天然花岗石建筑板材抗压试验探究

时间：2024-05-18

沈瑞银

（福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室，福建福州 350025）

花岗石不易风化，颜色美观，外观色泽可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨损，被广泛应用于各种公共场所的地面装饰中。目前，板材生产厂商所生产的板材以厚度为25 mm的商品为主，施工单位从生产厂商或经销商所购得的产品也以这种形式居多。然而，在使用前，天然花岗石板材应符合国标GB/T 18601—2009《天然花岗石建筑板材》中的各种要求，其中，压缩强度的试件要求为边长50 mm的正方体或Φ50 mm×50 mm的圆柱体，尺寸偏差为±0.5 mm[1]，而施工单位所用的原料无法经加工获得标准要求的尺寸。如果由生产厂商提供标准尺寸的试验试件，则试验检测获得的结果不能代表施工单位所采购的板材的性能指标。因此，改进实验方法可以使工程检测单位所得的检测数据更接近实际情况，为工程的质量提供保证。

1 实验方法及步骤[1]

获取一块符合标准的天然花岗石荒料，并由板材生产厂商对该荒料进行加工，将该荒料加工成边长50 mm正方体标准尺寸的试件20块和50 mm×50 mm×25 mm长方体非标准尺寸的试件120块，并且进行单面表面抛光，用来代表从板材中切出的试样。

根据国标GB/T 18601—2009《天然花岗石建筑板材》中提供的压缩强度的实验方法，本次研究对干燥压缩强度及水饱和压缩强度进行改进。

将样品分成两部分，将一部分放入105℃±2℃的干燥箱内干燥24 h，放入干燥器冷却至室温；将另一部分放置于20℃±2℃的清水中，浸泡48 h后取出，用拧干的湿毛巾擦去试样表面的水分。将非标准试样分成3组，以抛光面-抛光面接触叠放、抛光面-非抛光面接触叠放、非抛光面-非抛光面接触叠放的方式进行实验。

用游标卡尺分别测量两个受力面的边长，并计算其面积，以两个受力面积的平均值作为试样受力面积，边长测量精确到0.5 mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷。加载速率为（1 500±100）N/S。

压缩强度按下式计算：

式（1）中：P为压缩强度，MPa；F为试样载荷，N；S为试样受力面积，mm2。

将非标准试件放入材料试验机上时及载荷开始时，试件要叠放整齐，保证实验过程中不打滑，以免影响实验结果；非标准试件的接触面应垂直于受力方向，必要时用AB胶与接触面固定。

2 实验数据及分析

根据实验方案，我们可以获得两组实验数据，干燥压缩强度实验数据见表1，水饱和压缩强度实验数据见表2.

表1 干燥压缩强度（单位：MPa）

由表1和表2可以看出，相比于标准试件，其他的非标准方法所得的数据偏低，这是因为非标准试件的中间接触面相对于标准试件而言属于叠放试件的薄弱点，使得叠放试件更易破碎。而对于3组实验的压缩强度来说，抛光-抛光＞抛光-非抛光＞非抛光-非抛光。

实验产生这一现象的原因可能是抛光面的平整度较大，两块试件以抛光面-抛光面接触叠放时出现的薄弱区域最小，其压缩强度最大。进一步对实验数据进行分析，计算各实验组的标准差，结果见表3和表4.

表2 水饱和压缩强度（单位：MPa）

表3 干燥压缩强度平均值及标准差

表4 水饱和压缩强度平均值及标准差

从表3和表4中可以进一步发现，对于标准差数值而言：标准件＜抛光-抛光＜抛光-非抛光＜非抛光-非抛光，由此可以确定非标准件接触面的选择与非标准试件的表面平整度有关，因此抛光面-抛光面接触叠放的试件所得的压缩强度的数值最接近真实值。引入概率统计方法，即标准件压缩强度数值中，在标准差允许范围内的数据是有效数据。

计算公式：强度偏差＝±平均值×标准差%.

由此可以得到干燥压缩强度偏差和水饱和压缩强度偏差为±11.2 MPa、±10.2 MPa，即干燥压缩强度和水饱和压缩强度应为140.9±11.2 MPa、139.8±10.2 MPa。接着对标准件的原始数据进行处理，所得结果见表5.

计算得出干燥压缩强度偏差和水饱和压缩强度偏差为±8.1 MPa、±7.6 MPa，即干燥压缩强度和水饱和压缩强度应为140.5±8.1 MPa、139.7±7.6 MPa。由此可以认为，当同一块荒料切出的标准试件的压缩强度在这个范围内时，则这块标准试件的压缩强度可以代表该荒料的压缩强度。从3组不同接触面的实验中可以发现，非抛光面-非抛光面接触叠放这组实验的平均值在偏差范围外，因此这种实验方式不能作为标准试验的改进方式。而抛光面-抛光面接触叠放最接近压缩强度真实值。