影響建筑地面與橡膠界面靜摩擦問題分析＊

鐘月威 毛 瑞 林燕娜 車佩奕 肖景紅 黃旺達(dá)

（1廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣州 510300）（2佛山出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫綜合技術(shù)中心 廣東 佛山 528237）

影響建筑地面與橡膠界面靜摩擦問題分析＊

鐘月威1毛 瑞1林燕娜1車佩奕1肖景紅2黃旺達(dá)2

（1廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣州 510300）（2佛山出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫綜合技術(shù)中心 廣東 佛山 528237）

分析了法向載荷、陶瓷磚表面材料性質(zhì)、表面干濕污染對(duì)建筑地面與橡膠界面靜摩擦影響因素。研究表明，當(dāng)法向荷載不斷增大時(shí)，地面磚的摩擦系數(shù)也會(huì)隨之增大，同時(shí)在材質(zhì)不一樣的磚面摩擦系數(shù)的變化也會(huì)有所差別，但總體上建筑地面與橡膠界面靜摩擦系數(shù)是隨著法向荷載的增大而增強(qiáng)的。特別要注意的是建筑地面表面的干濕因素，在一定的法向荷載下，表面干濕程度對(duì)地面磚的摩擦系數(shù)的影響不明顯，甚至沒有影響，但當(dāng)法向荷載增大到一定程度的時(shí)候，表面干濕程度對(duì)建筑地面的摩擦系數(shù)影響尤其明顯，該因素為正常人的體重荷載下對(duì)建筑地面與橡膠界面靜摩擦性能影響的主要因素。

靜摩擦 法向荷載 表面材料的性質(zhì)變化 表面干濕污染

前言

陶瓷地面磚包括拋光磚、釉面磚、仿古磚等。近年來，隨著陶瓷工藝技術(shù)的提高和人們消費(fèi)水平的提升，高檔光滑的地面材料產(chǎn)品已越來越多地被應(yīng)用到建筑行業(yè)當(dāng)中。但隨之而來的地面防滑安全問題也日漸突出。隨著我國(guó)建筑地面防滑安全這個(gè)公共安全新問題的出現(xiàn)，建筑地面防滑性能的測(cè)定及其相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的頒布已到了刻不容緩的地步。基于摩擦學(xué)原理，利用水平拖拉方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析法向載荷、陶瓷磚表面材料性質(zhì)、表面干濕污染對(duì)建筑地面與橡膠界面靜摩擦的影響因素。

1 實(shí)驗(yàn)方法

依照GB／T 4100－2006《陶瓷磚中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》附錄M，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)摩擦系數(shù)計(jì)算公式：

式中：C——摩擦系數(shù)；

R——4次拉力讀數(shù)之和，N；

n——拉動(dòng)次數(shù)4；

G——50N重塊的重力，N；

g＝10kg／N，依照ASTM C 1028－07《陶瓷磚美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)摩擦系數(shù)的計(jì)算公式：

式中：Xd——干法下摩擦系數(shù)校正值；

XW——濕法下摩擦系數(shù)校正值；

R1——在標(biāo)準(zhǔn)版上4次拉力讀數(shù)之和，N；

N——拉動(dòng)次數(shù)4；

C——摩擦系數(shù)；

R——在樣品上12次拉力讀數(shù)之和，N；

n——拉動(dòng)次數(shù)12；

W——24kg的重塊的質(zhì)量，kg；

X——校正值，干法下X＝Xd；濕法下X＝XW。

主要采用水平拖拉方法在摩擦測(cè)試裝置上進(jìn)行建筑地面與橡膠界面的摩擦性能實(shí)驗(yàn)。使用的儀器設(shè)備分別為C03774型靜摩擦系數(shù)測(cè)定儀、水平尺等。

1.1 法向荷載

抽取不同地面磚作為樣品，每樣品數(shù)量為3塊，規(guī)格為200mm×200mm，然后將樣品的表面清洗干凈、烘干、編號(hào)，把樣品放在摩擦測(cè)試裝置上，在樣品上加上不同規(guī)格的重塊，再用電子測(cè)力計(jì)（見圖1）水平拖拉橡膠測(cè)試板，當(dāng)樣品剛好被拖動(dòng)至記錄最大的拉力值時(shí)，把樣品旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)試驗(yàn)。

圖1 電子測(cè)力計(jì)

1.2 表面材料的性質(zhì)變化

用相機(jī)拍下不同樣品（拋光磚、仿古磚、釉面磚）的表面圖片，編號(hào)，把樣品放在摩擦測(cè)試裝置上加上相同重物的方法控制法向荷載一樣，再用電子測(cè)力計(jì)水平拖拉橡膠測(cè)試板，當(dāng)樣品剛好被拖動(dòng)至記錄最大的拉力值時(shí)，把樣品旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)試驗(yàn)。

1.3 表面干濕污染

把樣品放在水中浸泡0.5h，然后放在摩擦測(cè)試裝置上，并在其表面灑上一層水，控制其法向荷載，然后用電子測(cè)力計(jì)水平拖拉橡膠測(cè)試板，當(dāng)樣品剛好被拖動(dòng)至記錄最大的拉力值時(shí)，把樣品旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)試驗(yàn)，把得到的結(jié)果與干燥條件下的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 法向荷載對(duì)建筑地面與橡膠界面的摩擦性能的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制出圖2為干法條件不同法向載荷下（W1＝5kg，W2＝24kg）的摩擦系數(shù)的對(duì)比情況（見圖2）。

圖2 干法條件下兩個(gè)不同負(fù)載之間的摩擦因子

由圖2的對(duì)比可知，建筑地面與橡膠界面的摩擦系數(shù)依據(jù)法向荷載的增大而增大，從圖2還可以看出，不同地面磚的摩擦系數(shù)的差距也有所不同，但總體上摩擦系數(shù)的大小是隨著法向荷載的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制出濕法狀況不同法向載荷下（W1＝5kg，W2＝24kg）的摩擦系數(shù)之間的對(duì)比情況（見表3）。

圖3 濕法條件下兩個(gè)不同負(fù)載之間的摩擦因子

由圖3可知，在濕法條件下，出現(xiàn)了法向荷載的改變對(duì)部分類型的地面磚摩擦系數(shù)影響較大的現(xiàn)象。

綜上所述法向荷載與建筑地面－橡膠界面的摩擦性能有正相關(guān)性，摩擦系數(shù)會(huì)隨著法向荷載的增大而增大，只是在不同的條件下影響程度出現(xiàn)了一定的差距。

2.2 陶瓷磚表面材料的性質(zhì)變化對(duì)陶瓷磚和橡膠界面的摩擦性能的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，列出如表1所示法向荷載5kg摩擦性能測(cè)試分析對(duì)比。

表1 法向荷載5kg摩擦性能測(cè)試分析表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可列出如表2法向荷載23.9kg下的摩擦系數(shù)分析對(duì)比。

由表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，地面磚表面材質(zhì)的變化對(duì)摩擦系數(shù)有一定的影響，如B仿古磚、J馬賽克與H拋光磚，由于表面材質(zhì)的變化而造成摩擦系數(shù)相差較大。材質(zhì)不同的磚面摩擦系數(shù)的變化比例也會(huì)有所差別，但總體上摩擦系數(shù)是隨著法向荷載的增大而增大。

表2 法向荷載23.9kg摩擦性能測(cè)試分析表

2.3 表面干濕污染對(duì)建筑地面橡膠界面的摩擦性能的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制出相同法向載荷下的摩擦系數(shù)對(duì)比情況（見表4）。

圖4為根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制作出法向荷載為5kg的摩擦系數(shù)對(duì)比圖。

圖4 表面干濕情況下法向載荷為5kg的摩擦因數(shù)的對(duì)比

在法向荷載較小的情況下，干濕法試驗(yàn)得出的摩擦系數(shù)的大小差距不大，但總體趨勢(shì)是干燥表面的地面磚的摩擦系數(shù)較濕水表面的摩擦系數(shù)大，但在較小法向荷載下，干濕面對(duì)建筑地面與橡膠界面的摩擦性能的影響不大。

圖5為根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制作出法向荷載為24kg的摩擦系數(shù)對(duì)比圖。

在法向荷載較大的情況下，干、濕法實(shí)驗(yàn)得出的摩擦系數(shù)的差距較大。從圖4、圖5可以看出，干法實(shí)驗(yàn)下摩擦系數(shù)明顯比濕法試驗(yàn)下的摩擦系數(shù)大，顯然可以得出在法向荷載較大的情況下，地面磚的干濕表面的摩擦系數(shù)相差較大。

3 結(jié)語(yǔ)

影響建筑地面與橡膠界面靜摩擦性能的因素很多，本實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)法向荷載、表面材質(zhì)變化、表面干濕污染等3個(gè)因素進(jìn)行探討。當(dāng)法向荷載不斷增大時(shí)，地面磚的摩擦系數(shù)也會(huì)隨之增大，同時(shí)在材質(zhì)不同的磚面上的摩擦系數(shù)的變化比例也會(huì)有差別，但建筑地面與橡膠界面摩擦系數(shù)是隨著法向荷載的增大而增強(qiáng)的。特別要注意的是建筑地面表面的干濕污染這一個(gè)因素，在一定的法向荷載下，表面干濕程度對(duì)地面磚的摩擦系數(shù)的影響不明顯，甚至沒有影響，但是當(dāng)法向荷載增大到一定程度的時(shí)候，表面干濕程度對(duì)建筑地面的摩擦系數(shù)影響特別明顯，干燥地面與潮濕地面之間的摩擦系數(shù)相差較大，也就是說要注意建筑地面的干濕污染，因?yàn)樵撘蛩厥窃谡Ｈ说捏w重荷載下對(duì)建筑地面與橡膠界面靜摩擦性能影響的主要因素。

1 尹毅穎.橡膠－地面石材摩擦性能的研究.材料導(dǎo)報(bào)，2009，23（9）：113～117

2 戴儉德.陶瓷磚摩擦系數(shù)檢測(cè)方法的分析.佛山陶瓷，2002（12）：26～28

3 金永昕.工程摩擦學(xué).杭州：浙江大學(xué)出版社，1994

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6 呂仁國(guó)，李同生，劉旭軍.橡膠摩擦磨損特性的研究進(jìn)展.高分子材料科學(xué)與工程，2002，18（5）：12～15

7 王貴一.橡膠的摩擦及試驗(yàn).特種橡膠制品，2000，21（3）：55～62

8 彭旭東，孟祥鎧，李紀(jì)云.冰面上橡膠滑動(dòng)摩擦特性的數(shù)值分析.潤(rùn)滑與密封，2006（6）：4～7

Analysis of Impacting Building Ground and Rubber Colloid Interface＇s Static Friction Questions

Zhong Yuewei1，Mao Rui1，Lin Yanna1，Che Peiyi1，Xiao Jinghong2，Huang Wangda2（1Guangdong Industry Technical College，Guangzhou，510300）（2Inspection ＆ Quarantion Technology Center of Foshan Entry－Exit Inspection ＆ Quarantion Bureau，Guangdong，F(xiàn)oshan，528237）

This article analyzes vertical loading and tile surface materials＇properties and the influence factors between surface dry wet pollution to building ground and rubber colloid interface＇s static friction.Research shows that when the vertical loading increasing，the friction coefficient of floor tile will then increase.Meanwhile，the change proportion of friction coefficient will be also different according to various smooth degree and materials in the tiles，but overall，the static friction performances of the building ground and rubber colloid interface are enhanced along with vertical loading increasing.It should be paid more attention to dry wet factors of building ground surface.In certain vertical loading，the influence from surface dry wet degree to floor tiles＇friction coefficient is not obvious and even not exist.But when the vertical loading increases to a certain degree，the influence from surface dry wet degree to floor tiles＇friction coefficient becomes particularly obvious.The factor is the major one of the influence factors that the load building ground impacts rubber colloid＇s static friction performance under normal weight.

Static friction；Vertical loading；Qualitative change of surface materials；Surface dry wet pollution

TQ174

A

1002－2872（2011）12－0029－03

廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院第十屆大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技項(xiàng)目。

毛瑞（1965－），碩士，副教授；主要從事建筑材料的教學(xué)與研究。E－mail：ruimao1121＠163.com