天然花崗石建筑板材抗壓試驗(yàn)探究

沈瑞銀

（福建省建筑科學(xué)研究院 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350025）

花崗石不易風(fēng)化，顏色美觀，外觀色澤可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨損，被廣泛應(yīng)用于各種公共場(chǎng)所的地面裝飾中。目前，板材生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的板材以厚度為25 mm的商品為主，施工單位從生產(chǎn)廠商或經(jīng)銷商所購(gòu)得的產(chǎn)品也以這種形式居多。然而，在使用前，天然花崗石板材應(yīng)符合國(guó)標(biāo)GB/T 18601—2009《天然花崗石建筑板材》中的各種要求，其中，壓縮強(qiáng)度的試件要求為邊長(zhǎng)50 mm的正方體或Φ50 mm×50 mm的圓柱體，尺寸偏差為±0.5 mm[1]，而施工單位所用的原料無(wú)法經(jīng)加工獲得標(biāo)準(zhǔn)要求的尺寸。如果由生產(chǎn)廠商提供標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試驗(yàn)試件，則試驗(yàn)檢測(cè)獲得的結(jié)果不能代表施工單位所采購(gòu)的板材的性能指標(biāo)。因此，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法可以使工程檢測(cè)單位所得的檢測(cè)數(shù)據(jù)更接近實(shí)際情況，為工程的質(zhì)量提供保證。

1 實(shí)驗(yàn)方法及步驟[1]

獲取一塊符合標(biāo)準(zhǔn)的天然花崗石荒料，并由板材生產(chǎn)廠商對(duì)該荒料進(jìn)行加工，將該荒料加工成邊長(zhǎng)50 mm正方體標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件20塊和50 mm×50 mm×25 mm長(zhǎng)方體非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件120塊，并且進(jìn)行單面表面拋光，用來(lái)代表從板材中切出的試樣。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 18601—2009《天然花崗石建筑板材》中提供的壓縮強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)方法，本次研究對(duì)干燥壓縮強(qiáng)度及水飽和壓縮強(qiáng)度進(jìn)行改進(jìn)。

將樣品分成兩部分，將一部分放入105℃±2℃的干燥箱內(nèi)干燥24 h，放入干燥器冷卻至室溫；將另一部分放置于20℃±2℃的清水中，浸泡48 h后取出，用擰干的濕毛巾擦去試樣表面的水分。將非標(biāo)準(zhǔn)試樣分成3組，以拋光面-拋光面接觸疊放、拋光面-非拋光面接觸疊放、非拋光面-非拋光面接觸疊放的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)受力面的邊長(zhǎng)，并計(jì)算其面積，以兩個(gè)受力面積的平均值作為試樣受力面積，邊長(zhǎng)測(cè)量精確到0.5 mm。將試樣放置于材料試驗(yàn)機(jī)壓板的中心部位，施加載荷至試樣破壞并記錄試樣破壞時(shí)的載荷。加載速率為（1 500±100）N/S。

壓縮強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式（1）中：P為壓縮強(qiáng)度，MPa；F為試樣載荷，N；S為試樣受力面積，mm2。

將非標(biāo)準(zhǔn)試件放入材料試驗(yàn)機(jī)上時(shí)及載荷開始時(shí)，試件要疊放整齊，保證實(shí)驗(yàn)過程中不打滑，以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；非標(biāo)準(zhǔn)試件的接觸面應(yīng)垂直于受力方向，必要時(shí)用AB膠與接觸面固定。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，我們可以獲得兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，干燥壓縮強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，水飽和壓縮強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2.

表1 干燥壓縮強(qiáng)度（單位：MPa）

由表1和表2可以看出，相比于標(biāo)準(zhǔn)試件，其他的非標(biāo)準(zhǔn)方法所得的數(shù)據(jù)偏低，這是因?yàn)榉菢?biāo)準(zhǔn)試件的中間接觸面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試件而言屬于疊放試件的薄弱點(diǎn)，使得疊放試件更易破碎。而對(duì)于3組實(shí)驗(yàn)的壓縮強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，拋光-拋光＞拋光-非拋光＞非拋光-非拋光。

實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是拋光面的平整度較大，兩塊試件以拋光面-拋光面接觸疊放時(shí)出現(xiàn)的薄弱區(qū)域最小，其壓縮強(qiáng)度最大。進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算各實(shí)驗(yàn)組的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果見表3和表4.

表2 水飽和壓縮強(qiáng)度（單位：MPa）

表3 干燥壓縮強(qiáng)度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差

表4 水飽和壓縮強(qiáng)度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差

從表3和表4中可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值而言：標(biāo)準(zhǔn)件＜拋光-拋光＜拋光-非拋光＜非拋光-非拋光，由此可以確定非標(biāo)準(zhǔn)件接觸面的選擇與非標(biāo)準(zhǔn)試件的表面平整度有關(guān)，因此拋光面-拋光面接觸疊放的試件所得的壓縮強(qiáng)度的數(shù)值最接近真實(shí)值。引入概率統(tǒng)計(jì)方法，即標(biāo)準(zhǔn)件壓縮強(qiáng)度數(shù)值中，在標(biāo)準(zhǔn)差允許范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)。

計(jì)算公式：強(qiáng)度偏差＝±平均值×標(biāo)準(zhǔn)差%.

由此可以得到干燥壓縮強(qiáng)度偏差和水飽和壓縮強(qiáng)度偏差為±11.2 MPa、±10.2 MPa，即干燥壓縮強(qiáng)度和水飽和壓縮強(qiáng)度應(yīng)為140.9±11.2 MPa、139.8±10.2 MPa。接著對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所得結(jié)果見表5.

計(jì)算得出干燥壓縮強(qiáng)度偏差和水飽和壓縮強(qiáng)度偏差為±8.1 MPa、±7.6 MPa，即干燥壓縮強(qiáng)度和水飽和壓縮強(qiáng)度應(yīng)為140.5±8.1 MPa、139.7±7.6 MPa。由此可以認(rèn)為，當(dāng)同一塊荒料切出的標(biāo)準(zhǔn)試件的壓縮強(qiáng)度在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，則這塊標(biāo)準(zhǔn)試件的壓縮強(qiáng)度可以代表該荒料的壓縮強(qiáng)度。從3組不同接觸面的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，非拋光面-非拋光面接觸疊放這組實(shí)驗(yàn)的平均值在偏差范圍外，因此這種實(shí)驗(yàn)方式不能作為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的改進(jìn)方式。而拋光面-拋光面接觸疊放最接近壓縮強(qiáng)度真實(shí)值。

3 結(jié)論

從這次實(shí)驗(yàn)可以得出一種比較貼合實(shí)際的檢測(cè)天然花崗石建筑板材壓縮強(qiáng)度性能的方法，即將50 mm×50 mm×25 mm長(zhǎng)方體非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件以拋光面-拋光面接觸疊放來(lái)代替標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行壓縮強(qiáng)度檢測(cè)。雖然該方法無(wú)法得到真實(shí)的樣品壓縮強(qiáng)度性能，但能初步判斷樣品的壓縮強(qiáng)度性能。

表5 處理后壓縮強(qiáng)度數(shù)據(jù)、平均值及標(biāo)準(zhǔn)差

［1］國(guó)家建筑材料工業(yè)局人工晶體研究所，東莞環(huán)球云石工藝廠有限公司，北京北方建磊裝飾裝修中心，等.GB/T 9966.1—2001天然飾面石材試驗(yàn)方法第1部分：干燥、水飽和、凍融循環(huán)后壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2001.