動能、彈擊桿的直徑與撞擊端面的曲率半徑是相同的。也即，對于被測固體材料而言同一型號回彈儀的撞擊強度相同，對于有相同表面硬度的材料而言同一型號回彈儀所測得的回彈值相同。
對于同一型號的回彈儀，回彈值與某種被測材料的表面硬度或抗壓強度的換算關(guān)系可通過預(yù)先的試驗數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計方法獲得，該關(guān)系稱為回彈曲線。也就是說回彈儀測定材料的表面硬度或抗壓強度是通過先測得回彈值再從回彈曲線上查得相應(yīng)結(jié)果的?；貜椙€與被測材料性質(zhì)和回彈儀特性有關(guān)，即在測定混凝土表面硬度或抗壓強度前要為每種規(guī)格的回彈儀與每種特性的材料建立回彈曲線。回彈曲線的獲得方法通常由相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)程確定，如中華人民共和國行業(yè)標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/ T23-2011)中附錄“專用測強曲線的制定方法”規(guī)定了回彈法測量混凝土抗壓強度的回彈測強曲線的制定方法。
通常材料的表面硬度或抗壓強度與回彈值之間的關(guān)系(即回彈曲線)呈正向冪函數(shù)或指數(shù)函數(shù)關(guān)系，如《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)提供的泵送混凝土的測強曲線公式為
f = 0. 034488R1'9400IO(_0-0173d)
式中R為回彈值，f為推定的被測泵送混凝土的抗壓強度；d為被測混凝土表面的碳化深度，是用于修正混凝土抗壓強度的推定值的一項獨立的參數(shù)。
也即回彈值越大，回彈值變化量其所對應(yīng)的抗壓強度或表面硬度變化量越敏感。 因此，當回彈值超過一定限度，使所推算得到的被測物體的抗壓強度或表面硬度的誤差達到了允許誤差的臨界點，則該強度或硬度是回彈儀的最大檢測強度或硬度。同時被測材料的強度或硬度過小，將使回彈值無法達到必要的量程范圍內(nèi)，則超出了回彈儀的最小檢測強度。也就是說，對于一種型號的回彈儀，并不一定能檢測某一材料涵蓋其全部表面硬度或抗壓強度的區(qū)間，或者說僅能檢測其一定范圍內(nèi)的表面硬度或抗壓強度。如《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)提供的泵送混凝土的測強曲線的混凝土抗壓強度值的區(qū)間為20MPa 60MPa。
以往由于普通建筑很少使用抗壓強度高于60MPa高強度混凝土，所以回彈法測定混凝土抗壓強度只用中型回彈儀就足夠了，而個別使用高強混凝土的可采用鉆取芯樣等其他方式檢測其實體強度。業(yè)內(nèi)通常將沖擊能量為2. 207J的回彈儀稱為普通回彈儀或中型回彈儀，沖擊能量小于2. 207J的稱為輕型回彈儀、大于2. 207J的稱為重型回彈儀。一些大壩、橋梁以及重要建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等則有用沖擊能量為9. 8J的重型回彈儀進行無損檢測的。隨著對建筑質(zhì)量要求的提高和物質(zhì)條件的改善，近年來抗壓強度高于60MPa高強混凝土已普遍應(yīng)用在種類建筑中，而回彈法是最簡單快捷的檢測實體混凝土抗壓強度的無損檢測方法，所以回彈法檢測高強混凝土抗壓強度也受到了重視。但是以往沖擊能量為9. 8J的重型回彈儀由于其體積大、重量重，并不適宜用于大多數(shù)建筑物的混凝土抗壓強度檢測。為解決回彈法檢測60MPa以上高強混凝土，產(chǎn)生了許多檢測高強混凝土抗壓強度的回彈儀， 如中國實用新型專利ZL00M7527.8提出的沖擊能量為5. 5J的回彈儀、中國實用新型專利 ZL98201939.4提出的沖擊能量為4. 5J的回彈儀。這些回彈儀與現(xiàn)有中型回彈儀相比，都主要是通過增加回彈儀中彈擊錘的質(zhì)量、提高彈擊拉簧剛度和拉伸程度來提高回彈儀的沖擊能量實現(xiàn)對高強混凝土的檢測的。與現(xiàn)有中型回彈儀相比較，這類回彈儀增加了操作者的勞動負荷，弱化了原有回彈法檢測混凝土抗壓強度輕靈、方便的固有優(yōu)點。這是因為，對回彈儀中彈擊錘、彈擊拉簧、彈擊錘的強化以及由此帶來的對其他零部件的同步加強，不僅增加了回彈儀的質(zhì)量，還使操作者在操作時需要付出更多的體力來克服彈擊拉簧的彈力達到必須的拉伸長度。同時也提高了在測定時彈擊錘的撞擊速度，隨之各活動的零部件磨損增加從而對回彈儀的工作壽命造成不利影響。發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是避免通過增大沖擊能量來達到提高回彈儀對高強混凝土表面硬度或抗壓強度測量的準確度的技術(shù)途徑，在保持現(xiàn)有中型回彈儀沖擊能量值的基礎(chǔ)上提出一種高強混凝土回彈儀，并提出該回彈儀的使用方法。
本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀，有彈擊錘、彈擊拉簧、彈擊桿、中心導(dǎo)桿，其中彈4擊桿從前端插套在中心導(dǎo)桿上，彈擊錘質(zhì)量為370g，彈擊拉簧剛度為785N/m，彈擊拉簧拉伸長度為75mm，彈擊桿直徑為15mm，標稱沖擊能量為2. 207J，所說彈擊桿配備有多個，各彈擊桿長度和直徑相同而撞擊端面的曲率半徑不同。
本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀，以現(xiàn)有中型回彈儀為基礎(chǔ)，配置了多個不同撞擊端面的曲率半徑的彈擊桿，而彈擊桿是通過插撥方式相對回彈儀中心導(dǎo)桿可裝卸的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明未改變現(xiàn)有中型回彈儀的任何結(jié)構(gòu)，只是根據(jù)被測固體材料的不同的表面硬度或抗壓強度選擇不同撞擊端面的曲率半徑的彈擊桿，便可獲得小于允許誤差的測定結(jié)果。
從固體材料受力產(chǎn)生彈性變形和塑性變形的關(guān)系原理可知，以相同的沖擊能量對同一被測物撞擊，被測物的彈性變形量與受撞擊的有效撞擊面積呈負相關(guān)；也即對于相同沖擊動能(同一型號的回彈儀的沖擊動能相同)，撞擊面積越小，回彈量越小。因此，減小回彈儀的彈擊桿撞擊端面的曲率半徑相當于減小了有效撞擊面積，對于相同被測物所得到的回彈值也會減小，反之亦然。實驗也證明，采用沖擊能量為2. 207J的中型回彈儀通過減小彈擊桿撞擊端面曲率半徑，曲率半徑越小，對于測得相同的回彈值所對應(yīng)的混凝土抗壓強度越高。也就是說，本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀可以通過更換彈擊桿來突破中型回彈儀IOMPa 60MPa的測量范圍。本發(fā)明通過減小彈擊桿撞擊端面曲率半徑的方法，使對于相同表面硬度或抗壓強度的材料獲得更低的回彈值，從而在同等檢測精度(允許檢測誤差)下提高了材料表面硬度的檢測范圍。對于回彈法檢測混凝土抗壓強度，在同等檢測精度(允許檢測誤差)下擴大和提高了混凝土抗壓強度的檢測范圍，可以將中型回彈儀用作高強混凝土抗壓強度的檢測。
所說各彈擊桿的撞擊端面曲率半徑在5mm 35mm范圍內(nèi)，如分別為5mm、7. 5mm、 10mm、15mm、25mm、35mm六個規(guī)格，分別對應(yīng)用于檢測混凝土抗壓強度在IOMPa 130MPa內(nèi)的六個不同但有交集的區(qū)間。
其中彈擊桿的撞擊端面曲率半徑小于7. 5mm時，撞擊端面經(jīng)圓臺形與彈擊桿柱體連接，以均勻彈擊桿連接位置的應(yīng)力傳遞。
本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀的使用方法，先預(yù)判所測混凝土的強度范圍，再選擇撞擊端面曲率半徑與該范圍對應(yīng)的彈擊桿安裝到回彈儀上，再按測量規(guī)程測得回彈值，最后通過與該彈擊桿和被測混凝土特性對應(yīng)的回彈曲線換算出被測混凝土強度。
本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀的使用方法，用針對不同撞擊端面曲率半徑的彈擊桿所獲得的回彈曲線(也稱測強曲線)來實現(xiàn)用中型回彈儀通過改變彈擊桿的撞擊端面曲率半徑而改變其量程區(qū)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明僅需要為中型回彈儀配備一組多種撞擊端面曲率半徑的彈擊桿和建立其中相應(yīng)各規(guī)格彈擊桿的專用測強曲線便可輕易地將中型回彈儀轉(zhuǎn)用作對高強混凝土的表面硬度和抗壓強度的測定。
所說回彈曲線的測定是根據(jù)相應(yīng)專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)程所確定的方法進行。如對于檢測混凝土抗壓強度，用中華人民共和國行業(yè)標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》 (JGJ/T23-2011)中附錄“專用測強曲線的制定方法”的方法分別為不同規(guī)格曲率半徑的彈擊桿及不同特性的混凝土制定專用測強曲線。對于其他材料的表面硬度檢測，則可按該種材料相應(yīng)的既定回彈曲線建立方法進行。
本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀的使用方法，對于數(shù)字式回彈儀，各撞擊端面曲率半徑彈擊桿及不同特性的混凝土所對應(yīng)的回彈曲線存儲于計算機系統(tǒng)中，并在控制界面上設(shè)置有選擇開關(guān)使儀器可根據(jù)所選擇的撞擊端面曲率半徑及不同特性的混凝土提取相應(yīng)的回彈曲線數(shù)據(jù)供后續(xù)運算。即所說回彈曲線存儲于計算機系統(tǒng)中，在測定回彈值前先以在控制界面上的選擇開關(guān)調(diào)節(jié)到所選定的彈擊桿位置和被測混凝土的特性位置，測得回彈值后由儀器根據(jù)所選擇的彈擊桿和混凝土特性提取相應(yīng)的回彈曲線數(shù)據(jù)進行運算


圖1為本發(fā)明回彈儀局部剖視圖及所附彈擊桿剖視圖，圖中1-殼體，2-中心導(dǎo)桿，3-彈擊拉簧，4-彈擊桿，41、42、43、44、45-另外配置的彈擊桿。
具體實施方式
1、一種高強混凝土回彈儀，如圖1所示，由一現(xiàn)有的中型回彈儀和所配置的六個彈擊桿組成。彈擊桿4是從殼體1前端插入并套在中心導(dǎo)桿2上的，彈擊拉簧3連接在殼體前端和彈擊錘之間，彈擊錘套在中心導(dǎo)桿上并位于彈擊桿的后端。工作時壓入彈擊桿，通過中心導(dǎo)桿將彈擊錘向后推并拉伸彈擊拉簧，當拉簧被拉伸至確定的拉伸長度時觸發(fā)擊發(fā)機構(gòu)，彈擊錘在彈擊拉簧作用下向前沖擊撞擊彈擊桿后端面并將撞擊力通過撞擊端面?zhèn)鬟f到被測材料表面。受撞擊材料的表面對彈擊桿產(chǎn)生反彈力，通過彈擊桿傳遞作用至彈擊錘使彈擊錘產(chǎn)生回彈運動并帶動指針滑動而標示回彈值。所配置的六個彈擊桿前端撞擊端面曲率半徑分別為5mm、7. 5mm、10mm、15mm、25mm、35mm六個規(guī)格，可用于抗壓強度在IOMPa 130MPa的混凝土的檢測。其中撞擊端面曲率半徑為25mm的彈擊桿4是中型回彈儀原配彈擊桿，其余五個是另外配置的彈擊桿41、42、43、44、45按所測混凝土的抗壓強度區(qū)間選用。 其中撞擊端面曲率半徑為5mm的彈擊桿41，其撞擊端面經(jīng)圓臺形與彈擊桿柱體連接。
2、上述高強混凝土回彈儀的使用方法，在確定所配置的彈擊桿的撞擊端面曲率半徑后，根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程(JGJ/ T23-2011)》中附錄“專用測強曲線的制定方法”繪制各彈擊桿對應(yīng)各種特性混凝土的專用回彈曲線。此回彈曲線只須建立一次便可隨產(chǎn)品當作技術(shù)資料使用。在測定時，在預(yù)知被測混凝土的設(shè)計強度等級或通過嘗試不同彈擊桿所測得的回彈值判別被檢測混凝土強度等級后，先根據(jù)被檢測混凝土的預(yù)判強度等級確定量程范圍，再按該范圍選定彈擊桿，再按技術(shù)規(guī)程規(guī)定進行彈擊檢測，最后根據(jù)所得回彈值選擇相應(yīng)的回彈曲線推算出被測混凝土的抗壓強度。如需要在回彈儀上更換彈擊桿，則在測量前先將原先裝在回彈儀上的彈擊桿從中心導(dǎo)桿上拔出，再將先定的彈擊桿套上。
對于數(shù)字式回彈儀，則將各彈擊桿所對應(yīng)的測強曲線寫入回彈儀，使用時只需在軟件中選擇與彈擊桿對應(yīng)的測強曲線即可。
本發(fā)明實現(xiàn)了使中型回彈儀具有更高強度或硬度的檢測范圍。對于不同對像的檢測只需簡單更換不同的彈擊桿，而不需配備多個回彈儀，并保留了中型回彈儀使用輕便的優(yōu)點。使回彈儀的易損部件和回彈儀的檢定只需要按一種規(guī)格進行即可，方便了維護，降低了購置和使用成本。
權(quán)利要求
1.一種高強混凝土回彈儀，有彈擊錘、彈擊拉簧、彈擊桿、中心導(dǎo)桿，其中彈擊桿從前端插套在中心導(dǎo)桿上，彈擊錘質(zhì)量為370g，彈擊拉簧剛度為785N/m，彈擊拉簧拉伸長度為 75mm，彈擊桿直徑為15mm，標稱沖擊能量為2. 207J，其特征是所說彈擊桿配備有多個，各彈擊桿長度和直徑相同而撞擊端面的曲率半徑不同。
2.如權(quán)利要求1所述的高強混凝土回彈儀，其特征是所說各彈擊桿的撞擊端面曲率半徑在5mm 35mm范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的高強混凝土回彈儀，其特征是所配備的彈擊桿有六個規(guī)格，它們的撞擊端面曲率半徑分別為5mm、7. 5mm、10mm、15mm、25mm、35mm。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的高強混凝土回彈儀，其特征是當彈擊桿的撞擊端面曲率半徑小于7. 5mm時，撞擊端面經(jīng)圓臺形與彈擊桿柱體連接。
5.如權(quán)利要求1所述的高強混凝土回彈儀的使用方法，其特征是先預(yù)判所測混凝土的強度范圍，再選擇撞擊端面曲率半徑與該范圍對應(yīng)的彈擊桿安裝到回彈儀上，再按測量規(guī)程測得回彈值，最后通過與該彈擊桿和被測混凝土特性對應(yīng)的回彈曲線換算出被測混凝土強度。
6.如權(quán)利要求1所述的高強混凝土回彈儀的使用方法，其特征是所說回彈曲線存儲于計算機系統(tǒng)中，在測定回彈值前先以在控制界面上的選擇開關(guān)調(diào)節(jié)到所選定的彈擊桿位置和被測混凝土的特性位置，測得回彈值后由儀器根據(jù)所選擇的彈擊桿和混凝土特性提取相應(yīng)的回彈曲線數(shù)據(jù)進行運算。
全文摘要
本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀，其彈擊桿[4]從前端插套在中心導(dǎo)桿[2]上，彈擊桿配備有多個，各彈擊桿長度和直徑相同而撞擊端面的曲率半徑不同。本發(fā)明提供的高強混凝土回彈儀的使用方法，使用時先預(yù)判所測混凝土的強度范圍，再選擇撞擊端面曲率半徑與該范圍對應(yīng)的彈擊桿安裝到回彈儀上，再按測量規(guī)程測得回彈值，最后通過與該彈擊桿和被測混凝土特性對應(yīng)的回彈曲線換算出被測混凝土強度或表面硬度推定值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明僅需要為中型回彈儀配備一組多種撞擊端面曲率半徑的彈擊桿和建立其中相應(yīng)各規(guī)格彈擊桿的專用測強曲線便可輕易地將中型回彈儀轉(zhuǎn)用作對高強混凝土的表面硬度和抗壓強度的測定，并可獲得小于允許誤差的測定結(jié)果。
文檔編號G01N3/52GK102539262SQ20111043624
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者周岳年, 諸華豐, 邱偉明 申請人:舟山市博遠科技開發(fā)有限公司