陶瓷砖吸水率煮沸法自动测定仪的开发与应用*

郑 靓

(广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500)

前言

陶瓷砖是最重要最常用的装饰装修材料之一，陶瓷砖的主要性能包括外观质量、尺寸偏差、吸水率、破坏强度、耐磨性和抗釉裂性等，其中吸水率是最重要的参数之一，是决定陶瓷砖质量优劣的重要指标[1]。通常吸水率是指干燥状态下陶瓷砖达到饱和吸水时，吸收水分的质量百分率[2～3]。国标GB/T 4100-2015《陶瓷砖》采用吸水率作为陶瓷砖分类的依据[4]。现有陶瓷砖吸水率的试验方法是由国标GB/T 3810.3-2016《陶瓷砖试验方法第3部分：吸水率、显气孔率、表观相对密度和容重的测定》所规定的煮沸法和真空法。该标准明确说明沸煮法适用于陶瓷砖的分类和产品说明，真空法适用于显气孔率、表观相对密度和除分类以外的吸水率测定。因此，对陶瓷砖进行产品分类和质量检验的方法应采用煮沸法[5]。

国标GB/T 3810.3-2016对陶瓷砖砖煮沸法试验过程规定如下[5]：将砖竖直地放在盛有去离子水的加热装置中，使砖互不接触，砖的上部离水面至少5 cm，下部离水底应保持至少5 cm的距离，且在整个试验中都应保持水面高于砖顶面5 cm以上。将水加热至沸腾并保持沸腾状态2 h，然后切断热源。后面有两种操作：其一，使砖完全浸泡在水中冷却至室温，并在室温下浸泡4±0.25 h；其二，也可在保持沸腾状态2 h后，用常温下的去离子水或制冷器将样品冷却至室温，然后在室温下浸泡4±0.25 h。最后用一块浸湿并拧干过的麂皮放在平台上轻轻地擦干每块转的表面，对于凹凸或有浮雕的表面应用麂皮轻快地擦去表面水分，然后称重，记录每块试样的称量结果，其吸水率E=(m1-m0)/m0×100%，其中，m0表示陶瓷砖烘干之后的干燥质量，m1表示陶瓷砖吸水后的质量。

上述国标只是简单地规定了试验过程，对应采用的测试仪器并没有详细规定，只是要求采用加热装置即可。目前，实验室大多采用电磁炉等对陶瓷砖进行煮沸，采用人工计时，并采用加冷却水冷却的方式来完成陶瓷砖的煮沸试验。上述试验过程全程需要人工值守，首先要人工观察何时煮沸，煮沸后设定2 h，然后关闭电磁炉，再给试样降温，最后再设定室温浸泡时间。上述试验过程虽然工作量不大，但耗时较长，极大地影响了试验人员的工作效率，由于不同步骤间隔的时间较长，实际工作中试验人员很难一直守护在旁，经常会出现煮沸时间过长或浸泡时间过长等问题，最终影响试验结果的准确性。

综上所述，现有陶瓷砖吸水率煮沸试验的测试仪器及方法，极大地影响了试验人员的检测效率，且容易导致试验结果不准确。本文基于国标GB/T 3810.3-2016中煮沸法的试验步骤，开发了一种全自动陶瓷砖吸水率煮沸法测试仪，可以大大提高试验效率，并保证了试验结果的准确性。

1 设计原理与功能

1.1 设计原理与组成

本研究开发的陶瓷砖吸水率煮沸法自动测试仪主要由温度控制系统、试验用水冷却循环系统和试验水箱3部分组成。其中温度控制系统包括加热电阻、温度传感器和温度控制器等；试验用水循环系统包括电磁阀、循环水泵、过滤器、冷凝器以及水管等；试验水箱包括水槽、样品架、多孔隔板等。其设计原理如图1所示。

1-箱体 2-样品架 3-多孔隔板 4-温度传感器 5-加热电阻 6-电磁阀 7-循环水泵 8-出水管 9-过滤器 10-冷凝器 11-进水管 12-电源开关 13-水泵开关 14-温度控制器

图1测试仪结构示意图

1.2 功能特点

1)本测试仪通过温度传感器监测试验用水水温，然后根据水温控制加热电阻和冷却循环系统工作，试验人员仅需要将样品放入试验水箱，测试仪依据标准GB/T 3810.3-2016自动完成加热、冷却及浸泡过程，无需进行人工操作，极大地提高试验人员的试验效率，降低了人为因素的影响，有利于提高试验结果的准确度；本测试仪除了考虑实现试验过程自动化控制外，还考虑到试验箱机械结构对试验效果的影响，如增设均衡水温的多孔隔板，使样品在加热和冷却过程中受热、受冷均匀，尽量避免试验装置缺陷引入的试验误差。

2)样品架采用导轨与滑块的组合，滑块用于支撑和间隔不同的样品，通过调节两滑块之间的距离，可适配不同厚度的样品，可一次完成多组不同规格样品的测试。

图2 陶瓷砖吸水率煮沸法自动测试仪实物图

3)试验用水采用冷却循环方式，用过滤器去除水中杂质，提高了水的利用效率，节约了水资源。

1.3 操作步骤

1)将已烘干并称重的陶瓷砖样品放置在样品架上，然后注入去离子水，保证水面距离样品顶面5 cm以上；

2)设定温度控制器的沸煮温度100 ℃，温度控制器通过温度传感器监测试验用水水温，在水温达到煮沸温度时，开始计时，控制加热电阻继续工作2 h，然后停止工作；

3)设定温度控制器的冷却温度，冷却温度通常设置为室温，一般为20～25 ℃，加热电阻停止工作后，温度控制器控制试验用水冷却循环系统工作，降低试验

用水水温，温度控制器通过温度传感器监测试验用水水温，在水温降低到冷却温度时，温度控制器控制试验用水冷却循环系统停止工作，并开始计时，浸泡4±0.25 h；

4)浸泡完毕后，取出陶瓷样品、擦干、称重，记录每块试样的称量结果，计算吸水率。

2 与真空法测试仪的比较

2.1 试验方案

取国标GB/T4100-2015规定的五种不同吸水率的瓷砖，分别为:

1)G类：吸水率E≤0.5%；

2)H类：吸水率0.5%

3)J类：吸水率3%

4)K类：吸水率6%

5)L类：吸水率E>10%。

取上述5种规格且边长为600 mm的陶瓷砖各5块，按照GB/T 3810.3-2016的取样方法，在每块整砖中取2块样品，分别按照真空法测试仪和煮沸法自动测试仪进行吸水率测定。真空法试验箱采用湘潭湘仪仪器有限公司生产的TXY陶瓷吸水率真空法测试仪。该仪器参加由国家建筑工程质量监督检验中心组织的编号为BETC-P4221c的陶瓷吸水率能力验证，结果满意，且Z比分数为O，即测试值等于指定值。吸水率试验结果见表1和图3，其中TXY代表上述真空测试仪，JKF代表本研究开发的煮沸自动测试仪。

2.2 试验结果与分析

表1 煮沸自动测试仪与真空测试仪结果比较

由上述试验结果可以清晰得出，对于五种不同规格吸水率的陶瓷砖，采用本研究开发的煮沸法自动测试仪，其试验结果与真空法测试仪具有很好的一致性。因此，煮沸法自动测试仪与目前测试方法相比，可以极大提高试验效率，并且可以保证试验结果的准确性。

图3 煮沸法自动仪与真空测试仪结果比较

3 结语

1)本研究开发的陶瓷砖吸水率煮沸法自动测试仪解决了目前该测试方法无自动化检测设备的难题，通过温度传感器监测试验用水水温，温度控制器通过水温来控制热电阻和冷却循环系统工作，试验人员仅需要将样品放入试验水箱，测试仪便可实现加热、冷却及

浸泡过程的全自动化，极大地提高试验人员的工作效率，降低了人为因素影响，有利于提高试验结果的准确度。

2)通过与真空法测试仪进行比较得出，其试验结果与真空法测试仪具有很好的一致性。试验用水采用冷却循环方式，并采用过滤器去除水中杂质，提高了水的利用效率，节约了水资源。