鄭 靚

(廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司 廣州 510500)

前言

陶瓷磚是最重要最常用的裝飾裝修材料之一，陶瓷磚的主要性能包括外觀質(zhì)量、尺寸偏差、吸水率、破壞強度、耐磨性和抗釉裂性等，其中吸水率是最重要的參數(shù)之一，是決定陶瓷磚質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標[1]。通常吸水率是指干燥狀態(tài)下陶瓷磚達到飽和吸水時，吸收水分的質(zhì)量百分率[2～3]。國標GB/T 4100-2015《陶瓷磚》采用吸水率作為陶瓷磚分類的依據(jù)[4]。現(xiàn)有陶瓷磚吸水率的試驗方法是由國標GB/T 3810.3-2016《陶瓷磚試驗方法第3部分：吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定》所規(guī)定的煮沸法和真空法。該標準明確說明沸煮法適用于陶瓷磚的分類和產(chǎn)品說明，真空法適用于顯氣孔率、表觀相對密度和除分類以外的吸水率測定。因此，對陶瓷磚進行產(chǎn)品分類和質(zhì)量檢驗的方法應采用煮沸法[5]。

國標GB/T 3810.3-2016對陶瓷磚磚煮沸法試驗過程規(guī)定如下[5]：將磚豎直地放在盛有去離子水的加熱裝置中，使磚互不接觸，磚的上部離水面至少5 cm，下部離水底應保持至少5 cm的距離，且在整個試驗中都應保持水面高于磚頂面5 cm以上。將水加熱至沸騰并保持沸騰狀態(tài)2 h，然后切斷熱源。后面有兩種操作：其一，使磚完全浸泡在水中冷卻至室溫，并在室溫下浸泡4±0.25 h；其二，也可在保持沸騰狀態(tài)2 h后，用常溫下的去離子水或制冷器將樣品冷卻至室溫，然后在室溫下浸泡4±0.25 h。最后用一塊浸濕并擰干過的麂皮放在平臺上輕輕地擦干每塊轉(zhuǎn)的表面，對于凹凸或有浮雕的表面應用麂皮輕快地擦去表面水分，然后稱重，記錄每塊試樣的稱量結(jié)果，其吸水率E=(m1-m0)/m0×100%，其中，m0表示陶瓷磚烘干之后的干燥質(zhì)量，m1表示陶瓷磚吸水后的質(zhì)量。

上述國標只是簡單地規(guī)定了試驗過程，對應采用的測試儀器并沒有詳細規(guī)定，只是要求采用加熱裝置即可。目前，實驗室大多采用電磁爐等對陶瓷磚進行煮沸，采用人工計時，并采用加冷卻水冷卻的方式來完成陶瓷磚的煮沸試驗。上述試驗過程全程需要人工值守，首先要人工觀察何時煮沸，煮沸后設(shè)定2 h，然后關(guān)閉電磁爐，再給試樣降溫，最后再設(shè)定室溫浸泡時間。上述試驗過程雖然工作量不大，但耗時較長，極大地影響了試驗人員的工作效率，由于不同步驟間隔的時間較長，實際工作中試驗人員很難一直守護在旁，經(jīng)常會出現(xiàn)煮沸時間過長或浸泡時間過長等問題，最終影響試驗結(jié)果的準確性。

綜上所述，現(xiàn)有陶瓷磚吸水率煮沸試驗的測試儀器及方法，極大地影響了試驗人員的檢測效率，且容易導致試驗結(jié)果不準確。本文基于國標GB/T 3810.3-2016中煮沸法的試驗步驟，開發(fā)了一種全自動陶瓷磚吸水率煮沸法測試儀，可以大大提高試驗效率，并保證了試驗結(jié)果的準確性。

1 設(shè)計原理與功能

1.1 設(shè)計原理與組成

本研究開發(fā)的陶瓷磚吸水率煮沸法自動測試儀主要由溫度控制系統(tǒng)、試驗用水冷卻循環(huán)系統(tǒng)和試驗水箱3部分組成。其中溫度控制系統(tǒng)包括加熱電阻、溫度傳感器和溫度控制器等；試驗用水循環(huán)系統(tǒng)包括電磁閥、循環(huán)水泵、過濾器、冷凝器以及水管等；試驗水箱包括水槽、樣品架、多孔隔板等。其設(shè)計原理如圖1所示。

1-箱體 2-樣品架 3-多孔隔板 4-溫度傳感器 5-加熱電阻 6-電磁閥 7-循環(huán)水泵 8-出水管 9-過濾器 10-冷凝器 11-進水管 12-電源開關(guān) 13-水泵開關(guān) 14-溫度控制器

圖1測試儀結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 功能特點

1)本測試儀通過溫度傳感器監(jiān)測試驗用水水溫，然后根據(jù)水溫控制加熱電阻和冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作，試驗人員僅需要將樣品放入試驗水箱，測試儀依據(jù)標準GB/T 3810.3-2016自動完成加熱、冷卻及浸泡過程，無需進行人工操作，極大地提高試驗人員的試驗效率，降低了人為因素的影響，有利于提高試驗結(jié)果的準確度；本測試儀除了考慮實現(xiàn)試驗過程自動化控制外，還考慮到試驗箱機械結(jié)構(gòu)對試驗效果的影響，如增設(shè)均衡水溫的多孔隔板，使樣品在加熱和冷卻過程中受熱、受冷均勻，盡量避免試驗裝置缺陷引入的試驗誤差。

2)樣品架采用導軌與滑塊的組合，滑塊用于支撐和間隔不同的樣品，通過調(diào)節(jié)兩滑塊之間的距離，可適配不同厚度的樣品，可一次完成多組不同規(guī)格樣品的測試。

圖2 陶瓷磚吸水率煮沸法自動測試儀實物圖

3)試驗用水采用冷卻循環(huán)方式，用過濾器去除水中雜質(zhì)，提高了水的利用效率，節(jié)約了水資源。

1.3 操作步驟

1)將已烘干并稱重的陶瓷磚樣品放置在樣品架上，然后注入去離子水，保證水面距離樣品頂面5 cm以上；

2)設(shè)定溫度控制器的沸煮溫度100 ℃，溫度控制器通過溫度傳感器監(jiān)測試驗用水水溫，在水溫達到煮沸溫度時，開始計時，控制加熱電阻繼續(xù)工作2 h，然后停止工作；

3)設(shè)定溫度控制器的冷卻溫度，冷卻溫度通常設(shè)置為室溫，一般為20～25 ℃，加熱電阻停止工作后，溫度控制器控制試驗用水冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作，降低試驗

用水水溫，溫度控制器通過溫度傳感器監(jiān)測試驗用水水溫，在水溫降低到冷卻溫度時，溫度控制器控制試驗用水冷卻循環(huán)系統(tǒng)停止工作，并開始計時，浸泡4±0.25 h；

4)浸泡完畢后，取出陶瓷樣品、擦干、稱重，記錄每塊試樣的稱量結(jié)果，計算吸水率。

2 與真空法測試儀的比較

2.1 試驗方案

取國標GB/T4100-2015規(guī)定的五種不同吸水率的瓷磚，分別為:

1)G類：吸水率E≤0.5%；

2)H類：吸水率0.5%

3)J類：吸水率3%

4)K類：吸水率6%

5)L類：吸水率E>10%。

取上述5種規(guī)格且邊長為600 mm的陶瓷磚各5塊，按照GB/T 3810.3-2016的取樣方法，在每塊整磚中取2塊樣品，分別按照真空法測試儀和煮沸法自動測試儀進行吸水率測定。真空法試驗箱采用湘潭湘儀儀器有限公司生產(chǎn)的TXY陶瓷吸水率真空法測試儀。該儀器參加由國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心組織的編號為BETC-P4221c的陶瓷吸水率能力驗證，結(jié)果滿意，且Z比分數(shù)為O，即測試值等于指定值。吸水率試驗結(jié)果見表1和圖3，其中TXY代表上述真空測試儀，JKF代表本研究開發(fā)的煮沸自動測試儀。

2.2 試驗結(jié)果與分析

表1 煮沸自動測試儀與真空測試儀結(jié)果比較

由上述試驗結(jié)果可以清晰得出，對于五種不同規(guī)格吸水率的陶瓷磚，采用本研究開發(fā)的煮沸法自動測試儀，其試驗結(jié)果與真空法測試儀具有很好的一致性。因此，煮沸法自動測試儀與目前測試方法相比，可以極大提高試驗效率，并且可以保證試驗結(jié)果的準確性。

圖3 煮沸法自動儀與真空測試儀結(jié)果比較

3 結(jié)語

1)本研究開發(fā)的陶瓷磚吸水率煮沸法自動測試儀解決了目前該測試方法無自動化檢測設(shè)備的難題，通過溫度傳感器監(jiān)測試驗用水水溫，溫度控制器通過水溫來控制熱電阻和冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作，試驗人員僅需要將樣品放入試驗水箱，測試儀便可實現(xiàn)加熱、冷卻及

浸泡過程的全自動化，極大地提高試驗人員的工作效率，降低了人為因素影響，有利于提高試驗結(jié)果的準確度。

2)通過與真空法測試儀進行比較得出，其試驗結(jié)果與真空法測試儀具有很好的一致性。試驗用水采用冷卻循環(huán)方式，并采用過濾器去除水中雜質(zhì)，提高了水的利用效率，節(jié)約了水資源。