潮濕狀態(tài)下陶瓷地磚摩擦系數(shù)測試方法探討

何問慎 顧軒 陸倩映 肖景紅

摘 要：陶瓷地磚的摩擦系數(shù)及使用環(huán)境對(duì)其防滑安全性能有著直接的影響。本文依據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI A137.1-2012及ASTM C1028-07，測試和比較了11種常見類型陶瓷磚在潮濕條件下的動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)，評(píng)價(jià)了樣品的使用安全風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明：采用動(dòng)摩擦系數(shù)能更好地評(píng)價(jià)陶瓷地磚的防滑性能。

關(guān)鍵詞：陶瓷磚；防滑性能；動(dòng)摩擦系數(shù)

1 引言

隨著建筑裝飾的檔次不斷提升，選用陶瓷磚作為地面裝飾材料的場所日漸增多，因地面光滑而導(dǎo)致的滑倒事故屢見報(bào)道。研究表明，在干燥潔凈狀態(tài)下，陶瓷地磚的摩擦系數(shù)較高，使用安全風(fēng)險(xiǎn)很低；當(dāng)表面有水或其他液態(tài)污染物時(shí)，部分陶瓷地磚的摩擦系數(shù)會(huì)明顯降低，滑倒風(fēng)險(xiǎn)顯著升高。因此，測試和評(píng)價(jià)陶瓷地磚在潮濕條件下的防滑性能，對(duì)于瓷磚的安全使用是非常重要的。

靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)均被用于潮濕條件下防滑性能的評(píng)價(jià)。典型的測試方法標(biāo)準(zhǔn)包括靜摩擦系數(shù)測試方法ASTM C1028-07e1[1]和動(dòng)摩擦系數(shù)測試方法ANSI A137.1-2012[2]。本文采用上述方法測試了11種常見類型陶瓷地磚在濕滑狀態(tài)下的摩擦系數(shù)，依據(jù)ANSI/NFSI B101.1-2009[3]和ANSI/NFSI B101.3-2012[4]評(píng)價(jià)了使用安全風(fēng)險(xiǎn)，并初步分析了測試方法對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 樣品選擇

本文選擇的實(shí)驗(yàn)樣品為11種常見類型陶瓷地磚，其表面狀態(tài)如表1所示。

2.2 靜摩擦系數(shù)的測試

2.2.1 測試原理

本文采用尺寸為3 in×3 in×1/8 in的Neolite橡膠粘在一塊尺寸為8 in×8 in×3/4 in的鋁合金板上組成滑塊組件（參見圖1），在滑塊組件上加載22 kg的配重塊，拖動(dòng)滑塊組件，使橡膠表面和陶瓷磚水平表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢，記錄產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)瞬間的拉力值，計(jì)算靜摩擦系數(shù)。

2.2.2 測試設(shè)備

本文采用如圖2所示的靜摩擦系數(shù)測定儀測定靜摩擦系數(shù)。

2.2.3 測試步驟

（1） 洗凈待測樣品表面，烘干冷卻后備用；

（2） 檢查Neolite橡膠表面，如表面出現(xiàn)光澤或劃痕，按以下步驟進(jìn)行滑塊橡膠打磨：將加載了配重塊的滑塊組件在鋪貼有400目碳化硅砂紙的平臺(tái)上沿水平方向拉動(dòng)，使Neolite橡膠在砂紙上移動(dòng)約100 mm的距離，掃去表面碎屑，將滑塊組件旋轉(zhuǎn)90°重復(fù)上述打磨過程，共打磨4個(gè)方向，必要時(shí)重復(fù)以上過程直至完全去除橡膠表面的光澤；

（3） 將滑塊組件和待測樣品在水中潤濕至少5 min。將滑塊組件放在已固定位置的樣品上，并在滑塊組件上加載22 kg配重塊，調(diào)節(jié)拉力計(jì)的支撐高度使滑塊組件與拉力計(jì)處于同一水平面上。沿水平方向緩緩用力拉動(dòng)滑塊組件，滑塊組件產(chǎn)生滑動(dòng)即停止用力，讀取記錄產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)的拉力，將樣品旋轉(zhuǎn)90°用同樣的方法測試，共測試4個(gè)方向。測試時(shí)應(yīng)保證表面始終濕潤；

（4） 按上述方法對(duì)校準(zhǔn)板進(jìn)行測試，計(jì)算校準(zhǔn)值；

（5） 按上述方法進(jìn)行樣品測試，每組樣品測試3個(gè)試樣，每個(gè)試樣測試4個(gè)方向，計(jì)算靜摩擦系數(shù)的平均值，通過校準(zhǔn)值修正后，得出樣品的測試結(jié)果。

2.2.4 結(jié)果表示

按式（1）計(jì)算濕態(tài)靜摩擦系數(shù)的校準(zhǔn)值：

XW=0.51-RW/NW （1）

式中：

XW——濕態(tài)靜摩擦系數(shù)的校準(zhǔn)值；

RW——校準(zhǔn)板濕法4次拉力值之和；修約到0.01 kg；

N——測試次數(shù)，4次；

W——滑塊組件的總重量，修約到0.01kg。

按式（2）計(jì)算樣品的濕態(tài)靜摩擦系數(shù)：

FW=（RW/NW）+XW （2）

式中：

FW——樣品的濕態(tài)靜摩擦系數(shù)；

RW——樣品濕法12次拉力值之和，修約到0.01 kg；

N——測試次數(shù)，12次；

XW——濕態(tài)靜摩擦系數(shù)的校準(zhǔn)值。

2.3 動(dòng)摩擦系數(shù)的測試

2.3.1 測試原理

使用可自動(dòng)行走的特殊測試裝置在陶瓷磚表面行走，測試裝置底面中部安裝并拖動(dòng)一個(gè)帶有傳感器的橡膠滑塊一同行走，并施加一定作用力于橡膠滑塊，使滑塊緊密接觸陶瓷磚測試面產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。測試中，測試裝置通過記錄計(jì)算作用于橡膠滑塊的摩擦阻力，得出滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

2.3.2 測試設(shè)備

本文使用 BOT-3000摩擦系數(shù)測試儀測試滑動(dòng)摩擦系數(shù)，如圖3所示。測試采用的滑塊橡膠為SBR橡膠滑塊，如圖4所示。

2.3.3 測試步驟

（1） 試樣的制備：樣品規(guī)格至少為254 mm×254 mm。對(duì)于小規(guī)格的樣品，需鋪貼拼接成大于254 mm×254 mm的規(guī)格。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室測試，每組樣品需測試三個(gè)試樣；

（2） 濕潤試劑：濃度為0.05%的十二烷基硫酸鈉（SLS）溶液。潤試劑不重復(fù)使用，每次測試前需重新用蒸餾水配置濕潤試劑；

（3） 滑塊的準(zhǔn)備：使用配套的專用打磨工具對(duì)橡膠滑塊進(jìn)行打磨。清潔已打磨充分的橡膠滑塊表面，在儀器指定位置安裝橡膠滑塊；

（4） 測試方法：在測試前，需濕潤樣品和橡膠滑塊，然后將測試儀放在樣品表面上，在儀器操作界面選擇相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)后開始測試，測試完成后儀器自動(dòng)記錄結(jié)果。將測試儀旋轉(zhuǎn)90°，測試另一個(gè)方向。每個(gè)試樣測試4個(gè)方向；

（5） 標(biāo)準(zhǔn)磚校準(zhǔn)：在樣品測試前，需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)磚進(jìn)行測試。標(biāo)準(zhǔn)磚4個(gè)方向的動(dòng)摩擦系數(shù)平均值應(yīng)在0.28～0.31內(nèi)，否則需檢查儀器設(shè)置，或?qū)ο鹉z滑塊進(jìn)行再次打磨，直到標(biāo)準(zhǔn)磚測試結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)才能開始樣品測試；

（6） 樣品測試：測試該組樣品的三個(gè)試樣，每次測試前，需檢查SBR橡膠滑塊的表面狀況，如遇明顯磨損痕跡，需重新打磨橡膠滑塊。

2.3.4 數(shù)值要求

樣品測試完成后，記錄每個(gè)試樣的平均值并計(jì)算樣品最終平均值，修約到0.01。

3 結(jié)果與分析

3.1 測試結(jié)果

樣品在潮濕狀態(tài)下的靜摩擦系數(shù)、動(dòng)摩擦系數(shù)及使用安全風(fēng)險(xiǎn)如表2所示。

對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)（參見圖5），R2為0.4945，顯示靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)之間的相關(guān)性很低，測試結(jié)果無法進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換。

比較基于不同方法的安全風(fēng)險(xiǎn)可以發(fā)現(xiàn)，除啞光拋釉磚、木紋磚、無釉地磚（粗糙面）和耐磨轉(zhuǎn)等4種樣品的安全風(fēng)險(xiǎn)一致外，其余7種樣品，基于不同的測試方法的安全風(fēng)險(xiǎn)不同，特別是拋光磚，基于靜摩擦系數(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)為低，基于動(dòng)摩擦系數(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)為高?？梢?，測試方法的選擇，對(duì)于防滑性能的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果有著非常重要的影響。

3.2 基于靜摩擦系數(shù)的防滑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/NFSI B101.1-2009中給出的防滑安全風(fēng)險(xiǎn)劃分方法見表3。

將表2和表3對(duì)比可以看出，11種樣品中，拋光磚、無釉地磚（粗糙面）和耐磨磚為低風(fēng)險(xiǎn)，其余樣品為中等風(fēng)險(xiǎn)，沒有高風(fēng)險(xiǎn)的樣品。實(shí)際上，拋光磚至少在濕滑狀態(tài)下使用時(shí)，才有很高的安全風(fēng)險(xiǎn)。在靜摩擦系數(shù)測試時(shí)，滑塊橡膠與非常光滑表面之間產(chǎn)生的氣窩摩擦力很大，會(huì)導(dǎo)致測試結(jié)果偏高，因此，對(duì)于拋光表面，用靜摩擦系數(shù)可能無法體現(xiàn)其真實(shí)的防滑性能，應(yīng)采用其他合適的方法來測試和評(píng)價(jià)其防滑性能。

3.3 基于動(dòng)摩擦系數(shù)的防滑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)ANSI A137.1-2012標(biāo)準(zhǔn)要求，在水平狀態(tài)下室外地磚的濕態(tài)動(dòng)摩擦系數(shù)應(yīng)不小于0.42。在美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/NFSI B101.3-2012中給出的水平狀態(tài)下防滑安全風(fēng)險(xiǎn)劃分方法如表4所示。

將表2和表4對(duì)比可以看出，11種樣品中，凹凸表面、粗糙表面的有釉磚以及非拋光表面的無釉磚為低風(fēng)險(xiǎn)，拋光產(chǎn)品和一款表面光滑的產(chǎn)品為高風(fēng)險(xiǎn)，其余樣品為中等風(fēng)險(xiǎn)，防滑風(fēng)險(xiǎn)的劃分與使用體驗(yàn)相符。在11款磚中，5款磚適合室外使用，拋光類和表面光滑的樣品均不適合室外使用。由于動(dòng)摩擦系數(shù)模擬的是人在運(yùn)動(dòng)過程中的滑倒，測試采用的潤濕劑能降低氣窩摩擦力的影響，采用的滑塊橡膠形狀和材質(zhì)更接近于常見的鞋跟形狀和材質(zhì)，因此，相比于靜摩擦系數(shù)，采用動(dòng)摩擦系數(shù)能更好地評(píng)價(jià)陶瓷地磚的防滑性能。

4 結(jié)論

通過潮濕條件下兩種摩擦系數(shù)的實(shí)驗(yàn)可以看出，部分樣品尤其是表面經(jīng)拋光處理的樣品雖然靜摩擦系數(shù)并未達(dá)到高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，但在濕滑條件下使用時(shí)，仍有著較高的安全風(fēng)險(xiǎn)?？梢姕y試方法對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果有顯著影響，因此，需要選擇合適的方法來評(píng)價(jià)產(chǎn)品的防滑性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于靜摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)測試結(jié)果能更為真實(shí)地反映現(xiàn)場潮濕條件下的使用效果，值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] ANSI A137.1：2012，American National Standards Specifications for Ceramic Tile [S].

[2] ASTM C1028-07e1，Standard Test Method for Determining the Static Coefficient of Friction of Ceramic Tile and Other Like Surfaces by the Horizontal Dynamometer Pull-Meter Method [S].

[3] ANSI/NFSI B101.1-2009，Test Method for Measuring Wet SCOF of Common Hard-Surface Floor Materials [S].

[4] ANSI/NFSI B101.3-2012，Test Method for Measuring Wet DCOFof Common Hard-Surface Floor Materials （Including Action and Limit Thresholds for the Suitable Assessment of the Measured Values） [S].