专利名称：高强混凝土回弹仪及其使用方法
技术领域：
本发明涉及的是一种高强混凝土回弹仪及其使用方法，属于物理中用测量撞击物体回弹程度测试固体材料抗压强度或表面硬度技术领域。
背景技术：
高强混凝土(high strength concrete)在不同的文献中有不同的定义，如《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2000)是指抗压强度在60MPa以上的混凝土，《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ 146-1990)是指抗压强度在40MPa以上的混凝土，《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)则是指抗压强度在50 SOMI^a的混凝土。本发明是指抗压强度在60MPa以上的混凝土。
回弹仪由壳体、中心导杆、弹击锤、弹击拉簧、弹击杆、击发机构、指针及其导杆和读数装置构成。回弹仪拉伸弹击拉簧驱动弹击锤获得冲击动能经由弹击杆撞击固体材料的表面，受撞击的固体材料表面产生的反弹力使弹击锤产生回弹运动，以弹击锤的回弹行程与弹击行程的比值或弹击锤回弹速度与撞击速度的比值的百分值作为回弹值，即
i = -xl00%,L
式中r为弹击锤的回弹行程，L为弹击锤的冲击行程。或
i = ^xl00%,
式中、为弹击锤的回弹速度，V0为弹击锤的撞击速度。
回弹仪通过获取回弹值来检测固体材料的表面硬度。由于材料的表面硬度通常与其抗压强度呈对应的相关性，因此回弹仪也常用于检测固体材料的抗压强度。目前回弹仪最广泛的应用是用于检测实体混凝土的抗压强度。
回弹值与被测固体材料的表面硬度特性和撞击强度相关。回弹仪的撞击强度取决于回弹仪的撞击动能和弹击杆撞击端面的有效撞击面积，撞击动能由回弹仪的弹击拉簧的刚度与其被拉伸的长度决定，有效撞击面积由回弹仪弹击杆的直径与撞击端面的曲率半径相关，撞击端面为球面形的。对于同一型号的回弹仪，其撞击动能、弹击杆的直径与撞击端面的曲率半径是相同的。也即，对于被测固体材料而言同一型号回弹仪的撞击强度相同，对于有相同表面硬度的材料而言同一型号回弹仪所测得的回弹值相同。
对于同一型号的回弹仪，回弹值与某种被测材料的表面硬度或抗压强度的换算关系可通过预先的试验数据经统计方法获得，该关系称为回弹曲线。也就是说回弹仪测定材料的表面硬度或抗压强度是通过先测得回弹值再从回弹曲线上查得相应结果的。回弹曲线与被测材料性质和回弹仪特性有关，即在测定混凝土表面硬度或抗压强度前要为每种规格的回弹仪与每种特性的材料建立回弹曲线。回弹曲线的获得方法通常由相应技术领域的技术规程确定，如中华人民共和国行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/ T23-2011)中附录“专用测强曲线的制定方法”规定了回弹法测量混凝土抗压强度的回弹测强曲线的制定方法。
通常材料的表面硬度或抗压强度与回弹值之间的关系(即回弹曲线)呈正向幂函数或指数函数关系，如《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)提供的泵送混凝土的测强曲线公式为
f = 0. 034488R1'9400IO(_0-0173d)
式中R为回弹值，f为推定的被测泵送混凝土的抗压强度；d为被测混凝土表面的碳化深度，是用于修正混凝土抗压强度的推定值的一项独立的参数。
也即回弹值越大，回弹值变化量其所对应的抗压强度或表面硬度变化量越敏感。 因此，当回弹值超过一定限度，使所推算得到的被测物体的抗压强度或表面硬度的误差达到了允许误差的临界点，则该强度或硬度是回弹仪的最大检测强度或硬度。同时被测材料的强度或硬度过小，将使回弹值无法达到必要的量程范围内，则超出了回弹仪的最小检测强度。也就是说，对于一种型号的回弹仪，并不一定能检测某一材料涵盖其全部表面硬度或抗压强度的区间，或者说仅能检测其一定范围内的表面硬度或抗压强度。如《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)提供的泵送混凝土的测强曲线的混凝土抗压强度值的区间为20MPa 60MPa。
以往由于普通建筑很少使用抗压强度高于60MPa高强度混凝土，所以回弹法测定混凝土抗压强度只用中型回弹仪就足够了，而个别使用高强混凝土的可采用钻取芯样等其他方式检测其实体强度。业内通常将冲击能量为2. 207J的回弹仪称为普通回弹仪或中型回弹仪，冲击能量小于2. 207J的称为轻型回弹仪、大于2. 207J的称为重型回弹仪。一些大坝、桥梁以及重要建筑的基础结构等则有用冲击能量为9. 8J的重型回弹仪进行无损检测的。随着对建筑质量要求的提高和物质条件的改善，近年来抗压强度高于60MPa高强混凝土已普遍应用在种类建筑中，而回弹法是最简单快捷的检测实体混凝土抗压强度的无损检测方法，所以回弹法检测高强混凝土抗压强度也受到了重视。但是以往冲击能量为9. 8J的重型回弹仪由于其体积大、重量重，并不适宜用于大多数建筑物的混凝土抗压强度检测。为解决回弹法检测60MPa以上高强混凝土，产生了许多检测高强混凝土抗压强度的回弹仪， 如中国实用新型专利ZL00M7527.8提出的冲击能量为5. 5J的回弹仪、中国实用新型专利 ZL98201939.4提出的冲击能量为4. 5J的回弹仪。这些回弹仪与现有中型回弹仪相比，都主要是通过增加回弹仪中弹击锤的质量、提高弹击拉簧刚度和拉伸程度来提高回弹仪的冲击能量实现对高强混凝土的检测的。与现有中型回弹仪相比较，这类回弹仪增加了操作者的劳动负荷，弱化了原有回弹法检测混凝土抗压强度轻灵、方便的固有优点。这是因为，对回弹仪中弹击锤、弹击拉簧、弹击锤的强化以及由此带来的对其他零部件的同步加强，不仅增加了回弹仪的质量，还使操作者在操作时需要付出更多的体力来克服弹击拉簧的弹力达到必须的拉伸长度。同时也提高了在测定时弹击锤的撞击速度，随之各活动的零部件磨损增加从而对回弹仪的工作寿命造成不利影响。发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题就是避免通过增大冲击能量来达到提高回弹仪对高强混凝土表面硬度或抗压强度测量的准确度的技术途径，在保持现有中型回弹仪冲击能量值的基础上提出一种高强混凝土回弹仪，并提出该回弹仪的使用方法。
本发明提供的高强混凝土回弹仪，有弹击锤、弹击拉簧、弹击杆、中心导杆，其中弹4击杆从前端插套在中心导杆上，弹击锤质量为370g，弹击拉簧刚度为785N/m，弹击拉簧拉伸长度为75mm，弹击杆直径为15mm，标称冲击能量为2. 207J，所说弹击杆配备有多个，各弹击杆长度和直径相同而撞击端面的曲率半径不同。
本发明提供的高强混凝土回弹仪，以现有中型回弹仪为基础，配置了多个不同撞击端面的曲率半径的弹击杆，而弹击杆是通过插拨方式相对回弹仪中心导杆可装卸的。与现有技术相比，本发明未改变现有中型回弹仪的任何结构，只是根据被测固体材料的不同的表面硬度或抗压强度选择不同撞击端面的曲率半径的弹击杆，便可获得小于允许误差的测定结果。
从固体材料受力产生弹性变形和塑性变形的关系原理可知，以相同的冲击能量对同一被测物撞击，被测物的弹性变形量与受撞击的有效撞击面积呈负相关；也即对于相同冲击动能(同一型号的回弹仪的冲击动能相同)，撞击面积越小，回弹量越小。因此，减小回弹仪的弹击杆撞击端面的曲率半径相当于减小了有效撞击面积，对于相同被测物所得到的回弹值也会减小，反之亦然。实验也证明，采用冲击能量为2. 207J的中型回弹仪通过减小弹击杆撞击端面曲率半径，曲率半径越小，对于测得相同的回弹值所对应的混凝土抗压强度越高。也就是说，本发明提供的高强混凝土回弹仪可以通过更换弹击杆来突破中型回弹仪IOMPa 60MPa的测量范围。本发明通过减小弹击杆撞击端面曲率半径的方法，使对于相同表面硬度或抗压强度的材料获得更低的回弹值，从而在同等检测精度(允许检测误差)下提高了材料表面硬度的检测范围。对于回弹法检测混凝土抗压强度，在同等检测精度(允许检测误差)下扩大和提高了混凝土抗压强度的检测范围，可以将中型回弹仪用作高强混凝土抗压强度的检测。
所说各弹击杆的撞击端面曲率半径在5mm 35mm范围内，如分别为5mm、7. 5mm、 10mm、15mm、25mm、35mm六个规格，分别对应用于检测混凝土抗压强度在IOMPa 130MPa内的六个不同但有交集的区间。
其中弹击杆的撞击端面曲率半径小于7. 5mm时，撞击端面经圆台形与弹击杆柱体连接，以均勻弹击杆连接位置的应力传递。
本发明提供的高强混凝土回弹仪的使用方法，先预判所测混凝土的强度范围，再选择撞击端面曲率半径与该范围对应的弹击杆安装到回弹仪上，再按测量规程测得回弹值，最后通过与该弹击杆和被测混凝土特性对应的回弹曲线换算出被测混凝土强度。
本发明提供的高强混凝土回弹仪的使用方法，用针对不同撞击端面曲率半径的弹击杆所获得的回弹曲线(也称测强曲线)来实现用中型回弹仪通过改变弹击杆的撞击端面曲率半径而改变其量程区间。与现有技术相比，本发明仅需要为中型回弹仪配备一组多种撞击端面曲率半径的弹击杆和建立其中相应各规格弹击杆的专用测强曲线便可轻易地将中型回弹仪转用作对高强混凝土的表面硬度和抗压强度的测定。
所说回弹曲线的测定是根据相应专业领域的技术规程所确定的方法进行。如对于检测混凝土抗压强度，用中华人民共和国行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 (JGJ/T23-2011)中附录“专用测强曲线的制定方法”的方法分别为不同规格曲率半径的弹击杆及不同特性的混凝土制定专用测强曲线。对于其他材料的表面硬度检测，则可按该种材料相应的既定回弹曲线建立方法进行。
本发明提供的高强混凝土回弹仪的使用方法，对于数字式回弹仪，各撞击端面曲率半径弹击杆及不同特性的混凝土所对应的回弹曲线存储于计算机系统中，并在控制界面上设置有选择开关使仪器可根据所选择的撞击端面曲率半径及不同特性的混凝土提取相应的回弹曲线数据供后续运算。即所说回弹曲线存储于计算机系统中，在测定回弹值前先以在控制界面上的选择开关调节到所选定的弹击杆位置和被测混凝土的特性位置，测得回弹值后由仪器根据所选择的弹击杆和混凝土特性提取相应的回弹曲线数据进行运算
图1为本发明回弹仪局部剖视图及所附弹击杆剖视图，图中1-壳体，2-中心导杆，3-弹击拉簧，4-弹击杆，41、42、43、44、45-另外配置的弹击杆。
具体实施方式
1、一种高强混凝土回弹仪，如图1所示，由一现有的中型回弹仪和所配置的六个弹击杆组成。弹击杆4是从壳体1前端插入并套在中心导杆2上的，弹击拉簧3连接在壳体前端和弹击锤之间，弹击锤套在中心导杆上并位于弹击杆的后端。工作时压入弹击杆，通过中心导杆将弹击锤向后推并拉伸弹击拉簧，当拉簧被拉伸至确定的拉伸长度时触发击发机构，弹击锤在弹击拉簧作用下向前冲击撞击弹击杆后端面并将撞击力通过撞击端面传递到被测材料表面。受撞击材料的表面对弹击杆产生反弹力，通过弹击杆传递作用至弹击锤使弹击锤产生回弹运动并带动指针滑动而标示回弹值。所配置的六个弹击杆前端撞击端面曲率半径分别为5mm、7. 5mm、10mm、15mm、25mm、35mm六个规格，可用于抗压强度在IOMPa 130MPa的混凝土的检测。其中撞击端面曲率半径为25mm的弹击杆4是中型回弹仪原配弹击杆，其余五个是另外配置的弹击杆41、42、43、44、45按所测混凝土的抗压强度区间选用。 其中撞击端面曲率半径为5mm的弹击杆41，其撞击端面经圆台形与弹击杆柱体连接。
2、上述高强混凝土回弹仪的使用方法，在确定所配置的弹击杆的撞击端面曲率半径后，根据中华人民共和国行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/ T23-2011)》中附录“专用测强曲线的制定方法”绘制各弹击杆对应各种特性混凝土的专用回弹曲线。此回弹曲线只须建立一次便可随产品当作技术资料使用。在测定时，在预知被测混凝土的设计强度等级或通过尝试不同弹击杆所测得的回弹值判别被检测混凝土强度等级后，先根据被检测混凝土的预判强度等级确定量程范围，再按该范围选定弹击杆，再按技术规程规定进行弹击检测，最后根据所得回弹值选择相应的回弹曲线推算出被测混凝土的抗压强度。如需要在回弹仪上更换弹击杆，则在测量前先将原先装在回弹仪上的弹击杆从中心导杆上拔出，再将先定的弹击杆套上。
对于数字式回弹仪，则将各弹击杆所对应的测强曲线写入回弹仪，使用时只需在软件中选择与弹击杆对应的测强曲线即可。
本发明实现了使中型回弹仪具有更高强度或硬度的检测范围。对于不同对像的检测只需简单更换不同的弹击杆，而不需配备多个回弹仪，并保留了中型回弹仪使用轻便的优点。使回弹仪的易损部件和回弹仪的检定只需要按一种规格进行即可，方便了维护，降低了购置和使用成本。
权利要求
1.一种高强混凝土回弹仪，有弹击锤、弹击拉簧、弹击杆、中心导杆，其中弹击杆从前端插套在中心导杆上，弹击锤质量为370g，弹击拉簧刚度为785N/m，弹击拉簧拉伸长度为 75mm，弹击杆直径为15mm，标称冲击能量为2. 207J，其特征是所说弹击杆配备有多个，各弹击杆长度和直径相同而撞击端面的曲率半径不同。
2.如权利要求1所述的高强混凝土回弹仪，其特征是所说各弹击杆的撞击端面曲率半径在5mm 35mm范围内。
3.如权利要求2所述的高强混凝土回弹仪，其特征是所配备的弹击杆有六个规格，它们的撞击端面曲率半径分别为5mm、7. 5mm、10mm、15mm、25mm、35mm。
4.如权利要求1或2或3所述的高强混凝土回弹仪，其特征是当弹击杆的撞击端面曲率半径小于7. 5mm时，撞击端面经圆台形与弹击杆柱体连接。
5.如权利要求1所述的高强混凝土回弹仪的使用方法，其特征是先预判所测混凝土的强度范围，再选择撞击端面曲率半径与该范围对应的弹击杆安装到回弹仪上，再按测量规程测得回弹值，最后通过与该弹击杆和被测混凝土特性对应的回弹曲线换算出被测混凝土强度。
6.如权利要求1所述的高强混凝土回弹仪的使用方法，其特征是所说回弹曲线存储于计算机系统中，在测定回弹值前先以在控制界面上的选择开关调节到所选定的弹击杆位置和被测混凝土的特性位置，测得回弹值后由仪器根据所选择的弹击杆和混凝土特性提取相应的回弹曲线数据进行运算。
全文摘要
本发明提供的高强混凝土回弹仪，其弹击杆[4]从前端插套在中心导杆[2]上，弹击杆配备有多个，各弹击杆长度和直径相同而撞击端面的曲率半径不同。本发明提供的高强混凝土回弹仪的使用方法，使用时先预判所测混凝土的强度范围，再选择撞击端面曲率半径与该范围对应的弹击杆安装到回弹仪上，再按测量规程测得回弹值，最后通过与该弹击杆和被测混凝土特性对应的回弹曲线换算出被测混凝土强度或表面硬度推定值。与现有技术相比，本发明仅需要为中型回弹仪配备一组多种撞击端面曲率半径的弹击杆和建立其中相应各规格弹击杆的专用测强曲线便可轻易地将中型回弹仪转用作对高强混凝土的表面硬度和抗压强度的测定，并可获得小于允许误差的测定结果。
文档编号G01N3/52GK102539262SQ20111043624
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者周岳年, 诸华丰, 邱伟明 申请人:舟山市博远科技开发有限公司