環(huán)境因素對(duì)紙面石膏板斷裂荷載影響研究

段瑞斌

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500）

0 引言

紙面石膏板由芯材、護(hù)面紙組成的建筑板材產(chǎn)品，其中芯材是以建筑石膏、外加劑、增強(qiáng)纖維等配制、成型而成。具有自重輕、保溫隔熱、吸聲、耐火、施工簡(jiǎn)便、環(huán)保等特點(diǎn)［1-3］。工程中主要用于輕鋼龍骨輕質(zhì)隔墻、各種天花吊頂工程等［4］。隨著國家節(jié)能減排工作的持續(xù)推進(jìn)，以及綠色建筑理念持續(xù)深入人心，紙面石膏板近年來應(yīng)用十分廣泛。另外，由于石膏獨(dú)特的“呼吸”功能，能自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度，改善居住、工作環(huán)境［5］，這也是其受歡迎的原因之一。

根據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《紙面石膏板：GB/T 9775-2008》［6］中的規(guī)定，石膏板按功能分為以下 4 類：普通型、耐水型、耐火型、耐水耐火型。其技術(shù)指標(biāo)主要有：外觀、尺寸、對(duì)角線長度差、楔形棱邊斷面尺寸、面密度、斷裂荷載、棱邊硬度、端頭硬度、抗沖擊性能、粘結(jié)性、遇火穩(wěn)定性、吸水率等。其中，斷裂荷載是其重要力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量安全影響很大。

文獻(xiàn)［6］中所述的“斷裂荷載”參數(shù)的試驗(yàn)方法，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境溫度、濕度均有明確的規(guī)定，但產(chǎn)品生產(chǎn)、工程建設(shè)中其環(huán)境條件與標(biāo)準(zhǔn)要求會(huì)有一些偏差，本文對(duì)其不同環(huán)境溫度、濕度條件對(duì)力學(xué)性能斷裂荷載的影響做了研究。

1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

1.1 樣品

采用某廠家生產(chǎn)的2 440 mm×1 220 mm×9.5 mm規(guī)格的普通紙面石膏板，在距離石膏板四周大于100 mm 處切取樣品，樣品規(guī)格為 400 mm×300 mm［6］。每組5塊，標(biāo)明正面、反面，縱向、橫向等信息。

1.2 樣品調(diào)節(jié)

斷裂荷載試驗(yàn)前，樣品先放入電熱鼓風(fēng)干燥箱，在（40±2）℃的溫度下，持續(xù)烘干至恒重。然后放在試驗(yàn)要求的溫、濕度環(huán)境中冷卻8 h以上，至其與環(huán)境條件一致，然后進(jìn)行斷裂荷載試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)步驟

將經(jīng)烘干至恒重、冷卻的石膏板樣品，放置在電子萬能試驗(yàn)機(jī)板材抗折夾具上，調(diào)整好跨距350 mm［6］。需注意縱向試件為正面朝下，橫向試件為正面朝上。在跨距中央通過加荷輥，沿平行于下支輥的方向施加荷載，加荷速度控制在4.2 N/s，直至試件斷裂破壞。記錄破壞力值，即為該塊石膏板樣品斷裂荷載值，每組進(jìn)行5 塊樣品的試驗(yàn)，5 塊樣品的斷裂荷載平均值作為該組樣品的斷裂荷載。

2 相同實(shí)驗(yàn)室溫度、不同濕度條件下的斷裂荷載試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品在相同溫度（25±3 ℃），不同相對(duì)濕度（50±3%、55±3%、60±3%、65±3%、75±3%）的實(shí)驗(yàn)室條件下持續(xù)冷卻8 h以上，使其與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件一致，然后進(jìn)行斷裂荷載試驗(yàn)操作。

如表1 所示，相同溫度、濕度條件下，縱向斷裂荷載始終大于橫向斷裂荷載。這主要因?yàn)榧埫媸喟宓膹?qiáng)度約70%～80%來源于護(hù)面紙［7-9］，石膏板正、反面的護(hù)面紙也有縱向、橫向之分，其纖維強(qiáng)度和彈性不同，紙張強(qiáng)度不同。

表1 不同相對(duì)濕度對(duì)斷裂荷載的影響Tab.1 Influence of Different Relative Humidity on Flexural Strength

由表1 可知，無論縱向、橫向斷裂荷載，對(duì)環(huán)境濕度變化較為敏感，均隨著實(shí)驗(yàn)室相對(duì)濕度的增加逐漸減小。相對(duì)濕度在50%～65%范圍內(nèi)，斷裂荷載減小較慢；相對(duì)濕度＞65%時(shí)，斷裂荷載減小明顯加快。主要是因?yàn)椋鄬?duì)濕度在50%～65%范圍內(nèi)，護(hù)面紙吸水性較弱，對(duì)護(hù)面紙強(qiáng)度影響小，相對(duì)濕度＞65%時(shí)，由于濕度較大，護(hù)面紙有一定程度的濕脹，造成其纖維的結(jié)合強(qiáng)度降低，對(duì)護(hù)面紙強(qiáng)度影響較大，進(jìn)而造成石膏板斷裂荷載降低。

由表1還可知，在相同濕度變化條件下，對(duì)應(yīng)的縱向斷裂荷載降低幅度大于橫向的。主要原因亦為紙面石膏板正、反面的護(hù)面紙也有縱向、橫向之分，其纖維強(qiáng)度和彈性不同，紙張強(qiáng)度不同，對(duì)環(huán)境濕度變化的敏感程度不同。

3 相同實(shí)驗(yàn)室濕度、不同溫度條件下的斷裂荷載試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品在相同的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境濕度（50±3%），不同溫度（20±3℃、25±3℃、30±3℃、35±3℃）實(shí)驗(yàn)室條件下冷卻8 h以上，至其與環(huán)境條件一致，然后進(jìn)行斷裂荷載試驗(yàn)。

由表2 可知，在相同濕度條件下，當(dāng)環(huán)境溫度在20 ℃～35 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度逐步升高，其斷裂荷載，無論是縱向、橫向，均保持總體輕微下降，相對(duì)穩(wěn)定，變化很小。說明紙面石膏板雖然同其他材料一樣，存在熱脹冷縮的物理現(xiàn)象，但溫度對(duì)斷裂荷載影響很小，基本可以忽略不計(jì)。

但有研究資料表明，當(dāng)石膏環(huán)境溫度達(dá)到42 ℃時(shí)，石膏的結(jié)晶結(jié)構(gòu)開始改變，從而降低紙面石膏板力學(xué)性能、斷裂荷載等［10，11］。這就要求紙面石膏板不能與發(fā)熱源或高溫物體有接觸，以免影響石膏板質(zhì)量。

表2 不同溫度對(duì)斷裂荷載的影響Tab.2 Effect of Different Temperatures on Flexural Strength

4 結(jié)論

⑴ 濕度對(duì)石膏板斷裂荷載影響較大，隨著濕度增大，石膏板斷裂荷載逐步降低，尤以縱向斷裂荷載為甚。相對(duì)濕度從50%升至75%，縱向斷裂荷載降低幅度12.7%。橫向斷裂荷載降低幅度9.2%。尤其是相對(duì)濕度＞65%時(shí)，降低速度加快。用此受潮的石膏板不可安裝施工，不可直接進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

⑵ 溫度對(duì)石膏板斷裂荷載影響較小，當(dāng)環(huán)境溫度從20℃升高至35℃時(shí)，斷裂荷載變化幅度很小，基本可以忽略不計(jì)。

紙面石膏板種類繁多，規(guī)格尺寸各異，本文僅以應(yīng)用較為廣泛的普通紙面石膏板為例，對(duì)環(huán)境因素對(duì)其主要力學(xué)性能指標(biāo)斷裂載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比分析、研究，為紙面石膏板的安裝施工，試驗(yàn)檢測(cè)等提供技術(shù)參考。