陶瓷地砖防滑性能的测试方法

赵江伟等

摘 要：本文介绍了测试陶瓷地砖防滑性能的两种常用方法：倾斜平台法和摆锤法。通过对不同品种陶瓷地砖防滑性能进行测试，对这两种方法的结果进行对比，探讨这两种方法在测试陶瓷地砖防滑性能的特点，并通过粗糙度测试探讨了表面粗糙度对测试结果以及防滑性能的影响。

关键词：陶瓷地砖；表面粗糙度；倾斜平台法；摆锤法；防滑性能

1 前言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，建筑地面装饰材料越来越受到追捧。目前普遍使用的三大地面装饰性材料是实木地板、石材以及陶瓷地砖。在三大地面材料中，无论是从经济、实用性以及装饰性等方面来看，陶瓷地砖无疑是三者中性价比最高的，于是我们在各大公共场所以及家居装修中看到地面材料大多以陶瓷地砖为主。

目前，在国际上防滑性能主要测试方法有静摩擦系数法、动摩擦系数法、倾斜平台法和摆锤法。在这些测试方法的基础上各国制订了一系列的测试标准、评价标准，以帮助消费者选择适当的产品，降低使用风险。

由于陶瓷地砖的防滑性能主要与接触面的表面粗糙度有关。因此，本文应用倾斜平台法和摆锤法对不同表面粗糙度的陶瓷地砖进行测试，分析陶瓷地砖表面粗糙度对测试结果以及防滑性能的影响。

2 陶瓷地砖防滑性能测试方法

2.1 倾斜平台法（DIN 51130-2010）

本试验采用DIN51130-2010倾斜平台法[1]。DIN51130-2010的测试条件为测试者穿着特制鞋在涂有润滑油的实验板上行走，测试滑到的临界倾斜角度，为获得准确的数据，测试者在测试样品前必须进行三块标准板校正，所得临界角必须在标准范围内。

测试人员在以每秒倾斜不小于1°的恒角速度旋转的平台上行走，直至测试者显示出不安全迹象时，测出旋转平台与水平面之间倾角，以确定被测陶瓷砖的动态临界摩擦角。此方法模拟实际使用情景，对斜坡路面的陶瓷砖摩擦系数测试有实际意义[2]。

依据德国BGR 181-2004 The standard for slip prevention on parquet and hardwood floors in working areas[3]，对测试结果进行评价（如表1所示）。该标准针对不同的场所及用途规定了等级要求，低于标准使用等级要求的都属于滑倒高风险。

2.2 摆锤法（BS 7976-2：2002+A1：2013）[4]

该方法主要是模拟人脚在行走过程中，后脚跟与陶瓷砖接触瞬间所产生的滑动力，即根据“摆的位能损失等于安装于摆臂末端橡胶块滑过样品表面时，克服表面等摩擦所做的功”，来计算橡胶块和陶瓷地砖表面的摩擦系数[5]。

陶瓷地砖在干燥条件下防滑性能较好，潮湿状态下滑倒风险较高。因此，本次试验使用BS 7976-2摆锤湿法。摆锤法是一种比较适合潮湿条件下防滑项目测试的方法，但是由于仪器操作较为复杂，对于测试人员要求较高，特别是在测试有粗糙表面和有纹路表面的陶瓷地砖时，不同测试者的实验结果可能存在差异[6]。摆锤法评价等级如表2所示。

2.3 表面粗糙度测试[8]

表面粗糙度是描述表面不平整情况的参数，表面粗糙度越小，则表面越光滑。图1为表面粗糙度的计算方法示意图。

Ra：轮廓的算术平均偏差，即在一个取样长度内纵坐标值Z（x）绝对值的算术平均值。

Rz：微观不平度十点高度（见图1），即在一个取样长度内，最大轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。

Ra和Rz比较常用于反映表面粗糙程度。

3 试验样品

本次试验选取5种陶瓷砖10个样品，分别为：抛光砖、釉面砖（光滑面）、哑光瓷质砖、仿古砖和无釉耐磨砖，它们的表面特征见表3。

4 试验设备

4.1 倾斜平台测试装置

本次试验使用的是GABBRIELLI公司生产的型号为SCIV.DIN的倾斜平台测试装置（如图2所示）。

4.2 摆锤法摩擦系数测定仪

本次试验使用的是WESSEX ENGIINEERING公司设计生产的型号为SK1564的摆锤法摩擦系数测定仪（如图3所示）。

4.3 表面粗糙度测试仪

本试验采用的测试仪器是日本Mitutoyo，型号为SJ-400的触针式表面粗糙度测试仪（如图4所示）。

5 试验结果及讨论

对这5种陶瓷砖采用上述两种方法进行防滑性测试，并对10块样品进行表面粗糙度的测试，结果见表4。评价结果比较如表5所示。

通过比较可以发现，3#、4#、5#、6#样品通过两种方法测试所得结果的评价存在差异。主要原因是测试方法存在差异：倾斜平台法完全依靠测试人员的自身感受，而摆锤法模拟人脚后跟滑倒时的运动轨迹，与陶瓷地砖表面形成切向力。

釉面砖（光滑面）粗糙度Ra在1μm左右，Rz在10μm上下，证明表面轮廓较为平整、光滑，容易产生滑倒感，而对摆锤法影响较少。

哑光瓷质砖粗糙度Ra在4μm左右，Rz在24μm上下，证明表面轮廓存在一定凹凸现象但起伏不大，虽然表面较为平滑但由于凸起的麻点使得表面摩擦力增大，测试人员行走时滑倒感会明显下降，但摆锤法只有127mm左右的滑行距离，受表面较高波峰的影响，测试结果有可能存在偏小的现象。

此外，3#、4#、5#、6#样品两种方法所得结果均处于临界值，应采用其他测试方法加以测试并评价其防滑性能。

临界角与表面粗糙度关系如图5所示，摆锤角与表面粗糙度关系如图6所示。

通过分析图5、6可以得到以下结论：

（1） 临界角与摆锤角总体随着表面粗糙度增加而提高，当表面粗糙度比较平缓，且增大到一定程度时，临界角和摆锤角提高并不明显。这是由于随着陶瓷表面粗糙度的增加，橡胶或鞋底与陶瓷砖表面接触面积相对减少，从而可能降低了由于表面粗糙度增加而使摩擦系数提高的趋势；

（2） 临界角变化趋势与陶瓷砖表面粗糙度变化趋势较为接近，而摆锤角从仿古砖到无釉耐磨砖的变化趋势与陶瓷砖表面粗糙度变化趋势反差较大，这表面倾斜平台法测试结果比摆锤法更能体现陶瓷砖表面防滑性能的真实情况；

（3） 倾斜平台法能较好的反映陶瓷砖表面防滑性能的真实情况，但当测试抛光类或表面粗糙度较小的陶瓷砖时，由于润滑油自身的疏流性以及粘附性，涂抹在光滑表面上使得测试鞋底与陶瓷砖表面接触较少，加之环境温度、测试人员熟练程度对试验均可能使结果产生影响；

（4） 摆锤法在测试表面粗糙度大的陶瓷地砖（如：仿古砖、耐磨砖）时，橡胶皮容易受到陶瓷地砖凹凸面的影响，通过对8#和10#样品的表面粗糙度的分析，Rz越大对摆锤法造成的影响越大；

（5） 陶瓷地砖表面粗糙度并非越粗糙防滑性能就越好。

6 结语

通过上述两种防滑性能测试方法的比较，借助表面粗糙度的对试验结果进行分析，可以发现：

（1） 倾斜平台法模拟实际使用过程，通过测试人员的实际感受反映测试样品的防滑性能，可以反映陶瓷砖表面的真实情况，比较适合测试表面粗糙度大的陶瓷地砖防滑性能；

（2） 摆锤法模拟脚后跟与地面接触后滑倒过程，但不适合表面粗糙度较大，Rz值偏大的陶瓷地砖，比较适合测试表面粗糙度较小的陶瓷地砖防滑性能；

（3） 随着表面粗糙度增大，橡胶或鞋底与表面接触面积减少，反而可能使得防滑性能下降；

（4） 对上述两种方法辅助以表面粗糙度进行分析，可以更好的评价陶瓷地砖防滑性能的测试结果。

参考文献

[1] DIN 51130-2014 Testing of floor coverings-determination of theanti-slip properties-Workrooms and fields of activities with slipdanger， walking method-ramp materials[s].

[2] 毛瑞，肖景红.陶瓷地砖防滑性能测试研究[J].中国陶瓷，2009，4，4.

[3] BGR 181-2004 The standard for slip prevention on parquet andhardwood floors in working areas[s].

[4] BS 7976-2：2002+A1：2013 Pendulμm testers-Part 2：Method of operation[s].

[5] 肖景红.陶瓷地砖静摩擦系数试验方法研究[J].中国陶瓷，2012，8，48.

[6] 肖景红.陶瓷地砖防滑性能的测试与评价[J].中国陶瓷，2009，10，45.

[7] The assessment of floor resistance Issue 3 United Kingdom SlipResistance Group，2005[s].

[8] GB/T3505-2009 产品几何技术规范（GPS） 表面特征轮廓法术语、定义及表面结构参数[s].