防水材料全自動(dòng)不透水儀的研制

馬燁紅，施華妥，王建川，王元光，李 松，牛云飛

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

建筑工程防水是建筑工程的主要性能之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，防水性能的好壞直接影響到人民的生活水平；防水材料的性能、防水工程的施工以及防水構(gòu)造是建筑工程的防水性能的主要影響因素。為保證防水性能，必須選擇合格優(yōu)質(zhì)的建筑防水材料，因此建筑防水材料的檢測(cè)是衡量防水材料性能的關(guān)鍵因素［1］。

防水材料主要分為剛性防水材料和柔性防水材料，柔性防水材料施工方便、使用范圍廣。柔性防水材料主要包括防水涂料、防水卷材兩種材料；對(duì)柔性防水材料的檢測(cè)，主要有聚合物水泥的防水涂料和聚氨酯材質(zhì)的防水涂料和防水卷材［2］；不透水試驗(yàn)是防水涂料、防水卷材等防水材料的基本性能試驗(yàn)，試驗(yàn)方法主要有：《建筑防水卷材試驗(yàn)方法第10 部分：瀝青和高分子防水卷材不透水性：GB/T 328.10-2007 》［3］；建筑防水涂料試驗(yàn)方法：《GB/T 16777-2008》［4］等。不透水儀主要用于測(cè)試防水卷材在規(guī)定時(shí)間內(nèi)、一定壓力作用下，試件是否保持不滲水［5］。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，不透水試驗(yàn)通常是在0.3 MPa 的水壓下進(jìn)行30 min（使用7 孔盤），每組樣品需要3 個(gè)試樣進(jìn)行平行試驗(yàn)，有一個(gè)試樣破壞即為不合格。樣品破壞包括水壓突然下降或試樣的非迎水面有水。由于目前儀器不具備識(shí)別試樣非迎水面是否有水的功能，非迎水面是否有水由試驗(yàn)員目測(cè)識(shí)別，本文中所提樣品破壞是指水壓突然下降。

現(xiàn)有檢測(cè)防水材料的不透水試驗(yàn)機(jī)，需要通過(guò)手動(dòng)固定壓盤，耗時(shí)耗力，一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)一般只配3 個(gè)實(shí)驗(yàn)腔，一次只能檢測(cè)一組試樣，效率較低。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，某個(gè)材料失效時(shí)，會(huì)有水泄露，需要整理，實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要試驗(yàn)員在儀器前照看。綜上，現(xiàn)有不透水試驗(yàn)機(jī)存在耗時(shí)耗力，效率較低，使用不方便等缺點(diǎn)。因此，針對(duì)現(xiàn)有不透水試驗(yàn)機(jī)的缺點(diǎn)，自主研發(fā)新的不透水試驗(yàn)儀［5］。

1 儀器介紹

1.1 不透水試驗(yàn)儀的主要構(gòu)造

不透水試驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，設(shè)有壓力系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)裝置和報(bào)警單元。壓力系統(tǒng)由加壓泵、穩(wěn)壓器、總控氣閥、第一分控氣閥和第二分控氣閥組成，其中，總控氣閥、第一分控氣閥和第二分控氣閥具有限壓功能和能夠顯示實(shí)時(shí)輸出氣壓值的壓力表；實(shí)驗(yàn)裝置2 套（可擴(kuò)展為n 套，n 為正整數(shù)）每一套實(shí)驗(yàn)裝置均設(shè)有3 個(gè)實(shí)驗(yàn)單元和一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元均設(shè)有下壓控制氣閥、下壓氣缸、壓盤、底盤、加壓裝置、三位四通電磁閥和水壓監(jiān)控裝置；每一套報(bào)警單元均設(shè)有警鈴和計(jì)時(shí)器；警鈴與對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中的各個(gè)水壓監(jiān)控裝置電連接，屬于同一個(gè)報(bào)警單元的計(jì)時(shí)器與警鈴電連接，計(jì)時(shí)器在計(jì)時(shí)結(jié)束后驅(qū)動(dòng)警鈴發(fā)出計(jì)時(shí)結(jié)束警示信號(hào)。

圖1 不透水試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure Diagram of Impermeable Testing

1.2 工作原理

試驗(yàn)過(guò)程如下：首先，啟動(dòng)加壓泵，在底盤中加入適量的水，將樣品放置在底盤上；然后，打開(kāi)下壓控制氣閥，下壓氣缸的活塞桿伸出，將壓盤向下壓緊樣品；最后，打開(kāi)加壓氣缸向底盤盛水的實(shí)驗(yàn)腔加壓至試驗(yàn)壓力，并通過(guò)計(jì)時(shí)器進(jìn)行試驗(yàn)倒計(jì)時(shí)，試驗(yàn)開(kāi)始，試驗(yàn)過(guò)程由水壓監(jiān)控裝置自動(dòng)控制，操作人員等待試驗(yàn)完成即可。

水壓監(jiān)控裝置主要構(gòu)件為電接點(diǎn)壓力表，其自動(dòng)控制過(guò)程如下：隨著試驗(yàn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)腔水壓緩慢下降，當(dāng)實(shí)驗(yàn)腔壓力下降至試驗(yàn)要求范圍外（如防水卷材為0.3 MPa）時(shí)，水壓監(jiān)控裝置控制加壓氣缸向?qū)嶒?yàn)腔加壓至試驗(yàn)壓力，此過(guò)程持續(xù)至計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)結(jié)束，警鈴發(fā)出警示信號(hào)，提示試驗(yàn)結(jié)束。若是試驗(yàn)過(guò)程中樣品失效，實(shí)驗(yàn)腔壓力驟降，則加壓氣缸無(wú)法將實(shí)驗(yàn)腔加壓至試驗(yàn)壓力，此時(shí)水壓監(jiān)控裝置控制加壓氣缸停止加壓，警鈴發(fā)出警示信號(hào)，提示試驗(yàn)結(jié)束。

2 不透水試驗(yàn)儀的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 儀器技術(shù)要點(diǎn)

針對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有不透水試驗(yàn)機(jī)操作繁瑣，效率低下等缺點(diǎn)，本儀器的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

⑴增加實(shí)驗(yàn)腔，一次可測(cè)試2 組樣品，如有需要，可增加至 n 組（n 為正整數(shù)）；

⑵提高試驗(yàn)自動(dòng)化程度，儀器可自動(dòng)固定樣品，開(kāi)始試驗(yàn)后，儀器自動(dòng)判斷試驗(yàn)現(xiàn)象，至試驗(yàn)結(jié)束提示，試驗(yàn)過(guò)程無(wú)需人工照看；

⑶樣品失效儀器自動(dòng)泄壓，減少試驗(yàn)水泄露，無(wú)需經(jīng)常整理試驗(yàn)臺(tái)，減少試驗(yàn)員工作量；

⑷利用雙作用氣缸和傳動(dòng)管，直接至下而上對(duì)實(shí)驗(yàn)腔進(jìn)行加壓。

改進(jìn)后的儀器極大地簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)按鈕操作完成壓力系統(tǒng)的開(kāi)啟、樣品固定，試驗(yàn)開(kāi)始后，完全由儀器自動(dòng)控制，試驗(yàn)結(jié)束后，只需更換樣品，進(jìn)行下一組試驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)腔加壓原理

實(shí)驗(yàn)腔的加壓通過(guò)雙作用氣缸和傳動(dòng)管實(shí)現(xiàn)氣壓轉(zhuǎn)化為水壓。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，底盤為盛水的實(shí)驗(yàn)腔，頂部敞口放置樣品，底部為螺紋，加壓裝置包括雙作用氣缸和傳動(dòng)管，底盤在上方與傳動(dòng)管通過(guò)螺紋連接，雙作用氣缸在下方與傳動(dòng)管通過(guò)螺紋連接，雙作用氣缸和傳動(dòng)管筒體中各有活塞片通過(guò)金屬桿連接，雙作用氣缸筒體上下方各有進(jìn)出氣口，通過(guò)控制上下筒體氣體的進(jìn)出，控制活塞片上下軸向運(yùn)動(dòng)，從而控制傳動(dòng)管中活塞片上下軸向運(yùn)動(dòng)，也就實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)腔中水壓的控制。這種設(shè)計(jì)下，每個(gè)實(shí)驗(yàn)腔相互獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)腔中水壓也可獨(dú)立監(jiān)控，并且實(shí)驗(yàn)腔中水量較少，樣品失效時(shí)試驗(yàn)水泄露較少。

圖2 實(shí)驗(yàn)腔結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of the Experimental Cavity

3 儀器技術(shù)比較

儀器外觀如圖3所示，儀器技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。相比原有技術(shù)，新儀器可同時(shí)測(cè)試兩組樣品，提高效率；實(shí)現(xiàn)樣品自動(dòng)固定等自動(dòng)化操作，減少檢測(cè)工作量；增加提醒等功能，提高儀器智能化水平。

圖3 新舊設(shè)備對(duì)比圖Fig.3 Comparison of Old and New Devices

表1 儀器技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比Tab.1 Comparison of Technical Characteristics of Instruments

4 不透水儀試驗(yàn)應(yīng)用

自2015年投入使用以來(lái)，不透水儀廣泛應(yīng)用于地鐵建設(shè)、執(zhí)法抽檢、監(jiān)督抽檢、保障性住房等工程防水材料檢測(cè)工作。共計(jì)完成防水卷材不透水試驗(yàn)7 000 多組，涂料不透水試驗(yàn)5 000 多組，直接創(chuàng)造產(chǎn)值超過(guò)240 萬(wàn)元。具體案例如表2所示。

5 小結(jié)

⑴當(dāng)前同類儀器一次只能測(cè)試一組樣品，新儀器通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化構(gòu)件的布置，一次可測(cè)試2 組或多組樣品。

⑵當(dāng)前同類儀器需要人工固定樣品，不僅耗時(shí)耗力，固定樣品的壓力難以保持客觀不變；新儀器利用氣缸傳動(dòng)固定樣品，動(dòng)力來(lái)自儀器固有動(dòng)力源，固定樣品的壓力可調(diào)節(jié)控制，同時(shí)減少檢測(cè)工作量。

⑶當(dāng)前同類儀器試驗(yàn)無(wú)提醒功能，樣品失效儀器無(wú)法識(shí)別，經(jīng)常導(dǎo)致試驗(yàn)水泄露嚴(yán)重，試驗(yàn)過(guò)程需要人工照看；新儀器增加提醒功能，并且用傳感器監(jiān)控試驗(yàn)過(guò)程，樣品失效時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)泄壓，不會(huì)造成試驗(yàn)水大量泄露，試驗(yàn)過(guò)程無(wú)需人工照看。

⑷當(dāng)前同類儀器采用U 型管原理對(duì)實(shí)驗(yàn)腔進(jìn)行加壓，這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致儀器結(jié)構(gòu)臃腫，因此一般3 個(gè)實(shí)驗(yàn)腔共用一個(gè)加壓結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)水用量多；新儀器使用雙作用氣缸和傳動(dòng)管，直接至下而上對(duì)實(shí)驗(yàn)腔進(jìn)行加壓，每個(gè)實(shí)驗(yàn)腔獨(dú)立監(jiān)控。

表2 具體案例列表Tab.2 List of Specific Cases