混凝土抗渗仪在线检测装置的研制

崔尧尧， 孙 搏， 李红亮， 王 喆

(1.天津市计量监督检测科学研究院,天津 300192； 2.天津市自行车研究院,天津 300111)

混凝土抗渗仪(以下简称抗渗仪)是用于检测混凝土硬化后的防水性能以及测定其抗渗标号的仪器，是混凝土预混企业、建筑工程质量检测实验室必备的测量仪器。该仪器利用密封容器内压力处处相等的原理，使用栓塞泵对整个系统输压，并通过压力控制系统控制加压压力和数值显示，实现水压由下向上渗透进压装在试模中的试件，从而测定试件抗渗性能和计算其抗渗标号[1-3]。

JJF 1812—2020《混凝土抗渗仪校准规范》已经颁布实施，但是抗渗仪的检测和校准至今没有统一有效的方法。目前，较为常用的方法有3种：① 拆卸抗渗仪，将安装在抗渗仪内部的压力变送器拆下，安装在标准装置上检测，该方法简单直接，无高度差影响，但拆卸会对抗渗仪密封性产生不良影响且无法对其整体工作状态进行检测[4-6]；② 使用试膜夹具，在试膜夹具上安装标准仪器，该方法可对抗渗仪进行整体检测且不会影响其密封性，但会受到高度差的影响，夹具的携带及安装也不方便[7-8]；③ 拆卸水罐堵头安装标准装置，该方法可对抗渗仪整体检测且无高度差的影响，但拆卸不便且需携带多种转换接头[9-10]。这3种检测方法优缺点的对比如表1所示。

表1 3种检测方法优缺点比较

通过表1可以看到，目前较常用的3种检测方法都需要进行拆卸或者安装夹具，安装操作非常不便，而且抗渗实验需要长时间持续加压，如果对使用中的抗渗仪进行检测，则这3种方法会严重影响实验的进行。因此，为了解决上述问题，本文介绍一种新的抗渗仪现场检测装置，该装置通过抗渗仪的排水口连接，利用抗渗仪的造压泵加压，硬件系统进行压力示值、液面高度差的测量，上位机控制软件实时读取和处理数据，可以在不对抗渗仪进行拆卸，也无须安装夹具的条件下完成在线检测工作[11-12]。

1 抗渗仪在线检测装置的工作原理

混凝土抗渗仪的在线检测采用的是标准器示值和被检测抗渗仪示值直接比对的方法，其装置连接示意图如图1所示，将标准装置直接安装在抗渗仪的排压口上，利用抗渗仪的加压装置加压并完成检测工作。其中，抗渗仪排水口与标准装置连接的同时，要预留出排水功能，待检测结束后，释放装置内的压力。该方法操作简单高效，携带方便，适合现场检测的需求。

2 抗渗仪现场检测装置关键技术问题

2.1 排水口与标准装置的连接

现场检测装置中，标准装置与抗渗仪的连接至关重要。抗渗仪的工作压力可达到4 MPa，工作时常用压力基本在1 MPa左右。若对使用中的抗渗仪进行检测，使用快速接头连接即可满足密封要求；若对抗渗仪出厂检测或需要进行调试，一般都要将压力加至4 MPa，这种情况必须使用卡套接头进行连接，保证密封性和安全性。

图1 抗渗仪现场检测方法示意图

2.2 消除高度差带来的测量误差

现场检测时，抗渗仪排水口与被检传感器之间的高度差约为50 cm，即会引入约5 kPa的压力误差，会影响到检测结果的准确性。为消除这部分高度差带来的误差，可采用以下两种方法。

① 手动消除。在检测装置上安装可以调整高度的支架，根据不同标准装置调整位置，使标准装置和抗渗仪传感器处在同一高度，消除误差影响，这种方法简单、成本低，但工作效率低。

② 自动消除。使用激光测距仪对高度差进行测量，将测量得到的高度差通过系统的计算换算为压力值，再与标准装置的测量值运算得到最终结果，这种方法工作效率高，但成本也较高。在本系统中采用第2种方法实现误差消除。

2.3 上位机控制软件设计

在系统设计中，上位机采用Delphi编程设计，具有数据处理、数据显示、数据保存、数据库管理、传感器校准等功能，与STM32采集板通过串口进行通信，用于控制指令传输和数据采集。在主界面面板确认好检测的环境温度、湿度、当地的重力加速度、液体密度、报检单位名称、设备编号等信息后，在“压力检测”按钮下方的表格中输入各被校压力值点，每单击一次“压力检测”按钮，上位机采集当前压力传感器的检测值6次，间隔1 s，并将其显示在对应被校点的表格中；“高度差测量”按钮用于采集液位差数据；“检测结果”按钮用于计算压力检测点的实测值，计算采集到的检测点的平均压力值并与高度差测量得到的液位补偿值叠加，显示在对应表格中，单击“保存”按钮用于将相关数据信息保存为Excel文件。该检测装置上位机控制软件功能模块图和软件主界面如图2和图3所示。

图2 上位机控制软件功能模块图

图3 软件主界面

3 实验设计及结果对比

为验证该现场检测方法和装置的可行性，在实验室条件下，设计并进行一组比较实验。抗渗仪在线检测系统中的压力标准使用德鲁克生产的型号为PMP5074的压力变送器，测量范围为0～6 MPa，准确度等级为0.05级；激光测距模块选用的测量范围为0～5000 mm，测量误差为±1.6 mm。混凝土抗渗仪在线检测装置如图4所示。

图4 混凝土抗渗仪在线检测装置

实验时，使用北京康斯特公司生产的型号为ConST181A的台式液压泵模拟抗渗仪加压。使用一块数字压力表安装至台式液压泵其中一个检测口，模拟抗渗仪中的压力传感部分。将抗渗仪现场检测装置和液压泵另一个检测口连接，模拟现场情况下与出水口的连接。利用液压泵手轮加压，保持装在液压泵台上的数字表位置不变，人为增加抗渗仪检测装置的高度，利用钢卷尺测量制造出液位差为30 cm，50 cm和100 cm三种情况，记录抗渗仪在线检测装置和数字表的压力值，测量次数为6次取平均值。已知实验室温度为20.4 ℃，取水密度为0.998×103kg/m3，取重力加速度9.8011 m/s2，实验点选择0.3 MPa，0.6 MPa，0.9 MPa，1.2 MPa，1.5 MPa。高度差实际值与测量值比对和检测实验数据如表2和表3所示。

表2 高度差实际值与测量值比对

表3 实验数据

通过表2中的数据可以看到，由于激光测距模块的测量不准引入的压力补偿值误差非常小，可以忽略不计。由于管路、阀门、弯道、液体改变方向、节流上的阻力损失和高度差计算时引入的误差，数据处理后的结果和无高度差的数值会有一些偏差，但是通过高度差补偿后的检测结果更接近于真实值，所得测量结果的稳定性和重复性较好，验证了本套系统的检测方法及检测装置是可行的，而且所有的测量与计算过程都由系统自动完成并直观显示在上位机软件中，方便检测人员读取相关数据，具体实验数据见表3。

4 结束语

本文介绍了抗渗仪在线检测装置的工作原理，着重探讨了如何解决抗渗仪现场检测装置中排水口与标准装置的连接、消除高度差带来的测量误差和上位机软件设计等关键问题，通过设计实验验证了该方法和装置的可行性。实验数据表明该检测装置可以满足抗渗仪的日常检测要求，提高了抗渗仪现场检测的效率，未来可考虑对检测装置进行扩展，使其能够一次进行多个抗渗仪的检测工作，进一步提高工作效率。