一种检测水下混凝土强度的水下回弹仪及其方法与流程

本发明涉及一种回弹仪，尤其是一种用于检测水下混凝土结构强度的回弹仪。

背景技术：

回弹法是目前检测混凝土结构现状强度最常用，也是最有效的方法之一。回弹法的原理是，当回弹仪中运动的重锤以一定冲击动能撞击顶在混凝土表面的冲击杆后，重锤回弹并带动一指针移动块，得到反映重锤回弹距离的回弹值，以回弹值推算混凝土强度。通常，常规回弹法只能在干地环境进行。对于水利工程中的地下涵洞、输水隧洞等水工建筑物中的混凝土结构，由于其长期处于水下环境中，且这些水利工程通常不具备放空条件，导致难以使用常规回弹法检测其混凝土强度。因此，研究可行的水下回弹仪及其方法，用于原位检测水下混凝土强度是亟待进行的工作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够进行水下混凝土强度检测的回弹仪；具体技术方案为：

一种检测水下混凝土强度的水下回弹仪，包括机壳，所述机壳的尾部设置有尾盖，机壳的前端设置有拉簧座，端盖将所述拉簧座固定在机壳的前端；机壳内部设置有中心导杆，所述中心导杆的尾端固定在导向法兰上，前端从弹击杆的后端插入，通过缓冲弹簧与所述弹击杆连接；弹击杆的前端从拉簧座的中心孔穿出；弹击杆外壁与拉簧座以及端盖的内孔壁之间的缝隙在100um至1mm之间；中心导杆上套设有弹击锤，所述导向法兰上设置有能钩住所述弹击锤的挂钩；导向法兰与所述尾盖之间设置有压簧；弹击锤与拉簧座通过拉簧连接；机壳的侧壁设置有指示弹击锤反弹最大幅度的指针结构；机壳的侧壁还设置有安装气管接口的气管接口安装孔。

进一步，所述机壳安装所述指针结构的位置设置有密封结构。

进一步，所述拉簧座由聚四氟乙烯制成或内孔涂覆聚四氟乙烯。

进一步，所述弹击杆的侧壁涂覆聚四氟乙烯。

进一步，所述弹击杆外壁与所述拉簧座的内孔壁之间的缝隙在100um至200um之间；所述端盖的内孔孔径大于或等于拉簧座的内孔孔径。

进一步，所述机壳的前端还设置有集气罩；所述集气罩的开口端的底面设置有排水槽，所述开口端的端面为柔性材料制成；所述弹击杆的弹击时的顶端位置在开口端的端面未受压变形和受压最大变形面之间。

进一步，所述集气罩为喇叭状，由硅胶制成。

本发明还公开了上述的回弹仪的使用方法，包括以下步骤：

1）在所述气管接口安装孔安装气管接口和气管，并通过气管与气源连接；

2）根据下潜深度，将所述气源的压力调整至大于测量现场水压0.1至1个大气压；

3）潜水员携带所述回弹仪潜入水下，对水下混凝土结构进行回弹检测、并进行统计计算和采样计算；

4）对水下测量值进行修正处理。

本发明解决常规回弹法无法检测深水环境下混凝土强度的问题，减少了大量水下钻孔取芯的工作量及对建筑物的破坏性，水下回弹仪不仅能够快速准确地对目标建筑物进行检测，同时对目标建筑物的弹击面积和弹击破坏程度也较低，建立的湿地混凝土强度换算表能够为对应水下混凝土结构强度的无损检测提供有效途径。

附图说明

图1为本发明回弹仪结构示意图（伸出状态）；

图2为本发明回弹仪结构示意图（缩回状态）；

图3为本发明回弹仪结构示意图部分结构分解图；

图4为本发明回弹仪结构示意图部分结构分解图。

图中：1、紧固螺母；2、调零螺钉；3、挂钩；4、挂钩销子；5、按钮；6、机壳；6-1、指示器密封台；6-2、气管接口安装孔；7、弹击锤；8、拉簧座；11、弹击杆；12、端盖；13、缓冲压簧；14、弹击拉簧；16、指针片；17、指针块；18、中心导杆；19、指针轴；20、导向法兰；22、压簧；23、尾盖；24、集气罩。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1至图2所示，本实施例中的检测水下混凝土强度的水下回弹仪，包括机壳6，机壳6的尾部设置有尾盖23，机壳6的前端设置有拉簧座8，端盖12将拉簧座8固定在机壳6的前端；机壳6内部设置有中心导杆18，中心导杆18的尾端固定在导向法兰20上，前端从弹击杆11的后端插入，通过缓冲压簧13与弹击杆11连接；弹击杆11的前端从拉簧座8的中心孔穿出；中心导杆18上套设有弹击锤7，导向法兰20上设置有能钩住弹击锤7的挂钩3；导向法兰20与尾盖23之间设置有压簧22；弹击锤7与拉簧座8通过弹击拉簧14连接；机壳6的侧壁设置有指示弹击锤7反弹最大幅度的指针结构。

导向法兰20沿轴向设置有2个导向槽；机壳6内壁对应设置有沿机壳6中心轴方向的导轨；导向槽和导轨配合，使导向法兰20沿机壳6中心轴滑动。挂钩3的挂钩销子4设置在导向法兰20上，挂钩销子4的轴向与导向法兰20的上表面平行；导向法兰20上设置有长条状通孔，挂钩3的钩子在条状通孔的下方，挂钩3的尾部在条状通孔的上方；挂钩3可以绕挂钩销子4旋转。挂钩3的尾部与导向法兰20上表面设置有压簧，通过压簧顶起挂钩3的尾部。使挂钩3的钩子从条状通孔的下方伸出，钩住弹击锤7顶部的突出沿。

尾盖23的下方设置有调零螺钉2，旋转调零螺钉2可以改变其高度，用以调整触发挂钩3与弹击锤7脱钩的初始位置。调整好后，通过紧固螺母1将调零螺钉2的位置锁定。

指针结构包括指针轴19，套设在指针轴19上的指针块17；指针块17上固定有向内向下倾斜的具有弹性的指针片16；指针块17沿指针轴19滑动。弹击锤7向下移动时，侧壁会挤压指针片16，使指针片16倾斜角变小，由于指针块17与指针轴19之间有摩擦力，指针块17不会移动。当回弹时，指针片16因弹性已经张开，弹击锤7的顶面顶着指针片16带动指针块17向上运动。

导向法兰20沿轴向设置有指针复位槽，在压簧22的作用下，导向法兰20向下运动，将针轴19上的指针块17复位。

按钮5包括按钮座、复位弹簧和按钮杆。复位弹簧使按钮杆缩回按钮座；从外面按压按钮杆时，按钮杆克服复位弹簧的弹力，从按钮座伸出，按钮杆顶部的卡头卡住导向法兰20顶部的卡槽，被卡槽锁住，即使手松开，也不能回弹。卡头阻止压簧22推动导向法兰20向下运动。回弹后，按住按钮5可以锁住导向法兰20的位置，避免导向法兰20向下运动，触碰指针块17；改变读数。

上述结构与通用的回弹仪结构基本一致；去除了通用回弹仪前端的卡环和毡垫。

本实施例中弹击杆11外壁与拉簧座8以及端盖12的内孔壁之间留有足够的空隙，空隙在100um至1mm之间；高压的空气主要从该缝隙流出，在端盖12前方形成水泡。当弹击杆11随着操作者推力增大逐步回缩，接近端盖12前端时，弹击杆11的顶端与被测水泥表面之间为气泡和水的混合环境。当弹击锤7撞击弹击杆11时，弹击杆11顶端与被测水泥表面之间的流体包括水或水和气泡被挤压排向周边；由于周边有容易变形的气泡，该部分流体在冲击下对弹击杆11的回弹的影响基本可以忽略。当没有气泡时，弹击杆11顶端与被测水泥表面之间只有水，在冲击时，由于水很难压缩，受到冲击后，水对弹击杆11的影响比较大，而且没有重复性，很难用模型仿真修正。

在机壳6的侧壁还设置有安装气管接口的气管接口安装孔6-2。在气管接口安装孔6-2安装气管接口和气管，并通过气管与气源连接；通过高压气体来防止水进入机壳，影响回弹仪正常工作。

为了在端盖12前方产生更多的气泡，机壳6除前端外，其他部分尽可能密封，减少气体排放。首先，在安装所述指针结构的位置设置有密封结构。该密封结构可以采用密封胶将指针结构的缝隙密封。也可以采用设置指示器密封台6-1，并在密封条边上设置密封槽；用透明的材料如玻璃或塑料制成密封盖；用螺钉将密封盖压紧在指示器密封台6-1上，利用密封条将缝隙堵住，进行密封。

必要时，可以提高按钮5中按钮座与按钮杆之间的配合精度，减少按钮5出空气的泄漏。

还可以将用摩擦系数低的聚四氟乙烯制成拉簧座8或将拉簧座8内孔涂覆聚四氟乙烯。

还可以在弹击杆11的侧壁涂覆聚四氟乙烯。通过减少弹击杆11与拉簧座8之间的摩擦力，避免因弹击杆11外壁与拉簧座8的内孔壁之间的缝隙增大影响回弹测量。

弹击杆11外壁与拉簧座8的内孔壁之间的缝隙在100um至200um之间；端盖12的内孔孔径大于或等于拉簧座8的内孔孔径。缝隙太小，产生的气泡很难覆盖弹击杆11顶端与被测水泥表面之间的空间；缝隙太大则弹击锤7运动时会产生较大摆动，影响回弹的测量。

为了尽可能减少弹击杆11顶端与被测水泥表面之间水的含量；如图3和图4所示，本实施例中的机壳6的前端还设置有集气罩24；集气罩的开口端的底面设置有排水槽，开口端的端面为柔性材料制成；所述弹击杆的弹击时的顶端位置在开口端的端面未受压变形和受压最大变形面之间。使用时，排水槽向下，操作者推动回弹仪向前，弹击杆11回缩过程中，集气罩24首先与被测水泥面接触。形成底部有出口的腔体。端盖12流出的空气逐步将腔体内的水从底部的排水槽挤出，在集气罩24内形成空气腔；使得弹击杆11顶端与被测水泥表面之间基本没有水存在。使得水对回弹仪的回弹测量影响最小。

集气罩可以制成喇叭状，由硅胶制成。集气罩的前端可以设置为螺纹管状，收缩性更好。

使用时，首先在气管接口安装孔6-2安装气管接口和气管，并通过气管与气源连接；

然后，根据下潜深度，将气源的压力调整至大于测量现场水压0.1至1个大气压；气源可以是气泵，也可以是气瓶。

针对某输水涵洞水面以下洞壁进行检测，考虑此结构所处的侵蚀环境类别为二类，长期处于水下或地下水的环境；选用水面供气式轻潜水装具作为潜水员水下检测潜水作业的辅助装备。在被测结构混凝土浇筑侧面上，选取没有疏松层、浮浆、油垢和蜂窝麻面的原状混凝土面，抽样布置回弹测区（面积200mm×200mm）若干。潜水员携带水下回弹仪潜入需检测的水工建筑物中，对深水环境下的混凝土结构进行回弹检测，潜水员每完成一次回弹检测后采用水下通讯设备将测得的回弹值和测区编号报地面人员并记录。

具体回操作弹要求和具体操作方法如下：

每一测区应读取16个回弹值，每一测点的回弹值读数应准确精确至1。测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两侧点的净距离不宜小于20mm；测点距外漏钢筋、预埋件的距离不宜小于30mm；测点不应在气孔或外漏石子上，同一测点应只弹击一次。

（1）将弹击杆顶住混凝土表面，同时保持导气垫圈与混凝土表面贴合，导气垫圈的形状能够平顺气流，使压缩空气平顺从导气垫圈中喷入水中；轻压仪器，使按钮松开，放松压力时弹击杆伸出，挂钩挂上弹击锤。

（2）保持仪器轴线始终垂直于混凝土的表面并缓慢均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹击杆后，弹击锤回弹带动指针向后移动至某一位置时，指针块上的示值刻线在刻度尺上示出一定数值即为回弹值。

（3）使仪器机芯继续顶住混凝土表面进行读数并记录回弹值。如条件不利于读数，可按下按钮，锁住机芯，将仪器移至它处读数。

（4）使弹击杆自仪器内伸出，待下一次使用。

统计计算，计算各个测区平均回弹值，从每个测区16个水下回弹值中剔除3个最大和3个最小值，其余10个水下回弹值计算其平均值，作为此测区的湿地回弹值。

采样计算，对所有测区进行筛选，按照测区距离水面的高度，选择10%的测区，进行取芯，芯样直径在60~120mm之间，长度在80~120mm之间，按照规范要求对芯样进行碳化深度检测得到碳化深度值，进行干地回弹实验，从每个测区16个水下回弹值中剔除3个最大和3个最小值，其余10个回弹值计算其平均值作为干地回弹值。

实施例共检测输水涵洞水下130组测区，选测不同深度的测区共计15组作为样本，对其部位取芯，对芯样进行碳化深度检测和干地回弹实验，得到碳化深度值和干地回弹值。

修正处理，为了消除水中操作的误差，首先选择所述15组数据得到表2。

表2检测数据

建立水深和碳化深度关系式fhc，关系式选择多项式组合形式，则fhc为y=ax+b，其中，y是水深，x是碳化深度，通过拟合计算得到，斜率系数b=0.257，截距系数a=0.387。

建立同一测区湿地回弹值和干地回弹值关系式fr，关系式可选择多项式组合形式，则fr表示为y=cx+d的形式，式中，y是干地回弹值，x是湿地回弹值，通过拟合计算得到，斜率系数c=0.9998，截距系数d=2.7045。

按照关系式fhc和fr建立湿地混凝土强度换算表（表3）：

表中第一列为本实例中的干地回弹值，规范中以平均回弹值命名，第一列括号中的湿地回弹值为本实例水下检测并计算得到；

表中碳化深度为原规范所得，通过fhc求得对应水深，其中“无”表示本次检测未达到的极大值和极小值，无检测数据。

表3湿地混凝土强度换算表

通过查表计算得到输水涵洞高涵和低涵所有测区130组的水下混凝土强度，见表4。

表4水下回弹检测成果表（单位：mpa）

通过修正可以得到符合标准的测量值。还可以进一步改进，利用传感器将指针位移读出，利用智能芯片如单片机、dsp等对读数进行修正，直接得到测量的回弹值。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。