CC BY
164
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИИ ВЛАЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METROLOGICAL SUPPORT OF MEASUREMENTS HUMIDITY OF BUILDING MATERIALS
B.C. Ройфе
V.S. Royfe
НИИСФ PAACH
Рассмотрено современное состояние нормативной базы и средств измерения влажности строительных материалов неразрушающими методами.
The current state of the normative base and measuring instruments humidity of building materials by nondestructive methods.
Один из основных критериев качества строительной продукции - влажность используемых материалов, влияющая на технологические, потребительские, эксплуатационные и др. свойства материалов, изделий и конструкций. Номенклатура материалов, используемых в строительной отрасли, чрезвычайно разнообразна, включая в себя композиционные, сыпучие, волокнистые и др. виды материалов. С этим обстоятельством связана одна из проблем разработки, выпуска и метрологического обеспечения рабочих средств измерения влажности строительных материалов. Проблема заключается, с одной стороны, в экономической нецелесообразности выпуска семейства однотипных влагомеров частного применения, например, один для древесины, другой для бетонов, третий для песков и т.д. Альтерна-тивой является выпуск универсального (в широком смысле слова) влагомера, решающего все без исключения практические задачи строительной влагометрии. Повиди-мому, для решения этой проблемы нужен разумный компромисс, например, базовая модель влагомера строительных материалов, комплектуемая, в зависимости от нужд потребителя, разными датчиками, разными комплектами градуировочных зависимостей и разной методикой проведения измерений.
В настоящее время в различных организациях и на предприятиях строительного профиля России и других стран СНГ находится достаточно большое число (десятки тысяч) влагомеров разных типов отечественного и импортного производства, отличающихся друг от друга принципом действия (методом измерения), областью применения, техническими и метрологическими характеристиками, степенью метрологического обеспечения, а также стоимостью.
Известные неразрушающие методы измерения (контроля) влажности различных веществ и материалов достаточно подробно описаны в литературе, например, [1,2], поэтому этот аспект в данной статье не рассматривается. Вместе с тем отметим, что традиционно применявшийся десятки лет в строительной отрасли разрушающий метод [3], в современных условиях практически не применим в связи с появлением новых технологий производства материалов и прогрессивных способов ведения строительно-монтажных, отделочных и др. видов работ.
Метрологическое обеспечение измерений влажности в строительной отрасли включает в себя три аспекта проблемы: стандартизацию методов измерения влажно-
ВЕСТНИК 3/2011
сти строительных материалов; средства измерений (влагомеры); методы и средства поверки (калибровки) средств измерения .
Действующие по настоящее время государственные стандарты на методы измерения влажности разных строительных материалов формально устанавливают несколько неразрушающих (косвенных) методов: нейтронный [4], диэлько-метрический [5], инфракрасный [6], кондуктометрический [7]. Нейтронный и инфра-красный методы практически не применяются в строительной отрасли, первый по при-чине вредного биологического воздействия на человека, второй - из-за ограниченной сферы применения и дороговизны применяемой аппаратуры. Что касается кондукто-метрического метода измерения, нащедшего достаточно широкое применение для контроля влажности древесины и продуктов ее переработки, то специалистам по вла-гометрии хорошо известны низкие метрологические показатели этого метода измерения влажности, обусловленные его принципиальным недостатком, заключающемся в невозможности воспроизведения одного и того же значения электропроводности контролируемого материала для одной и той же влажности при наличии большого числа факторов, влияющих на его электропроводность. Вместе с тем, до настоящего времени находятся в эксплуатации и продолжают поступать в продажу кондуктомет-рические влагомеры, в основном, для древесины (как отечест-венные, так и импортные), хотя они в принципе не могут быть обеспечены надежными методами и средствами поверки (калибровки).
Наибольшее распространение в строительной отрасли (и не только) в последнее время получил диэлькометрический метод измерения влажности. Первый государст-веный стандарт, который узаконил применение диэлькометрического метода измерения влажности в строительной отрасли был разработан более 30-ти лет назад [8]. Несмотря на ограниченную область применения, появление этого стандарта определенным образом стимулировало организацию промышленного выпуска первых диэлько-метрических влагомеров строительных материалов типа ВСКМ и внедрение их в строительную практику [9] . Накопленный в последующие годы опыт применения диэлькометрического метода измерения влажности не только легких и ячеистых бетонов, но и других типов строительных материалов, позволил переработать указанный стандарт и значительно расширить его область применения [5].
Следует напомнить, что большинство строительных материалов во влажном состоянии является проводниками второго рода, т.е. неоднородными диэлектриками с ионным характером электропроводности, обусловленным наличием в материале различных минеральных солей и электролитов. Напомним также, что диэлектрическая проницаемость материала не зависит от концентрации солей и электролитов в воде, в то время как на электропроводность этот фактор оказывает влияние, превалирующее над влиянием влажности. Именно по этой причине кондуктометрический метод измерения влажности, в котором информативным параметром является электропроводность материала, малопригоден в строительной влагометрии. По этой же причине во влагомерах, реализующих в полной мере диэлькометрический метод измерения, в котором информативным параметром является диэлектрическая проницаемость, влияние электропроводности материала должно быть устранено или сведено к минимуму. Тем не менее, продолжают появляться как отечественные, так и импортные влагомеры строительных материалов, называемые диэлькометрическими (в некоторых влагомерах этот термин заменен на "высокочастотный"), в которых влияние электропроводности материала на результаты измерений не устранено, вопреки рекламным декларациям. Использование таких влагомеров потребителями ничего кроме больших погрешностей измерения влажности и дискредитации диэлькометрического метода измерений принести не может. Попутно следует отметить, что у большинства импорт-
ных влагомеров строительных материалов, поставляемых в страну различными посредническими фирмами, как правило, отсутствует метрологическое обеспечение, несмотря на формально существующую систему сертификации отечественной и импортной продукции, в том числе, влагомеров. Такое положение можно объяснить недостаточной компетенцией или недобросовестностью отдельных разработчиков, изготовителей и посредников, не заинтересованных в доведении до потребителя информации о недостатках предлагаемого влагомера.
Метрологическое обеспечение влагомеров строительных материалов, как и других влагомеров твердых веществ, включает в себя средства поверки рабочих средств измерения влажности (влагомеров), а также нормативно-технические документы (стандарты, аттестованные методики, методические указания и т.п.), регламентирующие проведение поверки.
В качестве средств поверки влагомеров твердых веществ нашли широкое применение стандартные образцы (СО) влажности, стабильно воспроизводящие в течение длительного срока приписанную им влажность. СО влажности подразделяются на две группы. К первой группе относятся СО влажности натуральных материалов, аттестуемая характеристика этих СО - абсолютная влажность в % по массе. Ко второй группе относятся СО, имитирующие определенные физические свойства контролируемых материалов, связанные функциональной или корреляционной зависимостью с их влажностью. В частности, для СО влажности , предназначенных для поверки ди-элькометрических влагомеров, таким физическим свойством является диэлектрическая проницаемость. Для СО второй группы аттестуемая характеристика - имитируемая влажность, воспроизводимая СО согласно номинальной градуировочной характеристике влагомера для данного материала. СО влажности первой группы не нашли практического применения в строительной влагометрии, т.к. создать банк натуральных образцов строительных материалов громадной номенклатуры с постоянными значениями влажности каждого образца затруднительно. Поэтому, применительно конкретно к диэлькометрическим влагомерам строительных материалов предпочтительно использовать СО влажности второй группы.
Для серийно выпускаемого ранее влагомера ВСКМ-12 были разработаны СО влажности бетона, представляющие собой двухслойный монолитный блок из диэлектрического компаунда с равномерно распределенным проводящим дисперсным наполнителем [10] . По существу в единый блок объединены два образца-имитатора, имеющие разные значения диэлектрической проницаемости. Объединение комплекта СО в единый блок облегчает и ускоряет операции поверки влагомера. При установке датчика влагомера сначала на одну рабочую поверхность СО, а затем на противоположную, в процессе поверки поочередно воспроизводятся два имитируемых значения влажности, приписанные СО для данного вида бетона. Для сыпучих строите-льных материалов был разработан комплект СО из двух сыпучих образцов, представляющих собой гранулы из полимерной основы с дисперсным проводящим наполнителем. Каждый из образцов имеет свое значение диэлектрической проницаемости, соответствующее определенному значению влажности песка того или иного вида.
В связи с тем, что СО-имитаторы влажности конкретных материалов, являясь средствами поверки рабочих средств измерений, должны восроизводить имитируемые значения влажности этих материалов с погрешностью, значительно меньшей основной погрешности измерения поверяемого влагомера (обычно, от 1/3 до 1/2), к СО-имитаторам предъявляются достаточно жесткие требования по длительной стабильности воспроизведения приписанного значения имитируемой влажности и по адекватности физических свойств имитатора аналогичным свойствам натурального материа-
ВЕСТНИК 3/2011
ла. Высокая стабильность свойств СО может быть достигнута соот- ветствующим выбором его состава и технологии изготовления. Что же касается адекватности физических свойств СО и натурального материала, то здесь дело обстоит значительно сложней. Как упоминалось выше, СО влажности для поверки диэлько-метрических влагомеров строительных материалов представляют собой конгломерат диэлектрических и проводящих компонент, имеющих для конкретного СО постоянное соотношение, определяемое рецептурой состава. В натуральном же строительном материале, как указывалось выше, соотношение между диэлектрической проницаемостью и электропроводностью может меняться в широких пределах при постоянной влажности материала. Это означает, что достичь адекватности по обеим составляющим комплексной проводимости между СО-имитатором и натуральным строительным материалом практически невозможно. Радикальным выходом из этого положения является выполнение одного из основных требований к диэлькометрическим влагомерам строительных материалов, заключающегося в необходимости подавления влияния электропроводности материала на результаты измерений. При выполнении этого условия, адекватности СО влажности и натурального материала по проводимости не требуется. Отсюда следует важный вывод: устранение влияния электропроводности контролируемого материала на результаты измерений, являясь главным условием достижения высоких метрологических характеристик рабочего влагомера, одновременно является главным условием адекватности СО-имитаторов и натуральных материалов, достаточным для качественного метрологического обеспечения диэлькометриче-ских влагомеров строительных материалов средствами поверки.
Для метрологического обеспечения диэлькометрических влагомеров нормативно-технической документацией по поверке, одновременно с разработкой и изготовлением СО-имитаторов влажности строительных материалов был разработан и введен в действие нормативный документ [11], в котором в качестве основных средств поверки было предусмотрено использование СО-имитаторов влажности строительных материалов, описанных выше. В последние годы вместо него разработан и введен в действие унифицированный нормативный документ на поверку влагомеров строительных материалов, независимо от реализуемого ими метода измерений [12].
Влагомеры строительных материалов, которые не входят в Перечень средств измерений, подлежащих обязательной государственной поверке. подлежат первичной и периодической калибровке, заменившей ведомственную поверку. Операции, проводимые при калибровке влагомеров, аналогичны операциям поверки и требуют наличия тех же методов и средств. По существующему положению операции калибровки конкретных средств измерений с выдачей соответствующих сертификатов могут осуществлять метрологические службы организаций и предприятий других ведомств, аккредитованные соответствующим органом Госстандарта на данный вид деятельности, однако этим положением с равным успехом могут пользоваться как добросовестные, так и недобросовестные изготовители (поставщики) влагомеров. Проверить, насколько представленные документы, в частности, по оснащению метрологической службы аккредитуемой организации методами и средствами калибровки, соответствуют действительности, достаточно сложно хотя бы потому, что для такой проверки нужны высококвалифицированные метрологи, специали-зирующиеся в области измерения влажности, которых в территориальных органах Госстандарта явно недостаточно.
Литература
1. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материа-лов/Кричевский Е.С. и др.; под общ ред. Е.С.Кричевского. - М.,Энергия, 1980.- 240 с.
2. Берлинер М.А. Измерения влажности,- М., Энергия, 1973. - 400 с.
3. ГОСТ 24816-81. Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности. Изд. стандартов, М., 1981 - 8 с.
4. ГОСТ 23422-87. Материалы строительные. Нейтронный метод измерения влажности. Изд. стандартов, М., 1987 - 10 с.
5. ГОСТ 21718-84. Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности. Издательство стандартов, М., 1984 - 7 с.
6. ГОСТ 26318.12-84. Материалы неметаллорудные. Инфракрасный метод определения масс-совой доли влаги. Издательство стандартов, М., 1984 - 4 с.
7. ГОСТ 16588-91 Пилопродукция и деревянные детали. Методы определения влажности. Изд. стандартов, М., 1991 - 5 с.
8. ГОСТ 21718-76. Бетоны легкие и ячеистые. Диэлькометрический метод измерения влажности. Изд. стандартов, М., 1976 - 4 с.
9. Ройфе B.C. Метрологическое обеспечение и стандартизация средств измерения влажности в строительстве// Измерительная техника, 1986, №1. С. 44-46.
10. Авт. свид. № 1056019 SU Стандартный образец влагосодержания твердых материалов. Коряков ВЖ и др./ БЖ. 1983, №43.
11. ГОСТ 8.519-84. Влагомеры диэлькометрические строительных материалов. Методика поверки. Изд. стандартов, М., 1984 - 6 с.
12. ГСИ. Измерители влажности строительных материалов. Методика поверки МИ 101243-2009. УНИИМ, Екатеринбург, 2009.
Literature:
1. Teoriya i praktika ekspressnogo kontrolya vlajnosti tverdyh i jidkih materia-lov/Krichevskii E.S. i dr.; pod obsch red. E.S.Krichevskogo. - M.,Energiya, 1980.- 240 s.
2. Berliner M.A. Izmereniya vlajnosti.- M., Energiya, 1973. - 400 s.
3. GOST 24816-81. Materialy stroitel'nye. Metod opredeleniya sorbcionnoi vlajnosti. Izd. standartov, M., 1981 - 8 s.
4. GOST 23422-87. Materialy stroitel'nye. Neitronnyi metod izmereniya vlajnosti. Izd. standartov, M., 1987 - 10 s.
5. GOST 21718-84. Materialy stroitel'nye. Diel'kometricheskii metod izmereniya vlaj-nosti. Izdatel'stvo standartov, M., 1984 - 7 s.
6. GOST 26318.12-84. Materialy nemetallorudnye. Infrakrasnyi metod opredeleniya mass-sovoi doli vlagi. Izdatel'stvo standartov, M., 1984 - 4 s.
7. GOST 16588-91 Piloprodukciya i derevyannye detali. Metody opredeleniya vlajnosti. Izd. standartov, M., 1991 - 5 s.
8. GOST 21718-76. Betony legkie i yacheistye. Diel'kometricheskii metod izmereniya vlaj-nosti. Izd. standartov, M., 1976 - 4 s.
9. Roife V.S. Metrologicheskoe obespechenie i standartizaciya sredstv izmereniya vlajnosti v stroi-tel'stve// Izmeritel'naya tehnika, 1986, №1. S. 44-46.
10. Avt. svid. № 1056019 SU Standartnyi obrazec vlagosoderjaniya tverdyh materialov. Korya-kov V.I. i dr./ B.I. 1983, №43.
11. GOST 8.519-84. Vlagomery diel'kometricheskie stroitel'nyh materialov. Me-todika poverki. Izd. standartov, M., 1984 - 6 s.
12. GSI. Izmeriteli vlajnosti stroitel'nyh materialov. Metodika poverki MP 101-243-2009. UNIIM, Ekaterinburg, 2009.
Ключевые слова: строительные материалы, измерение влажности, метрологическое обеспечение, нормативная база, средства измерений.
Keywords: building materials, humidity measurement, metrological support, the normative base, measuring instrume
e-mail авторов: [email protected]
