混凝土抗?jié)B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(jì)量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院,天津 300192； 2.天津市自行車研究院,天津 300111)

混凝土抗?jié)B儀(以下簡稱抗?jié)B儀)是用于檢測混凝土硬化后的防水性能以及測定其抗?jié)B標(biāo)號(hào)的儀器，是混凝土預(yù)混企業(yè)、建筑工程質(zhì)量檢測實(shí)驗(yàn)室必備的測量儀器。該儀器利用密封容器內(nèi)壓力處處相等的原理，使用栓塞泵對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸壓，并通過壓力控制系統(tǒng)控制加壓壓力和數(shù)值顯示，實(shí)現(xiàn)水壓由下向上滲透進(jìn)壓裝在試模中的試件，從而測定試件抗?jié)B性能和計(jì)算其抗?jié)B標(biāo)號(hào)[1-3]。

JJF 1812—2020《混凝土抗?jié)B儀校準(zhǔn)規(guī)范》已經(jīng)頒布實(shí)施，但是抗?jié)B儀的檢測和校準(zhǔn)至今沒有統(tǒng)一有效的方法。目前，較為常用的方法有3種：① 拆卸抗?jié)B儀，將安裝在抗?jié)B儀內(nèi)部的壓力變送器拆下，安裝在標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢測，該方法簡單直接，無高度差影響，但拆卸會(huì)對(duì)抗?jié)B儀密封性產(chǎn)生不良影響且無法對(duì)其整體工作狀態(tài)進(jìn)行檢測[4-6]；② 使用試膜夾具，在試膜夾具上安裝標(biāo)準(zhǔn)儀器，該方法可對(duì)抗?jié)B儀進(jìn)行整體檢測且不會(huì)影響其密封性，但會(huì)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(biāo)準(zhǔn)裝置，該方法可對(duì)抗?jié)B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(zhuǎn)換接頭[9-10]。這3種檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比如表1所示。

表1 3種檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)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(jìn)行拆卸或者安裝夾具，安裝操作非常不便，而且抗?jié)B實(shí)驗(yàn)需要長時(shí)間持續(xù)加壓，如果對(duì)使用中的抗?jié)B儀進(jìn)行檢測，則這3種方法會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。因此，為了解決上述問題，本文介紹一種新的抗?jié)B儀現(xiàn)場檢測裝置，該裝置通過抗?jié)B儀的排水口連接，利用抗?jié)B儀的造壓泵加壓，硬件系統(tǒng)進(jìn)行壓力示值、液面高度差的測量，上位機(jī)控制軟件實(shí)時(shí)讀取和處理數(shù)據(jù)，可以在不對(duì)抗?jié)B儀進(jìn)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?jié)B儀在線檢測裝置的工作原理

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

2 抗?jié)B儀現(xiàn)場檢測裝置關(guān)鍵技術(shù)問題

2.1 排水口與標(biāo)準(zhǔn)裝置的連接

現(xiàn)場檢測裝置中，標(biāo)準(zhǔn)裝置與抗?jié)B儀的連接至關(guān)重要。抗?jié)B儀的工作壓力可達(dá)到4 MPa，工作時(shí)常用壓力基本在1 MPa左右。若對(duì)使用中的抗?jié)B儀進(jìn)行檢測，使用快速接頭連接即可滿足密封要求；若對(duì)抗?jié)B儀出廠檢測或需要進(jìn)行調(diào)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(jìn)行連接，保證密封性和安全性。

圖1 抗?jié)B儀現(xiàn)場檢測方法示意圖

2.2 消除高度差帶來的測量誤差

現(xiàn)場檢測時(shí)，抗?jié)B儀排水口與被檢傳感器之間的高度差約為50 cm，即會(huì)引入約5 kPa的壓力誤差，會(huì)影響到檢測結(jié)果的準(zhǔn)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(dòng)消除。在檢測裝置上安裝可以調(diào)整高度的支架，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)裝置調(diào)整位置，使標(biāo)準(zhǔn)裝置和抗?jié)B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(dòng)消除。使用激光測距儀對(duì)高度差進(jìn)行測量，將測量得到的高度差通過系統(tǒng)的計(jì)算換算為壓力值，再與標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量值運(yùn)算得到最終結(jié)果，這種方法工作效率高，但成本也較高。在本系統(tǒng)中采用第2種方法實(shí)現(xiàn)誤差消除。

2.3 上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，上位機(jī)采用Delphi編程設(shè)計(jì)，具有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)庫管理、傳感器校準(zhǔn)等功能，與STM32采集板通過串口進(jìn)行通信，用于控制指令傳輸和數(shù)據(jù)采集。在主界面面板確認(rèn)好檢測的環(huán)境溫度、濕度、當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?、液體密度、報(bào)檢單位名稱、設(shè)備編號(hào)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(diǎn)，每單擊一次“壓力檢測”按鈕，上位機(jī)采集當(dāng)前壓力傳感器的檢測值6次，間隔1 s，并將其顯示在對(duì)應(yīng)被校點(diǎn)的表格中；“高度差測量”按鈕用于采集液位差數(shù)據(jù)；“檢測結(jié)果”按鈕用于計(jì)算壓力檢測點(diǎn)的實(shí)測值，計(jì)算采集到的檢測點(diǎn)的平均壓力值并與高度差測量得到的液位補(bǔ)償值疊加，顯示在對(duì)應(yīng)表格中，單擊“保存”按鈕用于將相關(guān)數(shù)據(jù)信息保存為Excel文件。該檢測裝置上位機(jī)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(jī)控制軟件功能模塊圖

圖3 軟件主界面

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證該現(xiàn)場檢測方法和裝置的可行性，在實(shí)驗(yàn)室條件下，設(shè)計(jì)并進(jìn)行一組比較實(shí)驗(yàn)?？?jié)B儀在線檢測系統(tǒng)中的壓力標(biāo)準(zhǔn)使用德魯克生產(chǎn)的型號(hào)為PMP5074的壓力變送器，測量范圍為0～6 MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)；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?；炷量?jié)B儀在線檢測裝置如圖4所示。

圖4 混凝土抗?jié)B儀在線檢測裝置

實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用北京康斯特公司生產(chǎn)的型號(hào)為ConST181A的臺(tái)式液壓泵模擬抗?jié)B儀加壓。使用一塊數(shù)字壓力表安裝至臺(tái)式液壓泵其中一個(gè)檢測口，模擬抗?jié)B儀中的壓力傳感部分。將抗?jié)B儀現(xiàn)場檢測裝置和液壓泵另一個(gè)檢測口連接，模擬現(xiàn)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(tái)上的數(shù)字表位置不變，人為增加抗?jié)B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?jié)B儀在線檢測裝置和數(shù)字表的壓力值，測量次數(shù)為6次取平均值。已知實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)選擇0.3 MPa，0.6 MPa，0.9 MPa，1.2 MPa，1.5 MPa。高度差實(shí)際值與測量值比對(duì)和檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2和表3所示。

表2 高度差實(shí)際值與測量值比對(duì)

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過表2中的數(shù)據(jù)可以看到，由于激光測距模塊的測量不準(zhǔn)引入的壓力補(bǔ)償值誤差非常小，可以忽略不計(jì)。由于管路、閥門、彎道、液體改變方向、節(jié)流上的阻力損失和高度差計(jì)算時(shí)引入的誤差，數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果和無高度差的數(shù)值會(huì)有一些偏差，但是通過高度差補(bǔ)償后的檢測結(jié)果更接近于真實(shí)值，所得測量結(jié)果的穩(wěn)定性和重復(fù)性較好，驗(yàn)證了本套系統(tǒng)的檢測方法及檢測裝置是可行的，而且所有的測量與計(jì)算過程都由系統(tǒng)自動(dòng)完成并直觀顯示在上位機(jī)軟件中，方便檢測人員讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

4 結(jié)束語

本文介紹了抗?jié)B儀在線檢測裝置的工作原理，著重探討了如何解決抗?jié)B儀現(xiàn)場檢測裝置中排水口與標(biāo)準(zhǔn)裝置的連接、消除高度差帶來的測量誤差和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法和裝置的可行性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該檢測裝置可以滿足抗?jié)B儀的日常檢測要求，提高了抗?jié)B儀現(xiàn)場檢測的效率，未來可考慮對(duì)檢測裝置進(jìn)行擴(kuò)展，使其能夠一次進(jìn)行多個(gè)抗?jié)B儀的檢測工作，進(jìn)一步提高工作效率。