CN108680389B - 一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置及取样方法，该装置包括用于对试验样品进行夹持的夹持装置和对试验样品进行钻粉的钻粉机构；所述的夹持装置包括垫圈和固定装置；所述的钻粉机构包括钻机、空心钻头和螺旋空心柱，在空心钻头轴向外侧设置螺旋进位器，螺旋进位器与钻机通过螺旋空心柱衔接，在螺旋进位器顶端设置滚珠角度器。利用该装置钻粉取样时，先固定装置将垫圈固定于试验样品表面，之后安装空心钻头，在螺旋进位器上精确设置钻样深度，启动钻机进行磨粉取样。本发明采用垫圈内径限定取样范围，利用螺旋进位器控制钻粉深度，操作简单，仪器轻便，可在工程现场取样；操作过程中没有污染，不会对人体造成伤害。

Description

一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置及取样方法

技术领域

本发明涉及一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置及取样方法，属于混凝土材料性能测试领域。

背景技术

混凝土是当今最重要的建筑材料，广泛应用于建筑、交通、桥梁、水利、地下工程等领域。随全球经济迅速发展，建设规模空前，混凝土使用量逐年上升，对于经济高速发展的中国尤为突出。大量的混凝土结构服役于严酷的环境中，其耐久性和安全性将面临严峻的挑战。混凝土构件在服役过程中面临严酷环境考验，例如海洋环境、西部盐土环境、盐湖环境等。每年，由于耐久性而导致的直接经济损失十分巨大，我国近年来混凝土结构的过早失效时有发生，这不仅导致了国家财富大量流失，而且造成了资源与能源的极大浪费，更严重的是造成了大量的人员伤亡。外界环境显著影响混凝土耐久性，如水分传输、离子传输等，而离子传输中的氯离子侵蚀被列为影响混凝土耐久性众多因素中的首位。因此，混凝土中氯离子传输是混凝土服役寿命设计和耐久性评估的关键性因素，成为此领域的研究重点及难点。研究混凝土中氯离子传输对完善混凝土结构耐久性理论、提高耐久性设计水平具有重要意义，同时也为混凝土结构的寿命预测、维护和维修提供理论支撑。

近年来，科研工作者提出了大量的有关混凝土氯离子传输性能的测试与表征方法，并制定了相应的测试标准，主要包括：自然扩散法(NT Build 443、ASTM C1556)RCM法(NT Build 492、GB/T 50082)，电通量法(ASTM C1202、GB/T50082)、稳态电迁移法(NTBuild 355)、电导率法(CCES 01)和电阻率，其中自然扩散法与实际工程中浸泡于海水中的结构混凝土的氯离子扩散较为接近，是评价其它氯离子扩散系数快速测定方法的依据。自然扩散法又称盐溶液浸泡法，该方法已被欧洲、美国列为标准试验方法，试验中需要对试样进行分层磨粉，测定粉末中氯离子含量，基于Fick第二定律误差函数解进行拟合得到氯离子扩散系数和表面氯离子浓度；针对试验中的分层磨粉，目前市场上所用仪器体积较为庞大，携带不便。因此，研究小型轻便且精度高的混凝土钻粉取样十分必要，便于工程现场实地考察应用，也可应用于实验室。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置及取样方法，便于工程现场实地考察应用。

技术方案：本发明提供了一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，该装置包括用于对试验样品进行夹持的夹持装置和对试验样品进行钻粉的钻粉机构；所述的夹持装置包括垫圈和将垫圈固定在试验样品表面的固定装置；所述的钻粉机构包括空心钻头、螺旋空心柱、螺旋进位器、滚珠角度器和钻机；所述的空心钻头与钻机衔接，螺旋空心柱轴向嵌套在空心钻头的外侧且与钻机固定衔接，螺旋进位器和滚珠角度器以螺旋方式与螺旋空心柱的外表面连接，且滚珠角度器位于螺旋进位器的上方与螺旋进位器固定连接。

其中：

所述的夹持装置和钻粉机构二者为分离式设计。

所述的将垫圈固定在试验样品表面的固定装置为固定卡头或者螺栓；所述固定卡头便于将垫圈固定于小型试验样品上，螺栓便于将垫圈固定于墙面，最终实现工程现场钻粉取样。

所述的螺旋进位器自上而下包括上螺旋和下螺旋，其中上螺旋和下螺旋均以螺纹方式连接在螺旋空心柱外表面，且上螺旋和下螺旋外侧均设置有把手，下螺旋的底端固定有下螺旋底盘，下螺旋底盘随着下螺旋上下移动。

所述的垫圈由叠放在一起的上垫圈和下垫圈组成，下垫圈与试验样品表面接触，其内径大小根据钻样范围进行调整；上垫圈内径大于螺旋进位器的下螺旋底盘的外径，下垫圈内径小于螺旋进位器的下螺旋底盘的外径；

所述空心钻头的顶部为纵向切口形状，其外径为3～8mm；空心钻头的底部为外螺纹接口，与钻机以螺纹方式固定衔接。

空心钻头可防止局部粉末过多和摩擦受热过快，且钻头可拆卸，方便快捷。

所述螺旋空心柱轴向嵌套在空心钻头的外侧且与钻机固定衔接中，固定衔接方式为焊接，螺旋空心柱的外径为30～50mm，且其上端的侧面设置有轴向卡槽，卡槽宽度为2～5mm。

所述的轴向卡槽沿螺旋空心柱轴向方向均匀布置，其数量大于等于1个，且等于滚珠角度器中内表盘卡条数目。

所述滚珠角度器由内表盘和外表盘组成，内表盘和外表盘通过机械槽衔接，两者中间安置滚珠便于外表盘相对内表盘转动；在内表盘的表面具有角刻度，其精度按照需求设计；在内表盘内侧、对应螺旋空心柱上端外侧面轴向卡槽的位置设置有内表盘卡条，内表盘卡条与轴向卡槽相卡合，内表盘内侧的其他部位均不与螺旋空心柱接触，内表盘相对螺旋空心柱只可轴向运动而不可径向转动；在外表盘底端设有外表盘卡口，用于将滚珠角度器和螺旋进位器卡合连接，在外表盘内侧设置内螺纹，与螺旋空心柱通过螺纹方式连接，螺旋进位器转动过程中带动外表盘共同转动，而内表盘相对螺旋空心柱只发生相应的轴向运动，实现取样深度计数。

所述钻机的转速可调，满足不同强度试验样品取样需要。

本发明还提供了一种利用上述手持式高精度混凝土钻粉取样装置进行钻粉取样的方法，包括以下步骤：

1)利用固定装置将垫圈固定在试验样品待取粉位置的表面；

2)在钻机上固定螺旋空心柱后，将空心钻头固定在钻机上，之后依次在螺旋空心柱上旋入滚珠角度器和螺旋进位器，然后将螺旋进位器的下螺旋底盘与空心钻头顶端处于同一高度，同时依次向下旋紧螺旋进位器中的上螺旋和滚珠角度器，并通过滚珠角度器中外表盘的底端外表盘卡口与螺旋进位器的上螺旋把手卡紧；

3)基于滚珠角度器角度盘读数将上螺旋向上旋转至预设钻粉深度，然后将下螺旋向上旋紧，最后启动钻机进行试验样品钻粉取样，直至钻取所设置深度的样品，最后收集样品粉末进行离子测定。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1)精度高、重复性好：本发明通过设计特殊的螺旋进位器和滚珠角度器，结合垫圈联合精确控制混凝土钻粉取样深度，可实现高精度间距进行取粉，误差可设计小于10μm；而目前工程现场常用的电钻取粉时，取样深度凭肉眼观察，间距无法精确控制，且层与层之间相互干扰，上层粉容易进入到下层，取样重复性差；

2)本发明通过设计特殊的空心钻头，成功解决了传统取样方法中局部粉末过多及摩擦受热过快等弊端；

3)设备小巧、操作方便：可满足不同工程现场试验需求，便于携带，操作过程中没有污染，不会对人体造成伤害，工程价值应用前景显著。

附图说明

图1为本发明提供的手持式高精度混凝土钻粉取样装置组合示意图；

图2为垫圈结构示意图；

图3为空心钻头结构示意图；

图4为螺旋进位器结构示意图；

图5为滚珠角度器结构示意图；

图6为滚珠角度器剖面图；

图中有：垫圈1、上垫圈1-1、下垫圈1-2、螺栓孔1-3、固定装置2、空心钻头3、螺旋空心柱4、螺旋进位器5、上螺旋5-1、下螺旋5-2、下螺旋底盘5-3、滚珠角度器6、内表盘6-1、内表盘卡条6-2、外表盘6-3和外表盘卡口6-4组成和钻机7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，如图1所示，该装置包括用于对试验样品进行夹持的夹持装置和对试验样品进行钻粉的钻粉机构，夹持装置和钻粉机构是分离的：

所述的夹持装置包括垫圈1和将垫圈固定在试验样品表面的固定装置2；所述的固定装置2为固定卡头或者螺栓；所述的垫圈1如图2所示，由叠放在一起的上垫圈1-1和下垫圈1-2组成，在垫圈1的周边还设置有螺栓孔1-3，下垫圈1-2与试验样品表面接触，其内径大小根据钻样范围可加工不同尺寸，上垫圈1-1内径大于螺旋进位器5的下螺旋底盘5-3外径，下垫圈1-2内径小于螺旋进位器5的下螺旋底盘5-3外径，螺栓孔1-3便于垫圈1通过螺栓被固定于试验样品表面；

所述的钻粉机构包括空心钻头3、螺旋空心柱4、螺旋进位器5、滚珠角度器6和钻机7，所述的空心钻头3与钻机7衔接，螺旋空心柱4轴向嵌套在空心钻头3的外侧且与钻机7固定衔接为整体，螺旋进位器5和滚珠角度器6以螺旋方式与螺旋空心柱4的外表面连接，且滚珠角度器6位于螺旋进位器5的上方与螺旋进位器5固定连接：

空心钻头3如图3所示，其顶部为十字叉切口形状，外径为8mm，底部为外螺纹接口，与钻机7转头以螺纹方式衔接，空心钻头3可防止局部粉末过多和摩擦受热过快，且钻头可拆卸，方便快捷；

螺旋进位器5如图4所示，其自上而下包括上螺旋5-1和下螺旋5-2，其中上螺旋5-1和下螺旋5-2均以螺纹方式连接在螺旋空心柱4外表面，且上螺旋5-1和下螺旋5-2外侧均设置有把手，下螺旋5-2的底端固定有下螺旋底盘5-3，下螺旋底盘5-3随着下螺旋5-2上下移动；

如图5和图6所示，滚珠角度器6由内表盘6-1和外表盘6-3组成，内表盘6-1和外表盘6-3通过机械槽衔接，两者中间安置滚珠便于外表盘6-3相对内表盘6-1转动；在内表盘6-1的表面具有角刻度，精度为10μm；在内表盘6-1内侧、对应螺旋空心柱4上端外侧面轴向卡槽的位置设置有内表盘卡条6-2，内表盘卡条6-2与轴向卡槽相卡合，内表盘6-1内侧的其他部位均不与螺旋空心柱4接触，内表盘6-1相对螺旋空心柱4只可轴向运动而不可径向转动；在外表盘6-3底端设有外表盘卡口6-4，用于将滚珠角度器6和螺旋进位器5卡合连接，在外表盘6-3内侧设置内螺纹，与螺旋空心柱4通过螺纹方式连接，螺旋进位器5转动过程中带动外表盘6-3共同转动，而内表盘6-1相对螺旋空心柱4只发生相应的轴向运动，便于计量转动角度。

一种利用上述手持式高精度混凝土钻粉取样装置钻粉取样的方法，该方法包括以下步骤：

1)利用固定装置2将垫圈1固定在试验样品待取粉位置的表面；

2)在钻机7上焊接螺旋空心柱4后，将空心钻头3通过螺纹固定在钻机7上，之后安装空心钻头3后，依次在螺旋空心柱4上旋入滚珠角度器6和螺旋进位器5，然后将螺旋进位器5的下螺旋底盘5-3与空心钻头3顶端处于同一高度，同时依次向下旋紧螺旋进位器5中的上螺旋5-1和滚珠角度器6，并通过滚珠角度器6中外表盘6-3的底端外表盘卡口6-4与螺旋进位器5的上螺旋5-1把手卡紧；

3)基于滚珠角度器6角度盘读数将上螺旋5-1向上旋转至预设钻粉深度，然后将下螺旋5-2向上旋紧，最后启动钻机进行试验样品钻粉取样，直至钻取所设置深度的样品，最后收集样品粉末进行离子测定。

Claims (8)

1.一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：该装置包括用于对试验样品进行夹持的夹持装置和对试验样品进行钻粉的钻粉机构；所述的夹持装置包括垫圈(1)和将垫圈(1)固定在试验样品表面的固定装置(2)；所述的钻粉机构包括空心钻头(3)、螺旋空心柱(4)、螺旋进位器(5)、滚珠角度器(6)和钻机(7)；所述的空心钻头(3)与钻机(7)衔接，螺旋空心柱(4)轴向嵌套在空心钻头(3)的外侧且与钻机(7)固定衔接为整体，螺旋进位器(5)和滚珠角度器(6)以螺旋方式与螺旋空心柱(4)的外表面连接，且滚珠角度器(6)位于螺旋进位器(5)的上方与螺旋进位器(5)固定连接；

所述滚珠角度器(6)由内表盘(6-1)和外表盘(6-3)组成，内表盘(6-1)和外表盘(6-3)通过机械槽衔接，两者中间安置滚珠便于外表盘(6-3)相对内表盘(6-1)转动；在内表盘(6-1)的表面具有角刻度；在内表盘(6-1)内侧、对应螺旋空心柱(4)上端侧面的轴向卡槽位置设置有内表盘卡条(6-2)，内表盘卡条(6-2)与轴向卡槽相卡合，内表盘(6-1)内侧的其他部位均不与螺旋空心柱(4)接触，内表盘(6-1)相对螺旋空心柱(4)只可轴向运动而不可径向转动；在外表盘(6-3)底端设有外表盘卡口(6-4)，用于将滚珠角度器(6)和螺旋进位器(5)卡合连接，在外表盘(6-3)内侧设置内螺纹，与螺旋空心柱(4)通过螺纹方式连接，螺旋进位器(5)转动过程中带动外表盘(6-3)共同转动，而内表盘(6-1)相对螺旋空心柱(4)只发生相应的轴向运动。

2.如权利要求1所述的一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：所述的夹持装置和钻粉机构二者为分离式设计。

3.如权利要求1所述的一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：所述的将垫圈(1)固定在试验样品表面的固定装置(2)为固定卡头或者螺栓。

4.如权利要求1所述的一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：所述的螺旋进位器(5)自上而下包括上螺旋(5-1)和下螺旋(5-2)，其中上螺旋(5-1)和下螺旋(5-2)均以螺纹方式连接在螺旋空心柱(4)外表面，且上螺旋(5-1)和下螺旋(5-2)外侧均设置有把手，下螺旋(5-2)的底端固定有下螺旋底盘(5-3)，下螺旋底盘(5-3)随着下螺旋(5-2)上下移动。

5.如权利要求4所述的一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：所述的垫圈(1)由叠放在一起的上垫圈(1-1)和下垫圈(1-2)组成，下垫圈(1-2)与试验样品表面接触，其内径大小根据钻样范围进行调整；上垫圈(1-1)内径大于螺旋进位器(5)的下螺旋底盘(5-3)的外径，下垫圈(1-2)内径小于螺旋进位器(5)的下螺旋底盘(5-3)的外径。

6.如权利要求1所述的一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：所述空心钻头(3)的顶部为纵向切口形状，其外径为3～8mm；空心钻头(3)的底部为外螺纹接口，与钻机(7)以螺纹方式固定衔接。

7.如权利要求1所述的一种手持式高精度混凝土钻粉取样装置，其特征在于：所述螺旋空心柱(4)轴向嵌套在空心钻头(3)的外侧且与钻机(7)固定衔接为整体中，固定衔接方式为焊接，螺旋空心柱(4)的外径为30～50mm，且其上端侧面设置有轴向卡槽，卡槽宽度为2～5mm。

8.一种利用如权利要求4所述的手持式高精度混凝土钻粉取样装置进行钻粉取样的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)利用固定装置(2)将垫圈(1)固定在试验样品待取粉位置的表面；

2)在钻机(7)上固定螺旋空心柱(4)后，将空心钻头(3)固定在钻机(7)上，之后依次在螺旋空心柱(4)上旋入滚珠角度器(6)和螺旋进位器(5)，然后将螺旋进位器(5)的下螺旋底盘(5-3)与空心钻头(3)顶端处于同一高度，同时依次向下旋紧螺旋进位器(5)中的上螺旋(5-1)和滚珠角度器(6)，并通过滚珠角度器(6)中外表盘(6-3)的底端外表盘卡口(6-4)与螺旋进位器(5)的上螺旋(5-1)把手卡紧；

3)基于滚珠角度器(6)角度盘读数将上螺旋(5-1)向上旋转至预设钻粉深度，然后将下螺旋(5-2)向上旋紧，最后启动钻机进行试验样品钻粉取样，直至钻取所设置深度的样品，最后收集样品粉末进行离子测定。

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