陶瓷砖吸水率测定仪真空泵水流倒吸的探究

韩飞 安晓燕 石常军

摘要：陶瓷砖吸水率真空试验装置是检验陶瓷砖吸水率、显气孔率、表观相对密度和容重的重要设备。对陶瓷砖吸水率真空试验装置在使用过程中出现的电磁开关失灵、真空容器水位无法控制、水流倒吸进真空泵、真空泵向外喷油等故障现象进行了深入探究，从设备原理入手，找出了故障发生的原因，

关键词：陶瓷砖 吸水率 真空泵 水流倒吸

一、导言

陶瓷砖存在的质量问题集中在破坏强度、断裂模数、吸水率等方面。自2015年12月1日起施行的国家标准《陶瓷砖》（GB/T 4100-2015）取消了其他方法成型砖的分类，将低吸水率挤压式陶瓷砖分成吸水率小于0.5%和介于0.5%至3%之间两类型，淘汰了吸水率介于3%至10%的挤压陶瓷砖，提升了对挤压式陶瓷砖的技术要求。新标准对陶瓷砖吸水率的检测继续采信《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》（GB/T3810.3—2006，ISO10545-3︰1995，IDT），因此真空法适用于《陶瓷砖》新标准。陶瓷砖吸水率真空试验装置在使用过程中出现的电磁开关失灵、真空容器水位无法控制、水流倒吸进真空泵、真空泵向外喷油等故障现象，关乎陶瓷砖检测试验的成败与结果的准确性，因此，探寻水流倒吸等各种故障的发生原因，“对症下药”，才能确保检测试验的正常进行。

二、陶瓷砖吸水率测定仪的结构组成与测定原理

1.结构组成

学院材料检测中心使用的是沈阳紫微机电设备有限公司生产的TC-ZK-B型陶瓷砖吸水率真空试验装置，测定仪外观如图1所示。

TC-ZK-B型陶瓷砖吸水率真空试验装置的主要技术参数包括：真空度（0～10kPa±1kPa可调）、真空室容积（Φ320mm×350mm）、试样数量（200mm×200mm 10块）。该装置主要由真空系统、真空度自动控制系统、给排水系统及箱体组成。真空试验装置采用不锈钢真空室，真空度由数显表直接显示，并能够自动控制，给排水及放气均由电磁阀控制（测定仪结构如图2所示）。

2.测定原理

将干燥砖置于水中吸水饱和，用砖的干燥质量和吸水饱和后质量及在水中质量计算相关的特性参数。真空法是利用抽真空将装有试样的容器与外界形成负压，试样开口气孔中的气体很容易排除，再将试样浸没在水中，使水更容易注满开口气孔。

TC-ZK-B型陶瓷砖吸水率真空试验装置采用真空法进行测定。其真空度自动控制回路如图3所示。工作原理为：当电源接通后，启动真空泵，真空容器内的空气通过管道过渡罐、电磁阀、由真空泵抽排到大气中，使容器中产生真空。当达到要求的真空度，泵便停止工作。将给排水按钮按下，电磁阀YV2开启，容器中的真空与大气压产生的压差使贮水箱中的水自动进入真空容器中，当水位达到要求高度时，再按给排水按钮，使之恢复原位，电磁阀即关闭，水便停止进入真空容器中。当需要排水时，同时按下给排水与放气按钮，电磁阀YV2、YV3同时开启，真空容器上部便与大气相通，容器中的水就依靠重力流回贮水箱中。

3.测定步骤

将砖竖直放入真空容器中，使砖互不接触，加入足够的水将砖覆盖并高出5cm。抽真空至10kPa士1kPa，并保持30min后停止抽真空，让砖浸泡15min后取出。将一块浸湿过的鹿皮用手拧干。将鹿皮放在平台上依次轻轻擦干每块砖的表面，对于凹凸或有浮雕的表面应用鹿皮轻快地擦去表面水分，然后立即称重并记录。

三、陶瓷砖吸水率测定仪真空泵水流倒吸的故障分析

1.故障表现

TC-ZK-B型陶瓷砖吸水率真空试验装置投入使用后出现的主要故障是：电磁开关失灵→真空容器水位无法控制→水流倒吸进真空泵→真空泵向外喷油→试验失败→维修真空泵等。该测定仪主要供学生进行瓷砖吸水率的测定试验。2007年投入使用至2015年长达8年时间里，多次发生真空泵水流倒吸故障。具体表现是：真空容器进水水位达到要求高度时，按下（关闭）给排水按钮，电磁阀却不关闭，出现电磁阀失灵的现象；由于进水得不到有效控制，水位逐渐超过抽气孔；当水位接近抽气孔时，容器中的水被吸入真空泵；真空泵倒吸进水后，水和油的混合物就会从真空泵顶部的注油口喷涌而出。现场不仅污油遍地，检测试验也不得不被迫中止，还得对真空泵进行清洗、更换泵油等一系列维修，极大地影响到极限真空，甚至导致真空泵损坏。

2.故障分析

（1）真空法两种试验做法的比较。是什么造成了真空泵水流倒吸？初期，首先想到的是国家标准的变化，因为陶瓷砖吸水率检测方法标准GB/T3810.3《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》的2006版，虽然未对真空法的检测步骤作出明确的修改说明，但对1999版真空法检测步骤与要求进行了较大修改，不仅将真空容器和真空系统的真空度由“100kPa±1kPa ”修改为“10kPa±1kPa”（这一点在修改说明中有注释），而且在具体做法上将原来的“先抽真空后加水”修改为“先加水后抽真空”。

①GB/T3810.3—2006真空法实验步骤：将砖竖直放入真空容器中，使砖互不接触；加入足够的水将砖覆盖并高出5cm。抽真空10kPa±1kPa，并保持30min后停止抽真空，让砖浸泡15min后取出。

②ISO10545-3︰1995/Cor.1︰1997真空法实验步骤：将砖竖直放入真空容器中，使砖互不接触；抽真空10kPa±1kPa，并保持30min后，在保持真空的同时，加入足够的水将砖覆盖并高出5cm。停止抽真空，让砖浸泡15min后取出。

经查阅文献资料，并多次试验，发现只要将加水控制在恰当的水位，“先抽真空后加水”与“先加水后抽真空”对真空泵的影响并不很大。

（2）开关手动截止阀对启动真空泵的影响试验。经我们多次检查、测定，电磁阀控制系统线路接触良好，开关按钮正常。又反复核实了学生试验操作情况，对照标准，发现学生并无违规操作。在重新研究试验装置的过程中，发现设备贮水箱与真空泵之间除了图2所示的给排水电磁阀3控制的给排水管道以外，在该管道旁边還有一根没有加装电磁阀，只加装手动截止阀的连通管道。在产品说明书中，该管道既没有出现在结构图中（图2），也没有任何文字性的说明，致使试验指导教师忽略了该管道的作用。为了探究陶瓷砖吸水率测定仪真空泵水流倒吸的真正原因，我们进行了比对试验：

①打开手动截止阀，启动真空泵。结果发现，在没有按下给排水按钮18的情况下，储水箱水位计12中的水位在慢慢下降，也就是说，此时水流进入真空容器中。

②关闭手动截止阀，启动真空泵。比对试验结果发现：在没有按下给排水按钮18的情况下，储水箱水位计12中的水位不动，也就是说，此时水流没有进入真空容器中。

（3）真空泵水流倒吸的真正原因。经过多次实验发现，如果手动截止阀开启，那么给排水电磁阀控制系统就会失灵，导致水位无法控制，真空泵倒吸进水后而喷油。自此判断出这根加装手动截止阀的连通管道在设备中应该属于保护性回路，其设计意图应该是如果发生真空容器满水而电磁阀又恰巧失灵时，开启手动截止阀放水，以保证设备正常使用。为此，在正常试验过程中，为保证电磁阀回路的正常运行，试验前应关闭手动截止阀回路。以往实验中就是因为忘记关闭此回路，才导致电磁阀回路失灵。

四、陶瓷砖吸水率测定仪真空泵水流倒吸的解决办法

1.重新绘图，增添手动截止阀回路

在找到陶瓷砖吸水率测定仪真空泵水流倒吸的原因后，实训室工作人员重新绘制了TC-ZK-B型真空试验装置结构图，在装置图中加入了手动截止阀回路，并整理存档。

2.标注事项，关闭手动截止阀回路

对相关试验指导教师重新进行了设备培训，明确了真空泵手动截止阀回路的作用。在设备的《使用注意事项》中特别做出了“试验时，手动截止阀回路必须处于关闭状态”的标注。

以上措施的实施，保证了后续相关试验的顺利进行，再未发生过真空泵倒吸水喷油的现象。

参考文献：

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[2]江崑.关于干压陶瓷砖吸水率检测方法的探讨[J].中国科技信息，2005，（15）.

[3]林雪茵.日用瓷吸水率检测方法——真空法与煮沸法探讨[J].中国陶瓷，2011，（04）.

[4]张进京.对陶瓷砖吸水率检测方法的探讨[J].中国建材科技，2010，（03）.