CN103344452A - 多功能高精度硬化混凝土试件处理机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其包括机架、电机及变速箱、转轴、钻头、试件夹持装置、试件水平移动机构、竖向升降机构，所述转轴由电机及变速箱驱动，所述钻头固定在转轴的自由端，所述竖向升降机构作用于所述转轴使其可在竖直方向升降，试件由试件夹持装置固定在所述试件水平移动机构，所述试件水平移动机构可沿前、后、左、右水平方向移动，它解决的是对硬化混凝土试件进行磨粉、钻芯、钻孔、端面磨平等试验前处理问题。本设备集多种混凝土试件处理功能于一体，工作效率高、加工精度高，供硬化混凝土试件进行各类性能试验使用。

Description

多功能高精度硬化混凝土试件处理机

技术领域

本发明涉及硬化混凝土试件处理装置，尤其涉及一种具有磨粉、钻芯、成孔等多功能于一体的设备。

背景技术

混凝土是当代最重要的建筑材料，最初认为其是不会损坏的材料，但是随着时间的推移，由于外界侵蚀介质的入侵或混凝土内的化学反应，混凝土的耐久性问题受到越来越多的关注。硬化混凝土的试验也从过去只重视混凝土自身基本物理性能试验，渐渐发展为电化学性能、化学分析等多种试验手段，而硬化混凝土针对性不同的试验有着不同混凝土试件处理要求。

海洋工程混凝土结构的耐久性问题最为突出，该环境中钢筋混凝土结构为提高耐久性，要求采用具有优良的抗氯离子渗透性的海工高性能混凝土。目前国内外通常通过室内浸泡氯化钠溶液、海水环境中长期暴露等手段，对试验中的硬化混凝土试件不同深度磨粉取得的粉末样品进行化学滴定，测定不同深度混凝土的氯离子浓度，用以评价硬化混凝土氯离子扩散系数。目前对于粉末中氯离子浓度的测定采用高精度的电位滴定设备，分析结果稳定、精度达万分之一，因此影响该类分析试验结果的主要因素是试件样品制备精度——即深度的控制与各粉层研磨过程中的交叉污染，要求在有限的试件上尽量多地获取粉末样品，同时还需要避开试件的边缘以保证试验结果不受边界效应及上下层之间粉末交叉污染的影响，因此可以灵活同时精确控制采样部位的功能十分重要。同时在海港、公路、铁路工程混凝土结构中，为了提高混凝土结构的耐久性，通常在采用高性能混凝土的同时采用环氧涂层、透水模板、硅烷浸渍等附加防腐蚀措施，在评价这些措施对耐久性的提高中，同样需要采用分层磨粉测试分析。越来越多被海港工程或铁路工程中采用的混凝土硅烷浸渍防腐，在对其混凝土氯离子吸收降低效果检测时，需要进行10mm每段、共3段递进的钻孔及磨粉处理，但传统设备难以达到准确的试样处理精度，从而导致试验结果不具重现性的现象十分普遍。

在进行硬化混凝土芯样抗压强度试验中，要求芯样端面平整、平行且垂直于芯样的轴线，一般的处理方法是用混凝土切割机把混凝土芯样端面处理平整，但混凝土是脆性材料，在切割加工过程中往往容易造成边沿脆断而形成缺陷，在钻芯法检测混凝土强度技术规范（CECS03-88）中建议采用研磨机进行端面加工。

国外有通过类似电动打磨机的设备进行混凝土粉末样品制备，样品制备深度用游标卡尺测量控制，工作效率低，操作过程繁琐，控制精度不高。2008年9月17日公开的中国专利，公开号为CN101264460A，公开了一种混凝土粉末打磨机，采用电机与圆盘结构打磨片对混凝土样品进行逐层制备粉末。该装置可以研磨混凝土样品粉末，但其圆盘形结构打磨片与试样接触面积大，摩擦阻力大，不能灵活对随意对样品任意部位，任意深度进行磨粉，功能较为单一，尚不能满足试验室多样化的样品处理要求；打磨片面积相对较大，与试样的接触打磨面易不均匀，产生转动不平稳，导致研磨断面深度不一，难以达到深度高精度控制，影响试验准确性；转动机构与试样夹具平台分开设计，稳定性不好，垂直精度及分层深度控制精度难以控制；研磨过程中控制磨盘进给量不当时，容易造成过度打磨，影响样品的质量；研磨中由于采用圆盘形结构打磨片，使得磨出的粉末样品难以快速移出打磨面，从而降低研磨效率。

公开号为CN101620049，公开日为2010.01.06，发明名称为混凝土芯样抗压试验方法的中国发明专利申请公开了一种混凝土芯样抗压试验方法，包括混凝土芯样两端磨平后步骤，将混凝土芯样两端补平步骤，补平的混凝土芯样放入压力机(1、4)中加压试验步骤，其特征是：磨平的混凝土芯样直接放入压力机中，磨平的混凝土芯样(3)两端分别放置一块熟化橡胶垫(2)代替补平步骤。用于检测结构实体混凝土抗压强度试验时，保证芯样端面与试验机垫块的良好结合，使测试的强度值更接近混凝土强度真实值，提高了工作效率，解决了传统补平方法的安全环保问题。

公开号为CN101545840，公开日为2009.09.30，发明名称为用芯样强度推定结构混凝土强度的方法的中国发明专利申请公开了一种用芯样强度推定结构混凝土强度的方法，其主要技术方案是在结构混凝土实体上钻取直径75mm的芯样，通过切割、磨平，然后用万能材料试验机进行抗压强度试验，得出芯样试件的混凝土抗压强度值，再利用修正系数公式推定出结构混凝土强度。该发明的优点是：误差小、精度高。可应用于在建建设工程中的质量控制、已有建筑和灾后建筑的评估以及司法鉴定中。

公开号为CN202555324U，公开日为2012.11.28，发明名称为主动式混凝土粉末打磨的中国发明专利申请公开了一种动式混凝土粉末打磨机，其包括磨头进给往复运动系统、粉末收集及密封系统、混凝土试块夹持系统和支架系统；所述进给往复运动系统设有带调速档的速度可调的电机，所述电机固定在丝杆和导轨上，且其与磨头通过导杆相连接，所述磨头设有打磨片；所述磨头进给往复运动系统设置在打磨室的外部，所述丝杆上设有带动打磨片的进给运动的第一手动摇柄，以及通过导杆设有控制打磨片的往复运动的第二手动摇柄；所述粉末收集及密封系统，其在支架系统的上部设有与打磨室相连接的粉末收集箱；其操作起来更加方便，可供各类化学分析使用，能够实现粉末样品的快速精确制备。

发明内容

本发明的效果能够克服既往设备的不足，提供一种集磨粉、钻芯、成孔等多功能于一体的高精度、高效硬化混凝土试件处理设备。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于包括：机架、电机及变速箱、转轴、钻头、试件夹持装置、试件水平移动机构、竖向升降机构，所述转轴由电机及变速箱驱动，所述钻头固定在转轴的自由端，所述竖向升降机构作用于所述转轴使其可在竖直方向升降，试件由试件夹持装置固定在所述试件水平移动机构，所述试件水平移动机构可沿前、后、左、右水平方向移动。

所述钻头为人造金刚石空心钻头，其内径20mm，钻头金属筒体壁厚不小于2mm，筒体内外壁人造金刚石磨料敷设高度不小于10mm。

所述试件夹持装置包括一用于容纳试件的箱形壳体、一螺杆、一压板，箱形壳体通过螺栓固定在试样座，试件安放于箱形壳体内腔，螺杆作用于压板并将试件夹持于压板与箱形壳体腔壁之间。采用箱型的试件夹持装置固定混凝土试件，通过螺杆和压板压紧，可固定任意形状的混凝土试件，能保证试样试件轴线垂直于平台，保证磨粉或打磨后芯样端面与轴线垂直，同时粉末和污水在箱型夹具约束下减少对周围环境的污染。

所述箱形壳体底部设有导流孔供污水排放。

试件水平移动机构由两层移动平台组成，第一层移动平台为左右水平移动平台，第二层移动平台为前后水平移动平台，两层移动平台的底部分别设置有导轨供居于其上的移动平台水平移动，所述两层移动平台分别设置有螺栓孔，通过各自的长螺杆和转动手轮控制移动平台的水平移动。

所述竖向升降机构为一带有齿轮的调节手轮，所述转轴套接于转轴轴承，转轴轴承的外壁设置有与调节手轮的齿轮相啮接的齿条，所述调节手轮设置有手柄，转动手柄使调节手轮的齿轮转动令转轴上升或下降。可升降转轴调节范围为200mm，可满足一般硬化混凝土试件磨粉、钻芯和成孔的需求。

所述调节手轮中央设有高精度刻度盘，最小刻度为0.1mm，并带有自锁功能。

所述多功能高精度硬化混凝土试件处理机还包括用于对试件进行清洗的水洗装置，水洗装置的出水管管口设置于试件上方。

通过皮带塔轮传动变速箱降低旋转速度以及小直径钻头防止混凝土粉末飞溅，使粉末样品存留在试件表面被打磨而成的凹槽内，以便用毛刷和薄铁片收集粉末样品。

利用该装置进行芯样端部磨平操作中采用喷水防尘，箱型夹具可以防止污水流淌，通过导流管收集防尘污水，达到减少环境污染的目的。

本发明的装置通过操作水平万向移动平台利用人造金刚石空心钻头对硬化混凝土任意部位，任意深度进行研磨制备粉末样品，其精度可达0.1mm，保证了混凝土粉末样品制作的深度控制精度要求。利用皮带塔轮传动变速箱作为减速机构延长了电动机的使用寿命；同时本设备具有在混凝土试件上成孔或钻取不同直径芯样（通过换用不同直径的钻头）等功能。其具备操作方便，控制性好，提高了自动化程度，保证试验结果的可靠性，工作效率高，具备满足多功能要求下的试件批量处理能力。适用于氯离子扩散系数试验、硬化混凝土水灰比试验、硬化混凝土化学成分分析试验、芯样抗压强度试验、硅烷浸渍深度试验、碳化深度试验等多项试验的样品处理需要。

本发明多功能高精度硬化混凝土试件处理机利用人造金刚石空心钻头可以实现对混凝土试件的取芯功能；粉末样品制备时，把人造金刚石空心钻头钻入混凝土试件待测层后固定，利用前后水平移动平台和左右水平移动平台移动混凝土试件，利用人造金刚石空心钻头筒体外壁敷设的人造金刚石磨料实现对该待测层的粉末研磨。因此该装置可以在小试件任意部位进行芯样制备和粉末样品制备等操作，钻头直径较小操作灵活，混凝土试件利用率高，采用阶梯形研磨方式，即上一层研磨面积较大，下一层研磨面积缩小一点，可以有效避免粉末样品制备过程中上一层的侧面被研磨导致两层粉末样品混合而影响测量精度。该多功能高精度硬化混凝土试件处理机具备取芯和端面研磨加工功能，操作容易、直观，一次处理质量就能达到规范要求。

附图说明

下面结合附图以及具体实施方式对本装置作具体说明。

图1为本发明的整体外形结构示意图。

其中，三相交流电动机1，皮带塔轮传动变速箱2，可自锁高度调节手轮3，齿轮3.1，手柄3.2，中央刻盘3.3，转轴4，人造金刚石空心钻头5，箱形壳体6，螺杆7，压板8，混凝土试件9，前后水平移动平台10，转动手轮11，左右水平移动平台12，转动手轮13，电源控制箱14，控制面板15，转轴轴承16，齿条16.1，水孔17，插头18，防尘罩19，吊点20，防尘罩支架21，带齿刚性支柱22，高度调节器23，调节手柄24，高度调节基座25，水阀26，出水管27，导流管28，储水桶29，钻头控制平台30

具体实施方式

如图1所示，为本发明的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其包括：机架、电机及变速箱、转轴、钻头、试样座、试件夹持装置、竖向升降机构、试件水平移动机构等等。

机架的底部为电源控制箱14，电源控制箱14表面安装有控制面板15。电源控制箱14顶部安置有高度调节基座25、带齿刚性支柱22和高度调节器23及其调节手柄24。带齿刚性支柱22顶部安装有电机及变速箱。机架的最顶部安装有防尘罩支架21。

三相交流电动机1通过皮带塔轮传动变速箱2与可升降转轴4连接。可升降转轴4通过带刻度盘的可自锁高度调节手轮3高精度地控制升降高度。具体来说，三相交流电动机1与皮带塔轮传动变速箱2安装于机架的上部，可升降转轴4、可自锁高度调节手轮3设置于钻头控制平台30，位于皮带塔轮传动变速箱2下方。电机通过皮带塔轮传动变速箱连接转轴及钻头，能达到降低钻头转速，增大扭矩，转动平稳，能减少电机发热，延长电机寿命的作用。可自锁高度调节手轮3设置有手柄3.2、中央刻盘3.3、齿轮3.1。可升降转轴4套接于转轴轴承16，转轴轴承16的外壁设置有与齿轮3.1相啮接的齿条16.1。转动手柄3.2可使调节手轮转动，由于齿条与齿轮的啮接，从而使转轴上升或下降。中央刻盘3.3为高精度刻度盘，最小刻度为0.1mm，并带有自锁功能。人造金刚石空心钻头5连接在可升降转轴4的自由端，跟随可升降转轴同步升降。人造金刚石空心钻头内径20mm，钻头金属筒体壁厚不小于2mm，筒体内外壁人造金刚石磨料敷设高度不小于10mm。

电源控制箱14顶部设置有试样座、试件夹持装置、试件水平移动机构。试样座用于安放混凝土试件9。试件夹持装置包括用于容纳试件的箱形壳体6、螺杆7、压板8。箱形壳体6通过螺栓固定在试样座。混凝土试件9安放于箱形壳体6内腔，螺杆7作用于压板8并将混凝土试件夹持于压板8与箱形壳体6腔壁之间。箱形壳体底部设有导流孔供污水排放。

试件水平移动机构由两层移动平台组成，第一层移动平台为左右水平移动平台12，第二层移动平台为前后水平移动平台10，可将左右水平移动平台设置于上而前后水平移动平台设置于下，反之亦可。两层移动平台的底部分别设置有导轨，移动平台可沿导轨水平移动。两层移动平台分别设置有螺栓孔，通过各自的长螺杆和转动手轮13、11调节移动平台的左右或前后水平移动。

人造金刚石空心钻头5的基准高度通过带齿刚性支柱22、导向连接器23及调节手柄24调节。刚性支柱上有齿条，可根据不同试验要求调节钻头的基准高度。移装设备可通过吊点20进行吊装。

本发明的多功能高精度硬化混凝土试件处理机还设置有用于对试件进行清洗的水洗装置，具体包括设置于电源控制箱箱体底部的进水孔17、设置于钻头控制平台30底部的水阀26、出水管27，出水管27的管口设置于试件上方。

在进行硬化混凝土粉末样品制备操作中，将混凝土样品放置在试样座，并通过试件夹持装置固定，通过水平万向移动平台移送到人造金刚石空心钻头下方，通过带刻度盘可自锁高度调节手轮调节可升降转轴，使人造金刚石空心钻头刚好接触混凝土试件表面为粉末样品制备作准备，并记录该位置对应刻度盘的读数作为进尺“0”点。开启电源，人造金刚石空心钻头正常工作后，通过可自锁高度调节手轮调节可升降转轴至指定深度（通常为1～2mm），控制水平万向移动平台，利用人造金刚石空心钻头侧面研磨混凝土试件，开始制备混凝土粉末样品。通过皮带塔轮传动变速箱降低转速后，混凝土粉末样品一般不会飞溅而停留在试件表面被研磨后的凹槽内，关闭电源开关，钻头停止工作并升起后，采用小毛刷和薄铁片可以从试件表面被研磨的凹槽内轻易收集混凝土粉末样品，用吸尘机把多余粉末样清理后进行下一层粉末样品的制备。进行硬化混凝芯样端面加工操作与粉末样品制备操作相似。本发明在硬化混凝土粉末样品制备过程中，控制水平万向移动平台，使试件水平移动，人造金刚石空心钻头固定在某一高度不作调整，利用人造金刚石空心钻头侧面研磨混凝土试件成粉末，从而克服了其他设备可能造成过度研磨的情况。研磨时采用小尺寸磨头，使得磨出的粉末样品能快速移出打磨面，从而大大提高研磨效率。

在进行硬化混凝土钻孔或取芯操作中，可采用更换不同直径的钻头来完成不同规格芯样钻取。将混凝土样品放置在试件夹持装置中，压紧固定，把试件通过水平万向移动平台移送到人造金刚石空心钻头下方，开启电源，人造金刚石空心钻头正常工作后，通过带刻度盘可自锁高度调节手轮调节可升降转轴至指定深度钻取芯样。

Claims (8)

1.一种多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于包括：机架、电机及变速箱、转轴、钻头、试件夹持装置、试件水平移动机构、竖向升降机构，所述转轴由电机及变速箱驱动，所述钻头固定在转轴的自由端，所述竖向升降机构作用于所述转轴使其可在竖直方向升降，试件由试件夹持装置固定在所述试件水平移动机构，所述试件水平移动机构可沿前、后、左、右水平方向移动。

2.根据权利要求1所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述钻头为人造金刚石空心钻头，其内径20mm，钻头金属筒体壁厚为2～3mm，筒体内外壁人造金刚石磨料敷设高度为10～15mm。

3.根据权利要求1所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述试件夹持装置包括一用于容纳试件的箱形壳体、一螺杆、一压板，箱形壳体通过螺栓固定在试样座，试件安放于箱形壳体内腔，螺杆作用于压板并将试件夹持于压板与箱形壳体腔壁之间。

4.根据权利要求3所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述箱形壳体底部设有导流孔供污水排放。

5.根据权利要求1所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述试件水平移动机构由两层移动平台组成，第一层移动平台为左右水平移动平台，第二层移动平台为前后水平移动平台，两层移动平台的底部分别设置有导轨供居于其上的移动平台水平移动，所述两层移动平台分别设置有螺栓孔，通过各自的长螺杆和转动手轮控制移动平台的水平移动。

6.根据权利要求1所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述竖向升降机构为一带有齿轮的调节手轮，所述转轴套接于转轴轴承，转轴轴承的外壁设置有与调节手轮的齿轮相啮接的齿条，所述调节手轮设置有手柄，转动手柄使调节手轮的齿轮转动令转轴上升或下降。

7.根据权利要求6所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述调节手轮中央设有高精度刻度盘，最小刻度为0.1mm，并带有自锁功能。

8.根据权利要求1所述的多功能高精度硬化混凝土试件处理机，其特征在于：所述多功能高精度硬化混凝土试件处理机还包括用于对试件进行清洗的水洗装置，水洗装置的出水管管口设置于试件上方。

Images