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        不同環(huán)境條件對紙面石膏板物理性能影響試驗(yàn)研究

        2021-10-20 00:59:56黃得楊陳永超崔江華莫俊聰段瑞斌
        廣東土木與建筑 2021年9期

        黃得楊,陳永超,崔江華,莫俊聰,段瑞斌

        (1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司 廣州 510500;2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500)

        0 引言

        紙面石膏板以天然石膏和護(hù)面紙為主要原材料,適量摻加纖維、淀粉、促凝劑、發(fā)泡劑和水等制成的輕質(zhì)建筑薄板[1]。紙面石膏板作為輕質(zhì)建筑板材[2],其具有重量輕、隔聲、隔熱、加工性能強(qiáng)、施工方法簡便等特點(diǎn)[3]。廣泛用于各種工業(yè)建筑、民用建筑,尤其是在高層建筑中可作為內(nèi)墻材料和裝飾裝修材料[4]。

        紙面石膏板的物理性能是表征產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo),在工程應(yīng)用過程中有著極為重要的意義[5]?!都埫媸喟澹篏B/T 9775—2008》[6]中試驗(yàn)條件規(guī)定物理性能試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室應(yīng)滿足溫度(25±5)℃、相對濕度(50±5)%的試驗(yàn)環(huán)境條件下進(jìn)行。而在實(shí)際使用過程中,某些地區(qū)實(shí)際溫濕度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)溫濕度相差較大,且紙面石膏板原材均為易吸潮材料,本文對不同環(huán)境條件對紙面石膏板物理性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

        1 試驗(yàn)

        1.1 試驗(yàn)樣品選用

        本試驗(yàn)選用某廠家同一批次規(guī)格為2 400 mm×1 200 mm×9.5 mm 的普通紙面石膏板,按照文獻(xiàn)[6]的要求分別制取面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)用樣品,每組3塊,樣品規(guī)格如表1所示。

        表1 取樣規(guī)格Tab.1 Sampling Specifications

        1.2 設(shè)備選用

        微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī):量程為0~1 000 N,精度為0.5級。

        電熱鼓風(fēng)干燥箱:最高溫度為300 ℃,精度±1 ℃。

        電子稱:精度為1 g。

        抗沖擊試驗(yàn)儀:鋼球直徑為50 mm,鋼球質(zhì)量為510 g。

        護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)儀:荷載質(zhì)量為3 kg。

        1.3 樣品調(diào)節(jié)

        所有試驗(yàn)樣品預(yù)先放入(40±2)℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重。然后放置在規(guī)定的溫、濕度環(huán)境中冷卻24 h,然后進(jìn)行試驗(yàn)。

        1.4 試驗(yàn)方法

        ⑴面密度:將試樣放置于電子秤上,取3 塊試樣的平均值作為該組面密度,如圖1?所示。

        ⑵斷裂荷載:將試樣放置于微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上,支座跨距為350 mm,在跨距中間,通過加荷輥平行于下支座方向施加荷載,加荷速度為4.0 N/s,直至試樣斷裂,取3塊試樣的平均值作為該組斷裂荷載,如圖1?所示。

        ⑶抗沖擊性:將試樣正面朝上放置于砂子表面,使鋼球在距樣品表面500 mm 的高度自由下落在試樣對角線交叉點(diǎn)上,觀察背面裂紋情況,以3 塊試樣最嚴(yán)重情況及3 塊落球平均深度作為該組抗沖擊性試驗(yàn)結(jié)果,如圖1?所示。

        ⑷護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性:將處理好的試樣固定在護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)儀上夾具上,將試樣沿切縫彎折的端頭處擰上下夾具,逐漸增加荷載,直至護(hù)面紙撕離,以3塊試樣最嚴(yán)重情況及3塊撕離的平均荷載作為該組護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)結(jié)果,如圖1?所示。

        圖1 試驗(yàn)方法Fig.1 Test Method

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 同溫度不同相對濕度物理性能試驗(yàn)

        將試驗(yàn)樣品預(yù)先放入(40±2)℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重。然后放置在相同溫度(25±2)℃、不同相對濕度(40±2%、50±2%、60±2%、70±2%、80±2%)環(huán)境中冷卻24 h,然后按照前文1.4節(jié)所述試驗(yàn)方法分別進(jìn)行面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)。

        由表2可知,溫度不變,紙面石膏板的面密度隨相對濕度的增加而逐漸增大。相對濕度小于50%時(shí),變化較為平緩;相對濕度在50%~70%之間時(shí),變化較大,增大幅度達(dá)12.9%;相對濕度大于70%時(shí),變化又趨于平緩。

        表2 不同相對濕度對面密度、斷裂荷載、抗沖擊性的影響Tab.2 Influence of Different Relative Humidity on Surface Density, Fracture Load and Impact Resistance

        由表2還可知,溫度不變,紙面石膏板的斷裂荷載隨相對濕度的增加而逐漸減小,且縱向斷裂荷載始終大于橫向斷裂荷載。相對濕度小于50%時(shí),變化較為平緩;相對濕度大于50%時(shí),變化明顯加快,縱向斷裂荷載減小幅度達(dá)9.6%,橫向斷裂荷載減小幅度達(dá)7.0%。

        由表2還可知,溫度不變,紙面石膏板的抗沖擊性落球深度隨相對濕度的增加而逐漸增大,當(dāng)濕度達(dá)到80%時(shí),紙面石膏板試驗(yàn)后背面出現(xiàn)裂紋。

        由表3可知,溫度不變,紙面石膏板的護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性撕離荷載隨相對濕度的增加而逐漸減小,且面紙撕離荷載始終大于背紙撕離荷載,但護(hù)面紙與芯材始終未剝離。相對濕度小于60%時(shí),撕離荷載減小較為平緩;相對濕度大于60%時(shí),撕離荷載減小明顯加快。

        表3 不同相對濕度對護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性的影響Tab.3 Influence of Different Relative Humidity on Adhesion between Protective Paper and Core Material

        經(jīng)分析,紙面石膏板的護(hù)面紙和芯材都是易吸潮材料[7],斷裂荷載的強(qiáng)度70%以上都是來自于護(hù)面紙[8-9],而護(hù)面紙吸潮易造成其纖維結(jié)合強(qiáng)度的降低,護(hù)面紙的面紙和背紙的纖維結(jié)合強(qiáng)度、纖維形態(tài)和應(yīng)力分布均不相同,因此,導(dǎo)致紙面石膏板的面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性均會(huì)隨相對的濕度的變化而變化。

        2.2 同相對濕度不同溫度物理性能試驗(yàn)

        將試驗(yàn)樣品預(yù)先放入(40±2)℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重。然后放置在相同溫度(5±3 ℃、15±3 ℃、25±3 ℃、35±3 ℃、40±3 ℃)、同相對濕度(50±2)%環(huán)境中冷卻24h,然后按照前文1.4所述試驗(yàn)方法分別進(jìn)行面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)。

        由表4可知,相對濕度不變,紙面石膏板的面密度隨溫度的增加而相應(yīng)減小,但減小幅度較小。

        由表4還可知,相對濕度不變,紙面石膏板的斷裂荷載隨溫度的增加而相應(yīng)改變,但變化規(guī)律不明顯。

        表4 不同溫度對面密度、斷裂荷載、抗沖擊性的影響Tab.4 Influence of Different Temperature on Surface Density, Fracture Load and Impact Resistance

        由表4還可知,相對濕度不變,紙面石膏板的抗沖擊性的落球深度隨溫度的增加而相應(yīng)減小,但減小幅度較小,且背面始終未出現(xiàn)破壞。

        由表5可知,相對濕度不變,紙面石膏板的護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性面紙撕離荷載隨溫度的增加而相應(yīng)變化,相對穩(wěn)定;背紙撕離荷載在25~35 ℃時(shí)有輕微的下降,但下降幅度很小。

        表5 不同溫度護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性的影響Tab.5 Influence of Different Temperatures on Adhesion between Protective Paper and Core Material

        經(jīng)分析,紙面石膏板的主要材料石膏和護(hù)面紙?jiān)诓煌臏囟戎械暮视胁町?,且存在熱脹冷縮的現(xiàn)象。因此,在同相對濕度不同溫度的條件下,紙面石膏板的面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性均會(huì)隨溫度的改變而有相應(yīng)的增大或減小,但變化較小,基本可以忽略不計(jì)。當(dāng)溫度達(dá)到或超過40 ℃時(shí),石膏的結(jié)構(gòu)即會(huì)發(fā)生改變,影響石膏的性能,在紙面石膏板實(shí)際使用過程中,應(yīng)避免接觸高溫物體,破壞石膏的各項(xiàng)性能,影響紙面石膏板的質(zhì)量[10]。

        3 結(jié)論

        紙面石膏板在同溫度不同相對濕度的環(huán)境條件下,物理性能的變化較為明顯。尤其在高濕條件下,相對濕度為70%時(shí),面密度的變化達(dá)12.9%,斷裂荷載的變化達(dá)9.6%,抗沖擊性落球深度的變化達(dá)20.7%,護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性撕離荷載的變化達(dá)18.2%。紙面石膏板對環(huán)境相對濕度較為敏感,因此,在施工和實(shí)際使用過程中要避免高濕環(huán)境,保證石膏板的性能不改變,提高工程質(zhì)量。

        紙面石膏板在同相對濕度不同溫度的環(huán)境條件下,其物理性能相對較穩(wěn)定,有輕微的變化。因此,環(huán)境溫度的變化對紙面石膏板物理性能的影響基本可以忽略。

        通過對紙面石膏板在不同環(huán)境條件下物理性能試驗(yàn)研究,對其物理性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和對比分析,總結(jié)了紙面石膏板在不同環(huán)境條件下物理性能的變化規(guī)律,對紙面石膏板的試驗(yàn)、施工、使用過程均有一定的參考意義。

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