不同環(huán)境條件對(duì)紙面石膏板物理性能影響試驗(yàn)研究

黃得楊，陳永超，崔江華，莫俊聰，段瑞斌

（1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司 廣州 510500；2、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

紙面石膏板以天然石膏和護(hù)面紙為主要原材料，適量摻加纖維、淀粉、促凝劑、發(fā)泡劑和水等制成的輕質(zhì)建筑薄板［1］。紙面石膏板作為輕質(zhì)建筑板材［2］，其具有重量輕、隔聲、隔熱、加工性能強(qiáng)、施工方法簡(jiǎn)便等特點(diǎn)［3］。廣泛用于各種工業(yè)建筑、民用建筑，尤其是在高層建筑中可作為內(nèi)墻材料和裝飾裝修材料［4］。

紙面石膏板的物理性能是表征產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，在工程應(yīng)用過(guò)程中有著極為重要的意義［5］?！都埫媸喟澹篏B/T 9775—2008》［6］中試驗(yàn)條件規(guī)定物理性能試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)滿足溫度（25±5）℃、相對(duì)濕度（50±5）%的試驗(yàn)環(huán)境條件下進(jìn)行。而在實(shí)際使用過(guò)程中，某些地區(qū)實(shí)際溫濕度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)溫濕度相差較大，且紙面石膏板原材均為易吸潮材料，本文對(duì)不同環(huán)境條件對(duì)紙面石膏板物理性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品選用

本試驗(yàn)選用某廠家同一批次規(guī)格為2 400 mm×1 200 mm×9.5 mm 的普通紙面石膏板，按照文獻(xiàn)［6］的要求分別制取面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)用樣品，每組3塊，樣品規(guī)格如表1所示。

表1 取樣規(guī)格Tab.1 Sampling Specifications

1.2 設(shè)備選用

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：量程為0～1 000 N，精度為0.5級(jí)。

電熱鼓風(fēng)干燥箱：最高溫度為300 ℃，精度±1 ℃。

電子稱：精度為1 g。

抗沖擊試驗(yàn)儀：鋼球直徑為50 mm，鋼球質(zhì)量為510 g。

護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)儀：荷載質(zhì)量為3 kg。

1.3 樣品調(diào)節(jié)

所有試驗(yàn)樣品預(yù)先放入（40±2）℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重。然后放置在規(guī)定的溫、濕度環(huán)境中冷卻24 h，然后進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)方法

⑴面密度：將試樣放置于電子秤上，取3 塊試樣的平均值作為該組面密度，如圖1?所示。

⑵斷裂荷載：將試樣放置于微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，支座跨距為350 mm，在跨距中間，通過(guò)加荷輥平行于下支座方向施加荷載，加荷速度為4.0 N/s，直至試樣斷裂，取3塊試樣的平均值作為該組斷裂荷載，如圖1?所示。

⑶抗沖擊性：將試樣正面朝上放置于砂子表面，使鋼球在距樣品表面500 mm 的高度自由下落在試樣對(duì)角線交叉點(diǎn)上，觀察背面裂紋情況，以3 塊試樣最嚴(yán)重情況及3 塊落球平均深度作為該組抗沖擊性試驗(yàn)結(jié)果，如圖1?所示。

⑷護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性：將處理好的試樣固定在護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)儀上夾具上，將試樣沿切縫彎折的端頭處擰上下夾具，逐漸增加荷載，直至護(hù)面紙撕離，以3塊試樣最嚴(yán)重情況及3塊撕離的平均荷載作為該組護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)結(jié)果，如圖1?所示。

圖1 試驗(yàn)方法Fig.1 Test Method

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 同溫度不同相對(duì)濕度物理性能試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣品預(yù)先放入（40±2）℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重。然后放置在相同溫度（25±2）℃、不同相對(duì)濕度（40±2%、50±2%、60±2%、70±2%、80±2%）環(huán)境中冷卻24 h，然后按照前文1.4節(jié)所述試驗(yàn)方法分別進(jìn)行面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)。

由表2可知，溫度不變，紙面石膏板的面密度隨相對(duì)濕度的增加而逐漸增大。相對(duì)濕度小于50%時(shí)，變化較為平緩；相對(duì)濕度在50%～70%之間時(shí)，變化較大，增大幅度達(dá)12.9%；相對(duì)濕度大于70%時(shí)，變化又趨于平緩。

表2 不同相對(duì)濕度對(duì)面密度、斷裂荷載、抗沖擊性的影響Tab.2 Influence of Different Relative Humidity on Surface Density, Fracture Load and Impact Resistance

由表2還可知，溫度不變，紙面石膏板的斷裂荷載隨相對(duì)濕度的增加而逐漸減小，且縱向斷裂荷載始終大于橫向斷裂荷載。相對(duì)濕度小于50%時(shí)，變化較為平緩；相對(duì)濕度大于50%時(shí)，變化明顯加快，縱向斷裂荷載減小幅度達(dá)9.6%，橫向斷裂荷載減小幅度達(dá)7.0%。

由表2還可知，溫度不變，紙面石膏板的抗沖擊性落球深度隨相對(duì)濕度的增加而逐漸增大，當(dāng)濕度達(dá)到80%時(shí)，紙面石膏板試驗(yàn)后背面出現(xiàn)裂紋。

由表3可知，溫度不變，紙面石膏板的護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性撕離荷載隨相對(duì)濕度的增加而逐漸減小，且面紙撕離荷載始終大于背紙撕離荷載，但護(hù)面紙與芯材始終未剝離。相對(duì)濕度小于60%時(shí)，撕離荷載減小較為平緩；相對(duì)濕度大于60%時(shí)，撕離荷載減小明顯加快。

表3 不同相對(duì)濕度對(duì)護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性的影響Tab.3 Influence of Different Relative Humidity on Adhesion between Protective Paper and Core Material

經(jīng)分析，紙面石膏板的護(hù)面紙和芯材都是易吸潮材料［7］，斷裂荷載的強(qiáng)度70%以上都是來(lái)自于護(hù)面紙［8-9］，而護(hù)面紙吸潮易造成其纖維結(jié)合強(qiáng)度的降低，護(hù)面紙的面紙和背紙的纖維結(jié)合強(qiáng)度、纖維形態(tài)和應(yīng)力分布均不相同，因此，導(dǎo)致紙面石膏板的面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性均會(huì)隨相對(duì)的濕度的變化而變化。

2.2 同相對(duì)濕度不同溫度物理性能試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣品預(yù)先放入（40±2）℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重。然后放置在相同溫度（5±3 ℃、15±3 ℃、25±3 ℃、35±3 ℃、40±3 ℃）、同相對(duì)濕度（50±2）%環(huán)境中冷卻24h，然后按照前文1.4所述試驗(yàn)方法分別進(jìn)行面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性試驗(yàn)。

由表4可知，相對(duì)濕度不變，紙面石膏板的面密度隨溫度的增加而相應(yīng)減小，但減小幅度較小。

由表4還可知，相對(duì)濕度不變，紙面石膏板的斷裂荷載隨溫度的增加而相應(yīng)改變，但變化規(guī)律不明顯。

表4 不同溫度對(duì)面密度、斷裂荷載、抗沖擊性的影響Tab.4 Influence of Different Temperature on Surface Density, Fracture Load and Impact Resistance

由表4還可知，相對(duì)濕度不變，紙面石膏板的抗沖擊性的落球深度隨溫度的增加而相應(yīng)減小，但減小幅度較小，且背面始終未出現(xiàn)破壞。

由表5可知，相對(duì)濕度不變，紙面石膏板的護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性面紙撕離荷載隨溫度的增加而相應(yīng)變化，相對(duì)穩(wěn)定；背紙撕離荷載在25～35 ℃時(shí)有輕微的下降，但下降幅度很小。

表5 不同溫度護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性的影響Tab.5 Influence of Different Temperatures on Adhesion between Protective Paper and Core Material

經(jīng)分析，紙面石膏板的主要材料石膏和護(hù)面紙?jiān)诓煌臏囟戎械暮视胁町悾掖嬖跓崦浝淇s的現(xiàn)象。因此，在同相對(duì)濕度不同溫度的條件下，紙面石膏板的面密度、斷裂荷載、抗沖擊性、護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性均會(huì)隨溫度的改變而有相應(yīng)的增大或減小，但變化較小，基本可以忽略不計(jì)。當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)40 ℃時(shí)，石膏的結(jié)構(gòu)即會(huì)發(fā)生改變，影響石膏的性能，在紙面石膏板實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)避免接觸高溫物體，破壞石膏的各項(xiàng)性能，影響紙面石膏板的質(zhì)量［10］。

3 結(jié)論

紙面石膏板在同溫度不同相對(duì)濕度的環(huán)境條件下，物理性能的變化較為明顯。尤其在高濕條件下，相對(duì)濕度為70%時(shí)，面密度的變化達(dá)12.9%，斷裂荷載的變化達(dá)9.6%，抗沖擊性落球深度的變化達(dá)20.7%，護(hù)面紙與芯材粘結(jié)性撕離荷載的變化達(dá)18.2%。紙面石膏板對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度較為敏感，因此，在施工和實(shí)際使用過(guò)程中要避免高濕環(huán)境，保證石膏板的性能不改變，提高工程質(zhì)量。

紙面石膏板在同相對(duì)濕度不同溫度的環(huán)境條件下，其物理性能相對(duì)較穩(wěn)定，有輕微的變化。因此，環(huán)境溫度的變化對(duì)紙面石膏板物理性能的影響基本可以忽略。

通過(guò)對(duì)紙面石膏板在不同環(huán)境條件下物理性能試驗(yàn)研究，對(duì)其物理性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和對(duì)比分析，總結(jié)了紙面石膏板在不同環(huán)境條件下物理性能的變化規(guī)律，對(duì)紙面石膏板的試驗(yàn)、施工、使用過(guò)程均有一定的參考意義。