楊松林
(南安市質(zhì)量計量檢測所,南安 362300)
吸水率是陶瓷磚的一個重要性能指標(biāo),是衡量陶瓷磚質(zhì)量優(yōu)劣的重要參數(shù)。吸水率是陶瓷磚開氣孔率的間接度量,與陶瓷磚的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。吸水率越大通常表明磚體的結(jié)構(gòu)孔隙越多,強度越低,反之表明結(jié)構(gòu)致密,強度越高。我國現(xiàn)行的陶瓷磚吸水率檢測方法為GB/T 3810.3-2016《陶瓷磚試驗方法第3部分:吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定》[1],該標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO 10545-3:1995。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了吸水率的2種檢測方法:真空法和煮沸法。
而在最新版的ISO 10545-3:2018中吸水率的測定只保留了真空法。美國標(biāo)準(zhǔn)ASTMC373-2018標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定干壓陶瓷磚的吸水率測定采用真空法,而煮沸法適用于擠壓陶瓷磚。在實際工作中,采用不同的檢測方法得出結(jié)果可能相差較大,歷年陶瓷磚質(zhì)量的監(jiān)督抽查中,發(fā)現(xiàn)的不合格項目都有吸水率這個項目。根據(jù)GB/T 4100-2015陶瓷磚產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,陶瓷磚分類是按照陶瓷磚吸水率大小進行的,不同的分類對應(yīng)不同的性能指標(biāo)。因此為提高陶瓷磚吸水率測定的準(zhǔn)確度,采用適當(dāng)?shù)臏y試方法至關(guān)重要。
電熱鼓風(fēng)干燥箱DHG-9070B,上海培英實驗儀器有限公司。恒溫水浴鍋HH-4,金壇市華峰儀器有限公司。真空吸水率裝置CXK-A,寧夏機械研究院股份有限公司。電子天平(精度0.01g)ES225SM-DR,普利賽斯。
選取三種釉面干壓陶瓷磚,將樣品切割成100mm×100mm大小,每組5片,分別編號為產(chǎn)品A、產(chǎn)品B和產(chǎn)品C,產(chǎn)品A標(biāo)稱的吸水率及類別為0.5%<E≤3%(BⅠb類),B為3%<E≤6%(BⅡa類),C為6%<E≤10%(BⅡb類)。選取一種擠壓陶瓷磚(0.5%<E≤3%(AⅠb類)),工作尺寸為60mm×240mm,切割成60mm×200mm 5片,編為產(chǎn)品D。
將4組樣品放入(110士5)℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重,取出置于干燥器中冷卻至室溫。根據(jù)GB/T 3810.3-2016煮沸法測定吸水率的要求,將干燥后的樣品浸入去離子水中加熱至沸騰并保持沸騰2小時。然后關(guān)閉加熱系統(tǒng),將樣品浸入水中自然冷卻4小時(浸水時間)以達(dá)到飽和。在此過程之后,用擰干的麂皮去除樣品表面上多余的水分,并再次測量它們的質(zhì)量。
根據(jù)ASTM C373-2018煮沸法測定吸水率要求,將上述樣品重新放入(150士5)℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重,冷卻后置于在沸水中浸泡5小時。然后關(guān)閉加熱系統(tǒng),樣品在水中再浸泡24小時(浸水時間)以達(dá)到飽和。在此過程之后,用擰干的麂皮去除樣品表面上多余的水分,并再次測量它們的質(zhì)量。
GB/T 3810.3-2016真空法測定吸水率的樣品處理同煮沸法,上述樣品重新干燥后豎直放入真空吸水率裝置中,使磚互不接觸,抽真空至(10士1)kPa并保持30分鐘,后停止抽真空,加入足夠的水將磚覆蓋并高出5cm,讓磚浸泡15分鐘以達(dá)到飽和。用擰干的麂皮從樣品表面去除多余的水分,并再次測量它們的質(zhì)量。取水的密度為1g/cm3,吸水率E采用以下公式計算:
其中:m2表示濕磚的質(zhì)量;m1表示干燥后磚的質(zhì)量。
真空法測定陶瓷磚吸水率按照GB/T 3810-2016、ISO 10545-3:2018和ASTM C373-2018三本標(biāo)準(zhǔn)的要求壓力設(shè)置為10kPa,保壓30min,浸泡15min。煮沸法1按GB/T 3810-2016要求,煮沸2h,浸泡4h。煮沸法2依據(jù)ASTMC373-2018標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,煮沸4h,浸泡24h。表1為樣品A在三種不同方法下測得的吸水率數(shù)據(jù)。
表1 樣品A吸水率測試結(jié)果(%)
由表1可知,煮沸法測得的吸水率會明顯小于真空法,煮沸法1測得的吸水率比真空法小42.8%,延長樣品煮沸時間和浸泡時間有利于水的進一步浸入磚體孔隙,偏差縮小至21.4%。樣品B的數(shù)據(jù)如表2所示,趨勢基本跟樣品A一致,最大偏差為13.8%,增加煮沸和浸泡時間縮小至9.7%。這是由于樣品A為瓷質(zhì)磚,坯體成型壓力大,結(jié)構(gòu)致密,對水屬于低滲透性材料,水分注滿氣孔需要一定的條件及時間。
表2 樣品B吸水率測試結(jié)果
樣品C經(jīng)真空法測得吸水率達(dá)到11.01%,如表3所示,超出其標(biāo)稱值范圍,按GB/T 4100-2015要求屬于陶質(zhì)磚。陶質(zhì)磚由于其坯體顆粒較大,結(jié)構(gòu)相對疏松,孔隙大,磚體中孔隙大多為開口氣孔,水比較容易注滿開口氣孔。因此三種方法測得的數(shù)據(jù)相差不大,延長煮沸時間和浸泡時間對結(jié)果影響不大,最大偏差只有1.2%。
表3 樣品C吸水率測試結(jié)果
樣品D為擠壓陶瓷磚,坯體采用擠壓方式成型,圖1為本次實驗所用樣品D。由圖可以看出,該款擠壓陶瓷磚表面布滿大小不一的孔隙,顆粒粗糙,結(jié)構(gòu)疏松,在同樣條件下,水分可較快注滿其開口氣孔。該樣品采用三種方法測得的吸水率基本一致,最大偏差只有1.3%,表明其內(nèi)部氣孔較大,透水性好,水分容易注滿。如表4所示。
圖1 樣品D所用擠壓陶瓷磚
表4 樣品D吸水率測試結(jié)果
為進一步研究煮沸法測定吸水率的適用條件,通過調(diào)整煮沸時間和浸泡時間重新計算樣品吸水率,圖2為樣品A在不同煮沸時間和浸泡時間下測得的吸水率。由圖可知,延長煮沸時間至8h對吸水率基本沒影響,浸泡時間對吸水率的影響更為顯著。當(dāng)延長至48h時,測得的值已接近真空法測定的數(shù)值。樣品B調(diào)整浸泡時間至48h時,其測的值為4.61%,甚至超出真空法數(shù)值。
圖2 煮沸時間和浸泡時間對樣品A吸水率的影響
采用煮沸法時,樣品在沸騰過程中,磚體中的孔洞和通道中的空氣膨脹后部分被水分取代,停止加熱后,往往會殘留部分空氣。樣品在水中冷卻時,孔隙中剩余的空氣收縮,產(chǎn)生負(fù)壓,成為流體水浸入該孔隙的驅(qū)動力。而利用真空法時,磚體中的孔隙會發(fā)生更為有效的抽氣行為,會顯著減少孔隙內(nèi)殘留的空氣量,產(chǎn)生更大的負(fù)壓,當(dāng)水浸入磚體時,間隙會更快更容易地被水填滿。
因此,在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的條件下,低吸水率的陶瓷磚真空法測得吸水率明顯高于煮沸法,吸水率越低,其達(dá)到水飽和所需的時間越長,Angela Waterkemper Vieira等人利用煮沸法檢測吸水率小于0.5%的瓷質(zhì)磚,其達(dá)到飽和所需時間約為2500h,而同樣的條件下,細(xì)炻磚(3%<E≤6%)約500h后即可達(dá)到飽和。
通過比較陶瓷磚吸水率不同標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法,目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中都明確可以采用真空法,其試驗測出的數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確可靠,而煮沸法則對實驗條件和樣品有一定的限制要求。吸水率越低,其煮沸法測出的吸水率值偏差越大,通過延長浸泡時間可以增加其水飽和度。煮沸法可適用于高吸水率的陶制磚及擠壓陶瓷磚,而我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3810.3-2016中只明確煮沸法適用于陶瓷磚分類和產(chǎn)品說明,同時其規(guī)定的煮沸法浸泡時間僅有4h,可能導(dǎo)致瓷磚無法達(dá)到水飽和度。因此建議對標(biāo)準(zhǔn)中的煮沸法適用對象和實驗條件做進一步修改完善,提升陶瓷磚吸水率測試的準(zhǔn)確性。