天然花崗石建筑板材抗壓試驗探究

沈瑞銀

（福建省建筑科學研究院 福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025）

花崗石不易風化，顏色美觀，外觀色澤可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨損，被廣泛應用于各種公共場所的地面裝飾中。目前，板材生產廠商所生產的板材以厚度為25 mm的商品為主，施工單位從生產廠商或經銷商所購得的產品也以這種形式居多。然而，在使用前，天然花崗石板材應符合國標GB/T 18601—2009《天然花崗石建筑板材》中的各種要求，其中，壓縮強度的試件要求為邊長50 mm的正方體或Φ50 mm×50 mm的圓柱體，尺寸偏差為±0.5 mm[1]，而施工單位所用的原料無法經加工獲得標準要求的尺寸。如果由生產廠商提供標準尺寸的試驗試件，則試驗檢測獲得的結果不能代表施工單位所采購的板材的性能指標。因此，改進實驗方法可以使工程檢測單位所得的檢測數據更接近實際情況，為工程的質量提供保證。

1 實驗方法及步驟[1]

獲取一塊符合標準的天然花崗石荒料，并由板材生產廠商對該荒料進行加工，將該荒料加工成邊長50 mm正方體標準尺寸的試件20塊和50 mm×50 mm×25 mm長方體非標準尺寸的試件120塊，并且進行單面表面拋光，用來代表從板材中切出的試樣。

根據國標GB/T 18601—2009《天然花崗石建筑板材》中提供的壓縮強度的實驗方法，本次研究對干燥壓縮強度及水飽和壓縮強度進行改進。

將樣品分成兩部分，將一部分放入105℃±2℃的干燥箱內干燥24 h，放入干燥器冷卻至室溫；將另一部分放置于20℃±2℃的清水中，浸泡48 h后取出，用擰干的濕毛巾擦去試樣表面的水分。將非標準試樣分成3組，以拋光面-拋光面接觸疊放、拋光面-非拋光面接觸疊放、非拋光面-非拋光面接觸疊放的方式進行實驗。

用游標卡尺分別測量兩個受力面的邊長，并計算其面積，以兩個受力面積的平均值作為試樣受力面積，邊長測量精確到0.5 mm。將試樣放置于材料試驗機壓板的中心部位，施加載荷至試樣破壞并記錄試樣破壞時的載荷。加載速率為（1 500±100）N/S。

壓縮強度按下式計算：

式（1）中：P為壓縮強度，MPa；F為試樣載荷，N；S為試樣受力面積，mm2。

將非標準試件放入材料試驗機上時及載荷開始時，試件要疊放整齊，保證實驗過程中不打滑，以免影響實驗結果；非標準試件的接觸面應垂直于受力方向，必要時用AB膠與接觸面固定。

2 實驗數據及分析

根據實驗方案，我們可以獲得兩組實驗數據，干燥壓縮強度實驗數據見表1，水飽和壓縮強度實驗數據見表2.

表1 干燥壓縮強度（單位：MPa）

由表1和表2可以看出，相比于標準試件，其他的非標準方法所得的數據偏低，這是因為非標準試件的中間接觸面相對于標準試件而言屬于疊放試件的薄弱點，使得疊放試件更易破碎。而對于3組實驗的壓縮強度來說，拋光-拋光＞拋光-非拋光＞非拋光-非拋光。

實驗產生這一現象的原因可能是拋光面的平整度較大，兩塊試件以拋光面-拋光面接觸疊放時出現的薄弱區域最小，其壓縮強度最大。進一步對實驗數據進行分析，計算各實驗組的標準差，結果見表3和表4.

表2 水飽和壓縮強度（單位：MPa）

表3 干燥壓縮強度平均值及標準差

表4 水飽和壓縮強度平均值及標準差

從表3和表4中可以進一步發現，對于標準差數值而言：標準件＜拋光-拋光＜拋光-非拋光＜非拋光-非拋光，由此可以確定非標準件接觸面的選擇與非標準試件的表面平整度有關，因此拋光面-拋光面接觸疊放的試件所得的壓縮強度的數值最接近真實值。引入概率統計方法，即標準件壓縮強度數值中，在標準差允許范圍內的數據是有效數據。

計算公式：強度偏差＝±平均值×標準差%.

由此可以得到干燥壓縮強度偏差和水飽和壓縮強度偏差為±11.2 MPa、±10.2 MPa，即干燥壓縮強度和水飽和壓縮強度應為140.9±11.2 MPa、139.8±10.2 MPa。接著對標準件的原始數據進行處理，所得結果見表5.

計算得出干燥壓縮強度偏差和水飽和壓縮強度偏差為±8.1 MPa、±7.6 MPa，即干燥壓縮強度和水飽和壓縮強度應為140.5±8.1 MPa、139.7±7.6 MPa。由此可以認為，當同一塊荒料切出的標準試件的壓縮強度在這個范圍內時，則這塊標準試件的壓縮強度可以代表該荒料的壓縮強度。從3組不同接觸面的實驗中可以發現，非拋光面-非拋光面接觸疊放這組實驗的平均值在偏差范圍外，因此這種實驗方式不能作為標準試驗的改進方式。而拋光面-拋光面接觸疊放最接近壓縮強度真實值。

3 結論

從這次實驗可以得出一種比較貼合實際的檢測天然花崗石建筑板材壓縮強度性能的方法，即將50 mm×50 mm×25 mm長方體非標準尺寸的試件以拋光面-拋光面接觸疊放來代替標準試件進行壓縮強度檢測。雖然該方法無法得到真實的樣品壓縮強度性能，但能初步判斷樣品的壓縮強度性能。

表5 處理后壓縮強度數據、平均值及標準差

［1］國家建筑材料工業局人工晶體研究所，東莞環球云石工藝廠有限公司，北京北方建磊裝飾裝修中心，等.GB/T 9966.1—2001天然飾面石材試驗方法第1部分：干燥、水飽和、凍融循環后壓縮強度試驗方法［S］.北京：中國質檢出版社，2001.