CN109387139A - 混凝土表面粗糙度检测方法及测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面粗糙度检测方法及测试仪。检测方法的步骤包括：将摩擦组件置于受测混凝土表面上，使摩擦组件在受测混凝土表面做转动或滑动，测量摩擦组件在运动中的转速、扭矩、速度、阻力等物理量，根据所测得的物理量按相应计算式求得表面粗糙度的特征量或推定受测混凝土的表面粗糙度。实现该方法的测试仪包括本体、支座、摩擦组件，摩擦组件的摩擦区域为圆环形或矩形。采用本发明的检测方法和测试仪进行混凝土表面粗糙度的测试和评定，原理清晰，结果可信，适用面广，操作简便。
Description
技术领域
本发明属于一种混凝土表面粗糙度检测方法，尤其是一种用于装配式混凝土构件表面粗糙度的检测方法。
本发明还涉及一种混凝土表面粗糙度测试仪，包括本体、支座、摩擦组件，摩擦组件的摩擦区域为圆环形或矩形。
背景技术
对于叠合板、叠合梁等装配式混凝土构件，其结合面的粗糙度是影响二次浇筑质量的重要因素。这类结合面一般采取拉毛、扫毛、化学处理或者凿毛等手段进行处理，相应的也需要对处理后的结合面的粗糙度进行检测和评定。现有的表面粗糙度检测方法主要是灌砂法，即在混凝土构件表面平铺标准砂，测量所灌砂面的面积S和所铺标准砂的体积V，以平均灌砂深度H（H=V/S）作为特征量来评定混凝土的表面粗糙度。灌砂法需要制备标准砂，测量步骤多，余砂不易清除，且只适用于水平表面，因此难以满足工程实际的需要。也有一些利用百分表、探深尺等工具的检测方法，通过测量混凝土表面各测点相对于基准面的深度值来评定表面粗糙度，这些方法所用的仪器配件较多，测量效率低，结果误差大。此外，上述方法都是以表面的宏观凸凹深度作为检测的唯一观测量和评定的唯一指标，未考虑不同表面（即便凸凹深度相同）在微观形态上的差异，因此从本质上也无法准确评定混凝土结合面的粗糙度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种简便可靠的表面粗糙度检测方法。
与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种表面粗糙度测试仪，可适用于任意角度的表面，操作简便，结果准确。
就表面粗糙度检测方法而言，本发明的检测方法包括如下步骤：将摩擦组件置于受测混凝土表面上；使摩擦组件在受测混凝土表面做转动或滑动；测量摩擦组件在运动中的转速、扭矩、速度、阻力等物理量；根据所测得的物理量按相应计算式求得表面粗糙度的特征量或推定受测混凝土的表面粗糙度。由于摩擦组件在运动状态下的物理量（转动状态下的转速和扭矩以及滑动状态下的速度和阻力）与混凝土表面的粗糙度直接相关，因此通过测量上述物理量即可表征或推定混凝土的表面粗糙度。
与现有技术相比，本发明表面粗糙度检测方法具有以下有益效果：本检测方法利用表面粗糙度与摩擦力之间的相关关系，通过测量摩擦组件在混凝土表面运动中的有关物理量来表征或推定混凝土的表面粗糙度，技术原理清晰，操作步骤简便，检测结果可信，适用场合广泛。
作为本发明表面粗糙度检测方法的改进，摩擦组件的摩擦区域为圆环形或矩形。在转动状态下，影响摩擦组件的转速和扭矩的主要是圆形摩擦区域的外侧部分，靠近圆心的区域对测量结果影响较小。因此采用圆环形的摩擦组件有利于提高检测结果的准确性并简化摩擦组件的构成。在滑动状态下，则采用矩形的摩擦组件有利于提高检测结果的准确性并简化摩擦组件的构成。
作为本发明表面粗糙度检测方法的另一个改进，摩擦组件的摩擦体为纤维状。纤维状的摩擦体包括合成纤维、植物纤维、金属丝等。这类纤维的长短、粗细、硬度以及耐磨性能等可根据需要进行调整，既易于取得，也适合作为与混凝土表面接触的摩擦体。
作为本发明表面粗糙度检测方法的另一个改进，在混凝土表面进行测试之前或之后，检测步骤还可以包括：将摩擦组件置于标准板或校准板上，并使摩擦组件做转动或滑动，测量摩擦组件在运动中的转速、扭矩、速度、阻力等物理量。由于本发明表面粗糙度检测方法属于一种间接方法，所得结果依赖于上述在运动状态下测得的物理量。因此，除在混凝土表面进行测试之外，增加在标准板上进行测试的步骤，可利于相应测试设备的校准或对所测结果进行修正。此处的标准板可选择有规定粗糙度的砂纸、特殊加工的陶瓷板、水泥板或金属板等，校准板可选择玻璃板、抛光瓷板、多孔陶板或刻痕金属板等。
就表面粗糙度测试仪而言，本发明的表面粗糙度测试仪包括本体、支座、摩擦组件，摩擦组件的摩擦区域为圆环形或矩形。
与现有技术相比，本发明表面粗糙度测试仪具有以下有益效果：结果代表性强，对测量结果有影响的部位集中在邻近表面的适当深度范围内，避免了灌砂法等深度测试方法因局部大的孔洞或凹陷对结果造成的偏差；适用范围广，既可在水平条件下测试，也可在其它任意角度下测试；检测效率高，单人操作设备在短时间内即可完成测试工作，且无后续表面恢复工作。
作为本发明表面粗糙度测试仪的改进，还包括转速计或扭矩传感器。在转动摩擦状态下，测试仪有关组件的转速、扭矩和混凝土的表面粗糙度呈相关关系。因此配置转速计或扭矩传感器有助于掌握在不同条件下转速和扭矩间的关系，从而更准确的表征或推定表面粗糙度。
作为本发明表面粗糙度测试仪的另一个改进，摩擦组件相对于支座所处平面间的距离可调。对于不同表面处理工艺的混凝土，其表面凸凹的高度差是一个范围。通过调整摩擦组件相对于支座所处平面间的距离，可调节摩擦体突出支座所处平面的长度，从而增大测试仪的使用范围，使同一测试仪可用于不同表面的测试。
作为本发明表面粗糙度测试仪的另一个改进，摩擦体采用合成纤维或金属丝。针对混凝土表面，良好的摩擦体应尺寸加工均匀、耐磨、耐腐蚀、经济，具有一定的刚度和良好的韧性。因此，聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯纤维（丙纶）、高强钢丝等可作为摩擦体的优选材料。
作为本发明表面粗糙度测试仪的另一个改进，还包括拉力传感器。在摩擦状态下，测试仪有关组件的拉力和混凝土的表面粗糙度呈相关关系。因此配置拉力传感器有助于准确表征或推定表面粗糙度。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第一种实施方式的示意图；
图2是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第一种实施方式的摩擦组件仰视图；
图3是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第一种实施方式的局部剖视图；
图4是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第三种实施方式的示意图；
图5是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第三种实施方式的仰视图；
图6是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第五种实施方式的示意图；
图7是本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第五种实施方式的仰视图；
其中：1、本体，2、支座，3、摩擦盘，4、尼龙丝，5、传动轴，6、上调位螺母，7、下调位螺母，8、控制开关，9、显示屏，10、速度/扭矩调节旋钮，11、受测混凝土，12、导杆，13、螺杆，14、丙纶毛条，15、手柄，16、拉力传感器，17、导索。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来对本发明表面粗糙度检测方法及测试仪做进一步的详细描述，以求更为清楚地理解本发明的结构组成和使用方式，但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第一种实施方式如图1至图3所示。本体1的下端设有支座2，圆形的摩擦盘3和呈圆环形分布在摩擦盘3上的尼龙丝4共同组成摩擦组件，摩擦组件由上调位螺母6和下调位螺母7固定在传动轴5的下端，传动轴5与设在本体1内的电机相连，本体1的上端为手柄15，手柄15上设有控制开关8、显示屏9和速度/扭矩调节旋钮10。本体1中还设有转速计、扭矩传感器和控制***。摩擦组件在传动轴5上的位置可通过上调位螺母6和下调位螺母7进行调整，速度/扭矩调节旋钮10可调节设定电机的转速或扭矩，转速计、扭矩传感器可测量并采集摩擦组件的转速和扭矩值，显示屏9可将有关测量结果进行显示输出，控制开关8可操纵电机的启停，尼龙丝4在自由状态下突出支座2所处平面一定长度。
下面结合图1至图3对本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第一种实施方式的测试过程进行描述。先在自由状态下（尼龙丝4未与混凝土表面接触）测量尼龙丝4突出支座2所处平面的长度，如不符合预定要求，可通过上调位螺母6和下调位螺母7进行调整；调节速度/扭矩调节旋钮10至预定转速档位，手持手柄15将测试仪抵靠在受测混凝土11的表面；按下控制开关8，启动电机，电机驱动传动轴5并带动摩擦组件转动；摩擦组件的转速和扭矩分别由转速计和扭矩传感器测量并采集；受尼龙丝4与受测混凝土11表面所发生的摩擦力的影响，在给定的转速条件下，摩擦组件的扭矩在一定时间内将达到基本恒定；按下控制开关8，关闭电机，读取并记录显示屏9上显示的相关测量数据。
在本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第一种实施方式中，设摩擦盘的半径为r，圆环形摩擦区域的宽度为b，则摩擦区域的面积S=(πr2-π(r-b)2)；设摩擦组件的转速达到恒定时（转速为n，单位为转/min）的扭矩为T，转速为n的摩擦组件在空气中的运动阻力为R，则R=λn2（λ为摩擦组件的空气阻力系数），摩擦组件在受测混凝土表面的摩擦阻力F=(T/(r-b/2)-R)。定义在此测试条件下，单位混凝土表面所产生的转动阻力为表面粗糙度扭矩系数，用kT表示，则kT=F/S，其单位为N/m2。根据上述定义可知，当T、r、b、λ和n均为已知量的情况下，即可求得kT。
本发明表面粗糙度检测方法的第二种实施方式与第一种实施方式基本相同，也如图1至图3所示。在测试过程中除将速度/扭矩调节旋钮10调至预定扭矩档位外，其它过程与第一种实施方式一致。在给定的扭矩条件下，摩擦组件的转速在一定时间内将达到基本恒定。定义在此测试条件下，单位混凝土表面所产生的转动阻力为表面粗糙度转速系数，用kn表示，则kn=F/S，其单位为N/m2。同理，当T、r、b、λ和n均为已知量的情况下，即可求得kn。
在本发明表面粗糙度检测方法的第一种实施方式和第二种实施方式中，计算表面粗糙度扭矩系数kT或表面粗糙度转速系数kn时，需要确定摩擦组件的空气阻力系数λ。对此，可在自由状态下（尼龙丝未与混凝土表面接触）分别按上述过程进行操作测试。由于此时摩擦组件并未与混凝土表面发生接触，则有R=T/(r-b/2)，因此λ=R/n2=T/(r-b/2)n2，从而进一步可求得表面粗糙度扭矩系数kT或表面粗糙度转速系数kn。上述自由状态下所求得的空气阻力系数λ没有考虑因尼龙丝的变形所产生的轴向力（沿传动轴方向）对扭矩或转速的影响。严格意义上，应根据尼龙丝变形所产生轴向力的大小，在传动轴下端施加同样的轴向力，在此条件下方可准确求得空气阻力系数λ。
本发明表面粗糙度检测方法第三种实施方式如图4和图5所示。本体1的下端设有4个支座2，支座2与本体1采用螺纹连接，矩形的摩擦盘3和丙纶毛条14共同组成摩擦组件，丙纶毛条14在自由状态下突出支座2所处平面一定长度，摩擦组件通过2个导杆12与本体1滑动连接，螺杆13穿过摩擦组件与配有扭矩传感器的电机相连，本体1上还设有转速计、显示屏9、速度/扭矩调节旋钮10和手柄15，手柄15上设有控制开关8。
下面结合图4和图5对本发明表面粗糙度检测方法第三种实施方式的测试过程进行描述。先在自由状态下测量丙纶毛条14突出支座2所处平面的长度，如不符合预定要求，可通过支座2与本体1间的螺纹进行调整；调节速度/扭矩调节旋钮10至预定转速档位，手持手柄15将测试仪抵靠在受测混凝土11的表面；按下控制开关8，启动电机，电机驱动螺杆13并带动摩擦组件在导杆12上滑动；螺杆13的转速和扭矩分别由转速计和扭矩传感器测量并采集；受丙纶毛条14与受测混凝土11表面所发生的摩擦力的影响，在给定的转速条件下，螺杆13的扭矩在一定时间内将达到基本恒定；按下控制开关8，关闭电机，读取并记录显示屏9上显示的相关测量数据。
在本发明表面粗糙度检测方法第三种实施方式中，设摩擦盘摩擦区域的面积为S，螺杆的转速达到恒定时（转速为n，单位为转/min）的扭矩为T，转速为n的螺杆与摩擦组件间的推力为P，2个导杆对摩擦组件的滑动阻力为R，则T=PPB/2πη。其中PB为螺杆导程，η为机械效率系数，对于同一测试仪来说，两者均为常数。摩擦组件在受测混凝土表面的摩擦阻力F=(2πη/PB)T-R。定义在此测试条件下，单位混凝土表面所产生的滑动阻力为表面粗糙度扭矩系数，用k’T表示，则k’T=F/S，其单位为N/m2。根据上述定义可知，当T、R和η/PB均为已知量的情况下，即可求得k’T。
本发明表面粗糙度检测方法的第四种实施方式与第三种实施方式基本相同，也如图4和图5所示。在测试过程中除将速度/扭矩调节旋钮10调至预定扭矩档位外，其它过程与第三种实施方式一致。在给定的扭矩条件下，螺杆13的转速在一定时间内将达到基本恒定。定义在此测试条件下，单位混凝土表面所产生的滑动阻力为表面粗糙度转速系数，用k’n表示，则k’n=F/S，其单位为N/m2。同理，当T、R和η/PB均为已知量的情况下，即可求得k’n。
在本发明表面粗糙度检测方法的第三种实施方式和第四种实施方式中，计算表面粗糙度扭矩系数k’T或表面粗糙度转速系数k’n时，需要确定R和η/PB的值。对此，可在自由状态下（丙纶毛条未与混凝土表面接触）和某已知摩擦阻力F状态下分别按上述过程进行操作测试。通过联立方程解出R和η/PB，从而求得表面粗糙度扭矩系数k’T或表面粗糙度转速系数k’n。上述自由状态下或某已知摩擦阻力F状态下所求得的R和η/PB没有考虑因丙纶毛条变形在导杆及螺杆处所产生的压力（垂直于摩擦盘方向）对扭矩或转速的影响。严格意义上，应根据丙纶毛条变形所产生压力的大小，在摩擦组件下方施加同样的竖向力，在此条件下方可准确求得R和η/PB。
本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第五种实施方式如图6和图7所示。本体1的下端设有4个滚轮状支座2，矩形的摩擦盘3和尼龙丝4共同组成摩擦组件，尼龙丝4在自由状态下突出支座2所处平面一定长度，摩擦组件与固定在本体1上的2个导杆12滑动连接，本体1的一端设有拉力传感器16，拉力传感器16通过导索17与摩擦组件相连，本体1上还设有显示屏9和手柄15，手柄15上设有控制开关8。
下面结合图6和图7对本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第五种实施方式的测试过程进行描述。手持手柄15将测试仪抵靠在受测混凝土11的表面；按下控制开关8，同时使测试仪在受测混凝土11的表面做直线滑动；拉力传感器16测量并采集牵引摩擦组件的导索17的拉力；当测试仪滑动至预定距离时，按下控制开关8，读取并记录显示屏9上显示的相关测量数据。
在本发明表面粗糙度检测方法及测试仪第五种实施方式中，设摩擦盘摩擦区域的面积为S，拉力传感器测得的导索拉力为P，则摩擦组件在受测混凝土表面的摩擦阻力F=P。定义在此测试条件下，单位混凝土表面所产生的滑动阻力为表面粗糙度阻力系数，用kP表示，则kP=F/S，其单位为N/m2。
在上述五种表面粗糙度检测方法及测试仪的实施方式中，为核查或校准测试仪的准确性，可选择性能稳定的刚性平台做为校准板，如玻璃板、抛光瓷板、多孔陶板或刻痕金属板等。当测试仪在上述校准板上所测结果超出预定范围时，应停止使用并对其进行调试或者维修。此外，还可选取玻璃板、抛光陶板等光滑平面，必要时可涂刷适量的润滑剂，按上述五种实施方式的测试过程进行操作测试，此时可将摩擦组件与光滑平面间的摩擦阻力视为零，从而求得或修正各实施方式中与测试仪有关的量值，如：空气阻力系数λ、导杆与摩擦组件间滑动阻力R、机械效率系数η与螺杆导程PB的比值等。
上述五种表面粗糙度检测方法及测试仪的实施方式均是以相应的特征量（表面粗糙度扭矩系数、表面粗糙度转速系数或表面粗糙度阻力系数）来表征受测混凝土的表面粗糙度。需要说明的是，这些特征量之间尚没有明确的对应或换算关系，而且即便是同一特征量，如果对应的测试条件发生变化，也不可作为简单的比较或评定依据。
为了简便比较或评定受测混凝土的表面粗糙度，可以制备具有标准粗糙度的标准板，将受测混凝土与标准板在同样的测试条件下进行测试，以表面粗糙度比（受测混凝土的表面粗糙度系数与标准板的表面粗糙度系数之比）作为比较或评定的依据。例如：在受测混凝土表面选取有代表性的5个部位，分别测试这5个部位的表面粗糙度系数，计为k1、k2、k3、k4、k5；不改变测试条件，测试标准板的表面粗糙度系数，计为k0；各测试部位的表面粗糙度比Bi=ki/k0，设5个部位的表面粗糙度比的平均值为Bs，最小值为Bmin；当Bs不小于1.0且Bmin不小于0.8时，可判定受测混凝土的表面粗糙度合格。
在确定混凝土表面粗糙度的定义的基础上，采用上述五种表面粗糙度检测方法及测试仪的实施方式，可建立相关特征量与表面粗糙度之间的对应关系，进一步还可采用统计回归的手段求得相关特征量与表面粗糙度之间的关系曲线或代数方程，从而实现由相关特征量来推定受测混凝土的表面粗糙度。
除了上述实施例和测试方式说明外，本发明的表面粗糙度检测方法及测试仪还存在其他类似的步骤、特征量、评定方法和结构组成形式，同样可以完成本发明的目的，只要该步骤、特征量、评定方法和结构形式对于本领域技术人员来说是显而易见的变换和替代，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混凝土表面粗糙度检测方法，其特征在于，包括下述步骤：
a. 将摩擦组件置于受测混凝土表面上；
b. 使所述摩擦组件在受测混凝土表面做转动或滑动；
c. 测量所述摩擦组件在运动中的转速、扭矩、速度、阻力等物理量；
d. 根据步骤c所测得的物理量按相应计算式求得表面粗糙度的特征量或推定受测混凝土的表面粗糙度。
2.按权利要求1所述的混凝土表面粗糙度检测方法，其特征在于：所述摩擦组件的摩擦区域为圆环形或矩形。
3.按权利要求1所述的混凝土表面粗糙度检测方法，其特征在于：所述摩擦组件的摩擦体为纤维状。
4.按权利要求1所述的混凝土表面粗糙度检测方法，其特征在于：在所述步骤b之前或之后还包括：
b0. 将所述摩擦组件置于标准板或校准板上，并使所述摩擦组件做转动或滑动，测量所述摩擦组件在运动中的转速、扭矩、速度、阻力等物理量。
5.一种用于实现权利要求1所述混凝土表面粗糙度检测方法的测试仪，其特征在于：包括本体、支座、摩擦组件，所述摩擦组件的摩擦区域为圆环形或矩形。
6.按权利要求5所述的测试仪，其特征在于：还包括转速计或扭矩传感器。
7.按权利要求5所述的测试仪，其特征在于：所述摩擦组件相对于所述支座所处平面间的距离可调。
8.按权利要求5所述的测试仪，其特征在于：所述摩擦组件的摩擦体为合成纤维或金属丝。
9.按权利要求5所述的测试仪，其特征在于：还包括拉力传感器。
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