唐超君，邰海軍

(安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230601)

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鋪地材料防滑性能測試設(shè)備的研發(fā)與比對(duì)試驗(yàn)

唐超君，邰海軍

(安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230601)

摘要：滑倒而致傷致殘是威脅公共安全的大問題，因此，鋪地材料防滑性能的研究是安全研究的重要部分。鋪地材料的特性會(huì)由于使用時(shí)間和潔凈程度等因素而改變，本文根據(jù)滑動(dòng)模型，設(shè)計(jì)了基于模擬行走的鋪地材料防滑性能測試設(shè)備。通過實(shí)驗(yàn)室測試和對(duì)比分析，證明該設(shè)備對(duì)鋪地材料防滑性能測試是可行的，適用于各種條件的現(xiàn)場試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鋪地材料；防滑；現(xiàn)場檢測

1引言

根據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查研究，因滑倒致傷大約占職業(yè)性意外事故的12%，防止滑倒的研究是安全研究中具有重要意義的一個(gè)部分。著名防滑學(xué)者Strandberg研究分析了所有的滑倒事件后，給出使用防滑鞋和在地面上加鋪防滑表層的建議。此建議的提出，突顯了研究滑倒過程中生物力學(xué)和摩擦的重要性，尤其是開發(fā)出鋪地材料和鞋類表面防滑的評(píng)估準(zhǔn)則和測試平臺(tái)。

鋪地材料和鞋子的特性會(huì)因?yàn)榇┲鴷r(shí)間、環(huán)境潮濕與潔凈程度而改變。在實(shí)驗(yàn)室中可以測試穿過的鞋子的防滑性能，但是卻不能測試用過的鋪地材料表面的防滑性能。因此，很有必要開發(fā)一種可以移動(dòng)的防滑測試設(shè)備，以測試不同工業(yè)、生活場所的表面防滑性能(很多表面被使用過或者是表面覆有臟污物)。此測試平臺(tái)還可以測量與使用相關(guān)的各種因素對(duì)地面防滑性能的影響，如不同種類的臟污、清潔情況、使用磨損等。

2國內(nèi)外防滑性能理論研究進(jìn)展

很多國家都開展了防滑的研究，不同的方法和設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。在上世紀(jì)80年代初期，Strandberg將世界范圍內(nèi)防滑領(lǐng)域的專家聚集在一起，開展了一項(xiàng)意義巨大的項(xiàng)目(National Board of Occupational Safety and Health(NBOSH),Sweden)。此項(xiàng)目提供了實(shí)驗(yàn)室不同測試方法的比對(duì)的機(jī)會(huì)。Strandberg和Lanshammar(1981)列出了測量儀器的基本變量，這些變量可以保證測量結(jié)果的正確性，包括：腳和地面接觸的角度、接觸的方位，在腳和地面接觸的地方施加的壓力、滑動(dòng)的速度等。如果這些生物學(xué)參數(shù)都是給定的理想值，在滑動(dòng)過程中，復(fù)雜的摩擦現(xiàn)象最終的表現(xiàn)值也是理想的。研究成果中特別強(qiáng)調(diào)，滑倒的關(guān)鍵時(shí)刻是在后跟接觸滑行0.05s后，在此刻，接觸地面的垂直分力大約為體重的60%，鞋底的后跟與地面相接觸，鞋底與地面呈5°的夾角。

對(duì)于鋪地材料的防滑性能的研究，我國仍然比較薄弱，檢測方法和檢測儀器單一，主要是測量4S橡膠的測試墊片與待測鋪地材料之間的摩擦系數(shù)，從而得到待測鋪地材料的防滑性能。例如GB/T 4100-2015《陶瓷磚》中，將一塊尺寸為75mm×75mm×3mm的4S橡膠塊粘在一塊尺寸為200mm×200mm×20mm的膠合板上，制成滑塊組件，將滑塊組件放在待測磚的測試面上，將4.5kg的重塊放在滑塊組件上部的中央部位。用拉力計(jì)測定沿水平方向使組件產(chǎn)生滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)所需的拉力，從而測出靜摩擦系數(shù)，得出防滑性能。

3基于模擬行走的鋪地材料防滑性能測試平臺(tái)

3.1整體設(shè)計(jì)

本文研究的鋪地材料防滑性能測試儀器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。設(shè)備的研究基于模擬行走中滑動(dòng)的過程，采用整鞋與地面相接觸，同時(shí)將整鞋與地面設(shè)置一定的夾角，測量的數(shù)值更能表征在行走過程中鋪地材料的防滑性能。

根據(jù)示意圖1，鋪地材料上方設(shè)置有測試滑塊，測試滑塊的上方設(shè)置有用于使測試滑塊與鋪地材料之間具有一定接觸壓力的加壓機(jī)構(gòu)，測試滑塊的水平方向設(shè)置有用于使測試滑塊與鋪地材料之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或具有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的平移機(jī)構(gòu)，加壓機(jī)構(gòu)與測試滑塊之間設(shè)置有壓力傳感器，平移機(jī)構(gòu)和測試滑塊之間設(shè)置有拉力傳感器。

試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)移動(dòng)式空壓機(jī)，待準(zhǔn)備工作完畢后，控制閥組將氣壓進(jìn)行分路走向，通過操作控制面板設(shè)定垂直壓力氣缸以一定的速度逐步施加壓力至500N，并保持該壓力一段時(shí)間后，水平拉動(dòng)氣缸以0.3m/s±3%的速度拉動(dòng)鞋楦測試塊，直至將鞋楦測試塊拉動(dòng)。該段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)記錄并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，包括試驗(yàn)時(shí)間、間隔采集拉力、靜摩擦力、最大靜摩擦力和動(dòng)摩擦力，系統(tǒng)計(jì)算并顯示拉力-時(shí)間曲線、摩擦系數(shù)-時(shí)間曲線。鋪地材料測試面應(yīng)當(dāng)保證平穩(wěn)，以確保儀器運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定、可靠。

圖1　鋪地材料防滑性能測試設(shè)備示意圖

3.2測試過程的控制及要求

在測試的過程中，選擇與鞋楦相配套的測試用鞋，要保證鞋楦與鞋牢固結(jié)合且在測試過程中無相對(duì)滑動(dòng)，需測試的樣品或者地面平整，測試的樣品需要保證在與鞋楦相對(duì)滑動(dòng)中不發(fā)生移動(dòng)從而影響測量精度。鞋楦與測試面接觸時(shí)的角度可以調(diào)整，需要保證鞋楦與測試面接觸的角度為5°±0.5°，從而保證能更好地表征在行走過程中與地面接觸滑動(dòng)的過程。

在鞋底與測試面接觸后，預(yù)加載50N的壓力，保持1s，隨后穩(wěn)步增加壓力，保證力值在0.2s之內(nèi)增加至500N±25N。在正壓力值達(dá)到500N以后，水平拖動(dòng)使得測試的鞋楦滑過待測表面，滑動(dòng)速度需要控制在0.3m/s±3%。垂直加載于測試表面的力值和水平摩擦力值的測試精度需要控制在2%以上，滑動(dòng)的測量距離需要精確到1mm。

3.3實(shí)驗(yàn)室測試比對(duì)

將基于模擬行走的防滑測試設(shè)備的測試結(jié)果與GB/T 4100-2015中的防滑性能測試結(jié)果做了相應(yīng)的對(duì)比，根據(jù)材料的使用環(huán)境和狀態(tài)，分別在干態(tài)和濕態(tài)條件下對(duì)3種不同的鋪地材料(水磨石/瓷磚/強(qiáng)化地板)的防滑性能進(jìn)行測量和比對(duì)。

試驗(yàn)用鞋選擇橡膠材質(zhì)鞋底，所測試的鋪地材料樣品尺寸為：水磨石600mm×600mm，瓷磚600mm×600mm，強(qiáng)化地板600mm×450mm。GB/T 4100-2015中，測試樣品均處理為300mm×600mm。干態(tài)測試時(shí)，將測試表面洗凈并且烘干，在濕態(tài)測試時(shí)，用蒸餾水將試驗(yàn)表面完全濕潤。用兩種不同的測試設(shè)備對(duì)3種不同的鋪地材料在兩種不同的試驗(yàn)狀態(tài)下進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1。

表1　不同鋪地材料防滑系數(shù)測試值列表

通過對(duì)不同材料在不同狀態(tài)下測量值結(jié)果的對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：

采用兩種設(shè)備所測出的防滑性能均表明，在濕態(tài)條件下，鋪地材料的防滑性能要低于在干態(tài)條件下的防滑性能，與理論情況相符。

兩種不同的設(shè)備在干態(tài)條件下防滑性能的測試結(jié)果相差不大，但是在濕態(tài)條件下兩者相去甚遠(yuǎn)。采用GB/T 4100-2015中防滑性能測試儀器測試的濕態(tài)條件下的防滑性能與干態(tài)條件下的防滑性能相差不大。

美國學(xué)者(e.g. Redfern and Bidanda,1994)通過研究，將防滑系數(shù)閾值設(shè)定為0.5，此安全閾值在美國被廣泛推薦使用。在潮濕環(huán)境條件下，地面防滑系數(shù)低于0.5時(shí)，需要及時(shí)做出防滑措施來保證行人安全。但是依據(jù)GB/T 4100-2015中防滑性能測試儀器測試的濕態(tài)條件下鋪地材料的防滑系數(shù)均高于推薦的安全閾值，即表征在濕態(tài)狀況下不會(huì)有滑倒的風(fēng)險(xiǎn)，與理論情況相去甚遠(yuǎn)。究其原因，主要是因?yàn)樵谥匚锏淖饔孟拢?S橡膠塊與待測的表面之間產(chǎn)生了真空的吸附作用，不能準(zhǔn)確表征在濕態(tài)環(huán)境下鋪地材料的真實(shí)防滑性能。

基于模擬行走的鋪地材料防滑性能測試設(shè)備所得出的防滑系數(shù)，在干態(tài)狀況下要明顯好于在濕態(tài)狀況下。在干態(tài)條件下，防滑系數(shù)均大于0.5，沒有滑倒的風(fēng)險(xiǎn)，但是在濕態(tài)狀況下，防滑系數(shù)會(huì)有大幅度減少，表征在濕態(tài)條件下，鋪地材料的防滑性能急劇降低，滑倒風(fēng)險(xiǎn)增加，與理論情況相符較好，相比于GB/T 4100-2015中防滑性能測試儀器，能夠更好地表征鋪地材料在不同狀態(tài)的防滑性能。

4鋪地材料防滑性能測試平臺(tái)性能及功能設(shè)計(jì)

本文所研究的鋪地材料防滑性能測試儀器，以一種或多種材料制成測試滑塊對(duì)鋪地材料進(jìn)行檢測，能夠全面地測試鋪地材料的各項(xiàng)防滑性能參數(shù)。通過對(duì)比，可以顯著地區(qū)分不同鋪地材料之間防滑性能的差異。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的加壓機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)，使測試滑塊受壓移動(dòng)時(shí)更為平穩(wěn)，測試時(shí)無抖動(dòng)，測試結(jié)果重復(fù)性好、準(zhǔn)確性高。

選擇模擬人體腳部的鞋楦測試塊，可以更好地了解人體在鋪地材料上的防滑性能，一方面可以選擇與人體腳部物理性質(zhì)相類似的材料制作鞋楦測試塊，測試人赤腳時(shí)在鋪地材料上的防滑性能；另一方面可以在鞋楦測試塊外套裝各種材料的襪子或鞋子，以測試穿著不同鞋襪時(shí)鋪地材料的防滑性能。

采用便攜式的設(shè)計(jì)，可以適用于各種條件的現(xiàn)場試驗(yàn)。對(duì)在不同外部環(huán)境下使用過的鋪地材料的防滑性能做出準(zhǔn)確的測試結(jié)果，測量使用范圍廣。

5結(jié)束語

地面防滑評(píng)估是項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要豐富的理論研究和防滑體系的建立，既需要防滑的法規(guī)、法律來支持，也需要檢測方法和檢測設(shè)備的完善來適應(yīng)發(fā)展的需求，這對(duì)于減少工作領(lǐng)域和社會(huì)活動(dòng)領(lǐng)域的滑倒風(fēng)險(xiǎn)，保障各類人群的安全出行，構(gòu)建以人為本的和諧社會(huì)是有重大意義的。

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[收稿日期]2016-05-03

[作者簡介]唐超君(1984-)，女，湖北襄陽人，碩士，工程師，從事建筑節(jié)能相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量檢測研究工作。

[基金項(xiàng)目]國家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014QK003)。

中圖分類號(hào)：TH117

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.013

Development of Slip Resistance Measurement Device for Floor Covering Material and Comparison Test

Tang Chaojun, Tai Haijun

(Anhui Provincial Supervising & Testing Research Institute for Product Quality, Hefei 230601, Anhui, China)

Abstract：Injured or disabled by slipping is a big threat to public safety, so research on slip resistance of floor covering materials is an important part of the safety studies. The properties of floor surface are constantly modified as a function of wear, dirt, and humidity. According to the slipping model in this paper, a slip resistance measurement device is designed based on walking simulation, and the device can be applied in field test under various conditions. By means of laboratory tests and comparison analysis, the device is feasible for testing the slip resistance of floor covering materials and can be used in field test.

Keywords:floor covering material; slip resistance; field test