李偉彬 楊曉明 潘文毅 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；2 廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

0 引言

抗折強度又稱抗彎強度、彎曲強度、斷裂荷載等，反映了建筑材料單位面積承受彎矩時的極限折斷應力，是一項重要的力學性能指標。常用建筑材料，如混凝土、路緣石，花崗石、大理石、砂巖、石灰石等石材，蒸壓粉煤灰磚、混凝土路面磚、路面板，紙面石膏板、裝飾石膏板、硅酸鈣板、纖維水泥板等建筑板材，幕墻用陶板、石膏砌塊、泡沫玻璃等均有抗折強度的性能要求。

由于建筑材料力學性能要求、規(guī)格尺寸各異，抗折強度試驗方法也不盡相同。比如石材抗折強度試驗要求為[1]：四點加荷，下支座跨距L=10×樣品厚度，上支座跨距L/2；砌墻磚抗折強度試驗要求為[5]：三點加荷，下支輥應有一個為鉸接固定。如果按照各種材料的試驗方法、尺寸規(guī)格，配備相應儀器設(shè)備，儀器數(shù)量會非常龐大。目前市面上的建筑材料抗折夾具，普遍存在量程小、功能單一、跨距調(diào)整不便等問題，見圖1。如考慮覆蓋常規(guī)建筑材料的檢測需求，要配備多種夾具，如此一來，在不同材料抗折強度試驗時，需要更換不同的抗折夾具，浪費寶貴時間，并且購置費用也是一筆不小的開支。另外，夾具眾多占用了實驗室場地，不便于儀器管理。

有必要研發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、耐用性好、操作簡便、可提高試驗效率、能夠滿足多種常用建筑材料試驗要求的多功能抗折強度試驗裝置，可實現(xiàn)不同種類、不同規(guī)格尺寸的樣品集中在一臺設(shè)備上進行試驗。

1 自主研制的多功能抗折強度試驗裝置

針對抗折強度試驗存在的問題與不足，項目組進行了技術(shù)攻關(guān)，研制出一種多功能抗折試驗裝置，可大幅度提高試驗效率、能夠滿足多種常用建筑材料試驗要求，可實現(xiàn)不同種類、不同規(guī)格尺寸的樣品集中在一臺儀器上進行試驗。

1.1 主要思路

建筑材料品種繁多，不同建筑材料力學性能要求、規(guī)格尺寸各異，抗折強度試驗方法也不盡相同。

例如花崗巖、大理石、石灰石等石材，彎曲強度試驗方法按照GB/T 9966.2-2020《天然石材試驗方法 第2部分：干燥、水飽和、凍融循環(huán)后彎曲強度試驗》進行，該標準規(guī)定[1]：加載方式為四點加荷，樣品長度為10×樣品厚度+50mm，寬度100mm，下支座跨距L=10×樣品厚度，上支座跨距L/2，上壓輥、下支撐輥直徑25mm，下支座的兩端距離試件端面為25mm。

例如混凝土路面磚，抗折強度按照GB/T 28635-2012《混凝土路面磚》進行，該標準規(guī)定[2]：加載方式三點加荷，兩個支承棒和加壓棒的的直徑為25mm～40mm，其中一個支承棒應能滾動并可自由調(diào)整水平，下支座跨距L=樣品公稱長度-50mm，下支座的兩端距離試件端面為25mm。

例如纖維水泥板、硅酸鈣板，抗折強度按照GB/T 7019-2014《纖維水泥制品試驗方法》進行，該標準規(guī)定[3]：樣品尺寸為250mm×250mm，加載方式三點加荷，上下壓輥長度應大于260mm，

例如紙面石膏板，斷裂荷載試驗按照GB/T 9775-2008《紙面石膏板》，該標準規(guī)定[4]：加載方式三點加荷，樣品尺寸為400×300mm，下支座跨距L=350mm，下支座的兩端距離試件端面為25mm。

例如砌墻磚抗折強度試驗按照GB/T 2542-2012《砌墻磚試驗方法》，該標準規(guī)定[5]：加載方式為三點加荷，其上壓輥和下支輥的曲率半徑為15mm 且下支輥應有一個為鉸接固定。

如何將實現(xiàn)不同種類、不同規(guī)格尺寸的樣品集中在一臺儀器上進行試驗，是個重點考量的問題，也是個技術(shù)難點。

其次，各材料抗折試驗力值差異較大，比如紙面石膏板斷裂荷載破壞力值只有幾百N，石材彎曲強度破壞力值則為幾kN，此需在加載設(shè)備上配置多個力值傳感器，比如1kN、5kN、10kN。試驗時根據(jù)不同的材料，切換即可。

1.2 試驗裝置的構(gòu)造

該裝置包括：承載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)、支輥系統(tǒng)（固定式或鉸接式）、壓輥系統(tǒng)（一般為鉸接式）,見圖2～圖5。

圖2 試驗裝置（四點抗折示意圖）

圖3 試驗裝置（三點抗折示意圖）

圖4 不同規(guī)格的壓/支輥

圖5 壓/支輥背面帶有卡位

承載系統(tǒng)包括：底座、標尺、滑槽、固定螺母、連接柱、銷子；整個系統(tǒng)通過連接柱與萬能試驗機試驗臺連接，通過銷子插入插銷孔固定。

加載系統(tǒng)包括：底座、標尺、滑槽、固定螺母、連接柱、銷子；與加載系統(tǒng)基本相同。整個系統(tǒng)通過連接柱與萬能試驗機上橫梁連接，通過銷子插入插銷孔固定。

固定式支輥系統(tǒng)：主要由固定支座、標距卡位、擰緊螺母、螺桿及銷片、安裝槽、支輥組成。

鉸接式壓/支輥系統(tǒng)：主要由塊狀的鉸接支座、標距卡位、擰緊螺母、螺桿及銷片、安裝槽、壓/支輥組成。壓/支輥系統(tǒng)通過銷片用擰緊螺母卡緊在滑槽上。

2 試驗裝置的應用

2.1 主要試驗步驟

⑴根據(jù)試驗材料的標準要求，選擇三點加荷、四點加荷；選擇固定式、鉸接式下承荷系統(tǒng)；根據(jù)材料的規(guī)格尺寸，選擇壓輥直徑、長度；計算跨距，估算所需要的荷載，選擇萬能試驗機的相應力值傳感器。

⑵組合安裝好加載系統(tǒng)和壓輥系統(tǒng)，之后安裝在萬能試驗機橫梁下方，用銷子固定。

⑶組合安裝好承載系統(tǒng)和支輥系統(tǒng)，之后安裝在萬能試驗機平臺上，用銷子固定。

⑷根據(jù)試驗要求調(diào)整跨距，注意零點對稱。

⑸在電腦上打開試驗軟件，編輯試驗加載方案；打開萬能試驗機電源，試驗軟件力值清零；開始加載，至樣品斷裂破壞，記錄數(shù)據(jù)，計算抗折強度

2.2 實施效果

2.2.1數(shù)據(jù)準確性

以常用建筑材料中的石材彎曲強度，板材抗折強度、混凝土路面磚抗折強度為例，進行傳統(tǒng)夾具、多功能試驗裝置的試驗數(shù)據(jù)對比，結(jié)果分別見表1～表3，由此可見數(shù)據(jù)基本相當，說明多功能試驗裝置數(shù)據(jù)準確。

表1 多功能試驗裝置與傳統(tǒng)夾具性能比較——花崗石彎曲強度試驗

表2 多功能試驗裝置與傳統(tǒng)夾具性能比較——硅酸鈣板抗折強度試驗

表3 多功能試驗裝置與傳統(tǒng)夾具性能比較——混凝土路面磚抗折強度試驗

2.2.2試驗效率

試驗效率高，多功能試驗裝置基本覆蓋了常用建筑材料的抗折需求，免去了夾具更換等中間環(huán)節(jié)，降低了勞動強度，節(jié)約了時間，工作效率得到明顯提高。

3 主要創(chuàng)新點

多功能試驗裝置滿足試驗樣品的規(guī)格尺寸要求，壓輥裝置或者支輥裝置的拆卸和更換十分簡單方便，適用于不同種類樣品抗折強度試驗需求，能夠?qū)崿F(xiàn)不同種類、不同規(guī)格尺寸的樣品集中在一臺儀器上進行試驗，與傳統(tǒng)抗折夾具相比，該多功能試驗裝置的主要技術(shù)優(yōu)勢，主要創(chuàng)新點如下：

⑴創(chuàng)造性地在底座兩邊設(shè)計了V 形滑槽，改變了傳統(tǒng)抗折夾具的結(jié)構(gòu)，可調(diào)整任意大小的跨距，簡便快捷。傳統(tǒng)夾具多采用在底座中間開槽或者開孔的方式，跨距調(diào)整非常不便，尤其是中間開孔，只能調(diào)整固定大小的幾個跨距。較大程度上滿足目前材料發(fā)展日新月異的需求。

⑵支座系統(tǒng)的拆卸、更換簡單。該技術(shù)效果在不同種類樣品的抗折試驗切換中尤為明顯。比如石材與磚或者板材，試驗切換，只需將上部支座系統(tǒng)卸掉一個即可。

⑶支輥更換簡單、快捷，目前設(shè)計有長度120mm、400mm、500mm 的支輥?？筛鶕?jù)所試驗樣品的規(guī)格尺寸拆卸和更換。

⑷大量程，下跨距達900mm，上跨距可達300mm，遠大于傳統(tǒng)夾具的量程范圍。

⑸工作效率高，基本覆蓋了常用建筑材料的抗折需求，免去了夾具更換等中間環(huán)節(jié)，降低了勞動強度，節(jié)約了時間，工作效率得到明顯提高。

⑹適用范圍廣，節(jié)約了試驗場地、方便了儀器管理、也節(jié)約了固定資產(chǎn)開支。

4 適用范圍

該試驗裝置功能較強大，滿足以下標準。

GB/T 18601-2009 天然花崗石建筑板材，GB/T 19766-2016 天然大理石建筑板材，GB/T 23452-2009天然砂巖建筑板材，GB/T 23453-2009 天然石灰石建筑板材，GB/T 9966.2-2020 天然石材試驗方法 第2 部分：干燥、水飽和、凍融循環(huán)后彎曲強度試驗，JC/T 239-2014 蒸壓粉煤灰磚，GB/T 2542-2012 砌墻磚試驗方法，GB/T 28635-2012 混凝土路面磚，GB/T 9775-2008紙面石膏板，JC/T 799-2007 裝飾石膏板，JC/T 564.1-2018 無石棉硅酸鈣板，JC/T 564.1-2018 無石棉纖維水泥平板，JC/T 564.2-2018 溫石棉纖維水泥平板，JG/T 324-2011 建筑幕墻用陶板，JC/T 698-2010 石膏砌塊，JC/T 647-2014 泡沫玻璃絕熱制品。GB/T 7019-2014《纖維水泥制品試驗方法》。

部分材料的試驗過程如圖6～圖11。

圖6 常規(guī)尺寸（300mm×100mm×25 mm）石材抗折試驗

圖7 大尺寸（600×100×50 mm）石材抗折試驗

圖8 石膏板（400×300×12mm）抗折試驗

圖9 砌墻磚（240×115×53mm）抗折試驗

圖10 路面磚（300×300×60mm）抗折試驗

5 結(jié)論

抗折強度是建筑材料的重要性能指標，其合格與否對該材料乃至整個工程都有重要影響。本文針對看著抗折試驗中存在的問題與不足，研制了一種多功能抗折強度試驗裝置。能夠滿足不同種類、不同規(guī)格尺寸的建筑材料樣品抗折強度試驗檢測需要，數(shù)據(jù)準確、試驗效率高。對建筑材料的質(zhì)量檢測、驗收、設(shè)施維護等提供有益參考，對保障工程質(zhì)量、人民生命財產(chǎn)安全具有良好的社會效益。