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        陶瓷磚吸水率檢測方法比較分析

        2022-11-01 07:57:42楊松林
        佛山陶瓷 2022年10期

        楊松林

        (南安市質量計量檢測所,南安 362300)

        1 前言

        吸水率是陶瓷磚的一個重要性能指標,是衡量陶瓷磚質量優(yōu)劣的重要參數(shù)。吸水率是陶瓷磚開氣孔率的間接度量,與陶瓷磚的微觀結構有關。吸水率越大通常表明磚體的結構孔隙越多,強度越低,反之表明結構致密,強度越高。我國現(xiàn)行的陶瓷磚吸水率檢測方法為GB/T 3810.3-2016《陶瓷磚試驗方法第3部分:吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定》[1],該標準等同采用ISO 10545-3:1995。標準中規(guī)定了吸水率的2種檢測方法:真空法和煮沸法。

        而在最新版的ISO 10545-3:2018中吸水率的測定只保留了真空法。美國標準ASTMC373-2018標準中規(guī)定干壓陶瓷磚的吸水率測定采用真空法,而煮沸法適用于擠壓陶瓷磚。在實際工作中,采用不同的檢測方法得出結果可能相差較大,歷年陶瓷磚質量的監(jiān)督抽查中,發(fā)現(xiàn)的不合格項目都有吸水率這個項目。根據(jù)GB/T 4100-2015陶瓷磚產品標準規(guī)定,陶瓷磚分類是按照陶瓷磚吸水率大小進行的,不同的分類對應不同的性能指標。因此為提高陶瓷磚吸水率測定的準確度,采用適當?shù)臏y試方法至關重要。

        2 試驗步驟

        2.1 主要儀器設備

        電熱鼓風干燥箱DHG-9070B,上海培英實驗儀器有限公司。恒溫水浴鍋HH-4,金壇市華峰儀器有限公司。真空吸水率裝置CXK-A,寧夏機械研究院股份有限公司。電子天平(精度0.01g)ES225SM-DR,普利賽斯。

        2.2 樣品

        選取三種釉面干壓陶瓷磚,將樣品切割成100mm×100mm大小,每組5片,分別編號為產品A、產品B和產品C,產品A標稱的吸水率及類別為0.5%<E≤3%(BⅠb類),B為3%<E≤6%(BⅡa類),C為6%<E≤10%(BⅡb類)。選取一種擠壓陶瓷磚(0.5%<E≤3%(AⅠb類)),工作尺寸為60mm×240mm,切割成60mm×200mm 5片,編為產品D。

        2.3 試驗過程

        將4組樣品放入(110士5)℃的電熱鼓風干燥箱中干燥至恒重,取出置于干燥器中冷卻至室溫。根據(jù)GB/T 3810.3-2016煮沸法測定吸水率的要求,將干燥后的樣品浸入去離子水中加熱至沸騰并保持沸騰2小時。然后關閉加熱系統(tǒng),將樣品浸入水中自然冷卻4小時(浸水時間)以達到飽和。在此過程之后,用擰干的麂皮去除樣品表面上多余的水分,并再次測量它們的質量。

        根據(jù)ASTM C373-2018煮沸法測定吸水率要求,將上述樣品重新放入(150士5)℃的電熱鼓風干燥箱中干燥至恒重,冷卻后置于在沸水中浸泡5小時。然后關閉加熱系統(tǒng),樣品在水中再浸泡24小時(浸水時間)以達到飽和。在此過程之后,用擰干的麂皮去除樣品表面上多余的水分,并再次測量它們的質量。

        GB/T 3810.3-2016真空法測定吸水率的樣品處理同煮沸法,上述樣品重新干燥后豎直放入真空吸水率裝置中,使磚互不接觸,抽真空至(10士1)kPa并保持30分鐘,后停止抽真空,加入足夠的水將磚覆蓋并高出5cm,讓磚浸泡15分鐘以達到飽和。用擰干的麂皮從樣品表面去除多余的水分,并再次測量它們的質量。取水的密度為1g/cm3,吸水率E采用以下公式計算:

        其中:m2表示濕磚的質量;m1表示干燥后磚的質量。

        3 結果分析與討論

        真空法測定陶瓷磚吸水率按照GB/T 3810-2016、ISO 10545-3:2018和ASTM C373-2018三本標準的要求壓力設置為10kPa,保壓30min,浸泡15min。煮沸法1按GB/T 3810-2016要求,煮沸2h,浸泡4h。煮沸法2依據(jù)ASTMC373-2018標準規(guī)定,煮沸4h,浸泡24h。表1為樣品A在三種不同方法下測得的吸水率數(shù)據(jù)。

        表1 樣品A吸水率測試結果(%)

        由表1可知,煮沸法測得的吸水率會明顯小于真空法,煮沸法1測得的吸水率比真空法小42.8%,延長樣品煮沸時間和浸泡時間有利于水的進一步浸入磚體孔隙,偏差縮小至21.4%。樣品B的數(shù)據(jù)如表2所示,趨勢基本跟樣品A一致,最大偏差為13.8%,增加煮沸和浸泡時間縮小至9.7%。這是由于樣品A為瓷質磚,坯體成型壓力大,結構致密,對水屬于低滲透性材料,水分注滿氣孔需要一定的條件及時間。

        表2 樣品B吸水率測試結果

        樣品C經真空法測得吸水率達到11.01%,如表3所示,超出其標稱值范圍,按GB/T 4100-2015要求屬于陶質磚。陶質磚由于其坯體顆粒較大,結構相對疏松,孔隙大,磚體中孔隙大多為開口氣孔,水比較容易注滿開口氣孔。因此三種方法測得的數(shù)據(jù)相差不大,延長煮沸時間和浸泡時間對結果影響不大,最大偏差只有1.2%。

        表3 樣品C吸水率測試結果

        樣品D為擠壓陶瓷磚,坯體采用擠壓方式成型,圖1為本次實驗所用樣品D。由圖可以看出,該款擠壓陶瓷磚表面布滿大小不一的孔隙,顆粒粗糙,結構疏松,在同樣條件下,水分可較快注滿其開口氣孔。該樣品采用三種方法測得的吸水率基本一致,最大偏差只有1.3%,表明其內部氣孔較大,透水性好,水分容易注滿。如表4所示。

        圖1 樣品D所用擠壓陶瓷磚

        表4 樣品D吸水率測試結果

        為進一步研究煮沸法測定吸水率的適用條件,通過調整煮沸時間和浸泡時間重新計算樣品吸水率,圖2為樣品A在不同煮沸時間和浸泡時間下測得的吸水率。由圖可知,延長煮沸時間至8h對吸水率基本沒影響,浸泡時間對吸水率的影響更為顯著。當延長至48h時,測得的值已接近真空法測定的數(shù)值。樣品B調整浸泡時間至48h時,其測的值為4.61%,甚至超出真空法數(shù)值。

        圖2 煮沸時間和浸泡時間對樣品A吸水率的影響

        采用煮沸法時,樣品在沸騰過程中,磚體中的孔洞和通道中的空氣膨脹后部分被水分取代,停止加熱后,往往會殘留部分空氣。樣品在水中冷卻時,孔隙中剩余的空氣收縮,產生負壓,成為流體水浸入該孔隙的驅動力。而利用真空法時,磚體中的孔隙會發(fā)生更為有效的抽氣行為,會顯著減少孔隙內殘留的空氣量,產生更大的負壓,當水浸入磚體時,間隙會更快更容易地被水填滿。

        因此,在標準設定的條件下,低吸水率的陶瓷磚真空法測得吸水率明顯高于煮沸法,吸水率越低,其達到水飽和所需的時間越長,Angela Waterkemper Vieira等人利用煮沸法檢測吸水率小于0.5%的瓷質磚,其達到飽和所需時間約為2500h,而同樣的條件下,細炻磚(3%<E≤6%)約500h后即可達到飽和。

        4 結論

        通過比較陶瓷磚吸水率不同標準的檢測方法,目前國內外標準中都明確可以采用真空法,其試驗測出的數(shù)據(jù)相對準確可靠,而煮沸法則對實驗條件和樣品有一定的限制要求。吸水率越低,其煮沸法測出的吸水率值偏差越大,通過延長浸泡時間可以增加其水飽和度。煮沸法可適用于高吸水率的陶制磚及擠壓陶瓷磚,而我國現(xiàn)行標準GB/T 3810.3-2016中只明確煮沸法適用于陶瓷磚分類和產品說明,同時其規(guī)定的煮沸法浸泡時間僅有4h,可能導致瓷磚無法達到水飽和度。因此建議對標準中的煮沸法適用對象和實驗條件做進一步修改完善,提升陶瓷磚吸水率測試的準確性。

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