混凝土抗滲儀在線檢測裝置的研制

崔堯堯， 孫 搏， 李紅亮， 王 喆

(1.天津市計量監督檢測科學研究院,天津 300192； 2.天津市自行車研究院,天津 300111)

混凝土抗滲儀(以下簡稱抗滲儀)是用于檢測混凝土硬化后的防水性能以及測定其抗滲標號的儀器，是混凝土預混企業、建筑工程質量檢測實驗室必備的測量儀器。該儀器利用密封容器內壓力處處相等的原理，使用栓塞泵對整個系統輸壓，并通過壓力控制系統控制加壓壓力和數值顯示，實現水壓由下向上滲透進壓裝在試模中的試件，從而測定試件抗滲性能和計算其抗滲標號[1-3]。

JJF 1812—2020《混凝土抗滲儀校準規范》已經頒布實施，但是抗滲儀的檢測和校準至今沒有統一有效的方法。目前，較為常用的方法有3種：① 拆卸抗滲儀，將安裝在抗滲儀內部的壓力變送器拆下，安裝在標準裝置上檢測，該方法簡單直接，無高度差影響，但拆卸會對抗滲儀密封性產生不良影響且無法對其整體工作狀態進行檢測[4-6]；② 使用試膜夾具，在試膜夾具上安裝標準儀器，該方法可對抗滲儀進行整體檢測且不會影響其密封性，但會受到高度差的影響，夾具的攜帶及安裝也不方便[7-8]；③ 拆卸水罐堵頭安裝標準裝置，該方法可對抗滲儀整體檢測且無高度差的影響，但拆卸不便且需攜帶多種轉換接頭[9-10]。這3種檢測方法優缺點的對比如表1所示。

表1 3種檢測方法優缺點比較

通過表1可以看到，目前較常用的3種檢測方法都需要進行拆卸或者安裝夾具，安裝操作非常不便，而且抗滲實驗需要長時間持續加壓，如果對使用中的抗滲儀進行檢測，則這3種方法會嚴重影響實驗的進行。因此，為了解決上述問題，本文介紹一種新的抗滲儀現場檢測裝置，該裝置通過抗滲儀的排水口連接，利用抗滲儀的造壓泵加壓，硬件系統進行壓力示值、液面高度差的測量，上位機控制軟件實時讀取和處理數據，可以在不對抗滲儀進行拆卸，也無須安裝夾具的條件下完成在線檢測工作[11-12]。

1 抗滲儀在線檢測裝置的工作原理

混凝土抗滲儀的在線檢測采用的是標準器示值和被檢測抗滲儀示值直接比對的方法，其裝置連接示意圖如圖1所示，將標準裝置直接安裝在抗滲儀的排壓口上，利用抗滲儀的加壓裝置加壓并完成檢測工作。其中，抗滲儀排水口與標準裝置連接的同時，要預留出排水功能，待檢測結束后，釋放裝置內的壓力。該方法操作簡單高效，攜帶方便，適合現場檢測的需求。

2 抗滲儀現場檢測裝置關鍵技術問題

2.1 排水口與標準裝置的連接

現場檢測裝置中，標準裝置與抗滲儀的連接至關重要。抗滲儀的工作壓力可達到4 MPa，工作時常用壓力基本在1 MPa左右。若對使用中的抗滲儀進行檢測，使用快速接頭連接即可滿足密封要求；若對抗滲儀出廠檢測或需要進行調試，一般都要將壓力加至4 MPa，這種情況必須使用卡套接頭進行連接，保證密封性和安全性。

圖1 抗滲儀現場檢測方法示意圖

2.2 消除高度差帶來的測量誤差

現場檢測時，抗滲儀排水口與被檢傳感器之間的高度差約為50 cm，即會引入約5 kPa的壓力誤差，會影響到檢測結果的準確性。為消除這部分高度差帶來的誤差，可采用以下兩種方法。

① 手動消除。在檢測裝置上安裝可以調整高度的支架，根據不同標準裝置調整位置，使標準裝置和抗滲儀傳感器處在同一高度，消除誤差影響，這種方法簡單、成本低，但工作效率低。

② 自動消除。使用激光測距儀對高度差進行測量，將測量得到的高度差通過系統的計算換算為壓力值，再與標準裝置的測量值運算得到最終結果，這種方法工作效率高，但成本也較高。在本系統中采用第2種方法實現誤差消除。

2.3 上位機控制軟件設計

在系統設計中，上位機采用Delphi編程設計，具有數據處理、數據顯示、數據保存、數據庫管理、傳感器校準等功能，與STM32采集板通過串口進行通信，用于控制指令傳輸和數據采集。在主界面面板確認好檢測的環境溫度、濕度、當地的重力加速度、液體密度、報檢單位名稱、設備編號等信息后，在“壓力檢測”按鈕下方的表格中輸入各被校壓力值點，每單擊一次“壓力檢測”按鈕，上位機采集當前壓力傳感器的檢測值6次，間隔1 s，并將其顯示在對應被校點的表格中；“高度差測量”按鈕用于采集液位差數據；“檢測結果”按鈕用于計算壓力檢測點的實測值，計算采集到的檢測點的平均壓力值并與高度差測量得到的液位補償值疊加，顯示在對應表格中，單擊“保存”按鈕用于將相關數據信息保存為Excel文件。該檢測裝置上位機控制軟件功能模塊圖和軟件主界面如圖2和圖3所示。

圖2 上位機控制軟件功能模塊圖

圖3 軟件主界面

3 實驗設計及結果對比

為驗證該現場檢測方法和裝置的可行性，在實驗室條件下，設計并進行一組比較實驗。抗滲儀在線檢測系統中的壓力標準使用德魯克生產的型號為PMP5074的壓力變送器，測量范圍為0～6 MPa，準確度等級為0.05級；激光測距模塊選用的測量范圍為0～5000 mm，測量誤差為±1.6 mm。混凝土抗滲儀在線檢測裝置如圖4所示。

圖4 混凝土抗滲儀在線檢測裝置

實驗時，使用北京康斯特公司生產的型號為ConST181A的臺式液壓泵模擬抗滲儀加壓。使用一塊數字壓力表安裝至臺式液壓泵其中一個檢測口，模擬抗滲儀中的壓力傳感部分。將抗滲儀現場檢測裝置和液壓泵另一個檢測口連接，模擬現場情況下與出水口的連接。利用液壓泵手輪加壓，保持裝在液壓泵臺上的數字表位置不變，人為增加抗滲儀檢測裝置的高度，利用鋼卷尺測量制造出液位差為30 cm，50 cm和100 cm三種情況，記錄抗滲儀在線檢測裝置和數字表的壓力值，測量次數為6次取平均值。已知實驗室溫度為20.4 ℃，取水密度為0.998×103kg/m3，取重力加速度9.8011 m/s2，實驗點選擇0.3 MPa，0.6 MPa，0.9 MPa，1.2 MPa，1.5 MPa。高度差實際值與測量值比對和檢測實驗數據如表2和表3所示。

表2 高度差實際值與測量值比對

表3 實驗數據

通過表2中的數據可以看到，由于激光測距模塊的測量不準引入的壓力補償值誤差非常小，可以忽略不計。由于管路、閥門、彎道、液體改變方向、節流上的阻力損失和高度差計算時引入的誤差，數據處理后的結果和無高度差的數值會有一些偏差，但是通過高度差補償后的檢測結果更接近于真實值，所得測量結果的穩定性和重復性較好，驗證了本套系統的檢測方法及檢測裝置是可行的，而且所有的測量與計算過程都由系統自動完成并直觀顯示在上位機軟件中，方便檢測人員讀取相關數據，具體實驗數據見表3。

4 結束語

本文介紹了抗滲儀在線檢測裝置的工作原理，著重探討了如何解決抗滲儀現場檢測裝置中排水口與標準裝置的連接、消除高度差帶來的測量誤差和上位機軟件設計等關鍵問題，通過設計實驗驗證了該方法和裝置的可行性。實驗數據表明該檢測裝置可以滿足抗滲儀的日常檢測要求，提高了抗滲儀現場檢測的效率，未來可考慮對檢測裝置進行擴展，使其能夠一次進行多個抗滲儀的檢測工作，進一步提高工作效率。