环境因素对纸面石膏板断裂荷载影响研究

段瑞斌

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

0 引言

纸面石膏板由芯材、护面纸组成的建筑板材产品，其中芯材是以建筑石膏、外加剂、增强纤维等配制、成型而成。具有自重轻、保温隔热、吸声、耐火、施工简便、环保等特点［1-3］。工程中主要用于轻钢龙骨轻质隔墙、各种天花吊顶工程等［4］。随着国家节能减排工作的持续推进，以及绿色建筑理念持续深入人心，纸面石膏板近年来应用十分广泛。另外，由于石膏独特的“呼吸”功能，能自动调节室内空气湿度，改善居住、工作环境［5］，这也是其受欢迎的原因之一。

根据现行的国家标准《纸面石膏板：GB/T 9775-2008》［6］中的规定，石膏板按功能分为以下 4 类：普通型、耐水型、耐火型、耐水耐火型。其技术指标主要有：外观、尺寸、对角线长度差、楔形棱边断面尺寸、面密度、断裂荷载、棱边硬度、端头硬度、抗冲击性能、粘结性、遇火稳定性、吸水率等。其中，断裂荷载是其重要力学性能指标，对整个工程的质量安全影响很大。

文献［6］中所述的“断裂荷载”参数的试验方法，对试验环境温度、湿度均有明确的规定，但产品生产、工程建设中其环境条件与标准要求会有一些偏差，本文对其不同环境温度、湿度条件对力学性能断裂荷载的影响做了研究。

1 试验前准备

1.1 样品

采用某厂家生产的2 440 mm×1 220 mm×9.5 mm规格的普通纸面石膏板，在距离石膏板四周大于100 mm 处切取样品，样品规格为 400 mm×300 mm［6］。每组5块，标明正面、反面，纵向、横向等信息。

1.2 样品调节

断裂荷载试验前，样品先放入电热鼓风干燥箱，在（40±2）℃的温度下，持续烘干至恒重。然后放在试验要求的温、湿度环境中冷却8 h以上，至其与环境条件一致，然后进行断裂荷载试验。

1.3 试验步骤

将经烘干至恒重、冷却的石膏板样品，放置在电子万能试验机板材抗折夹具上，调整好跨距350 mm［6］。需注意纵向试件为正面朝下，横向试件为正面朝上。在跨距中央通过加荷辊，沿平行于下支辊的方向施加荷载，加荷速度控制在4.2 N/s，直至试件断裂破坏。记录破坏力值，即为该块石膏板样品断裂荷载值，每组进行5 块样品的试验，5 块样品的断裂荷载平均值作为该组样品的断裂荷载。

2 相同实验室温度、不同湿度条件下的断裂荷载试验

试验样品在相同温度（25±3 ℃），不同相对湿度（50±3%、55±3%、60±3%、65±3%、75±3%）的实验室条件下持续冷却8 h以上，使其与实验室环境条件一致，然后进行断裂荷载试验操作。

如表1 所示，相同温度、湿度条件下，纵向断裂荷载始终大于横向断裂荷载。这主要因为纸面石膏板的强度约70%～80%来源于护面纸［7-9］，石膏板正、反面的护面纸也有纵向、横向之分，其纤维强度和弹性不同，纸张强度不同。

表1 不同相对湿度对断裂荷载的影响Tab.1 Influence of Different Relative Humidity on Flexural Strength

由表1 可知，无论纵向、横向断裂荷载，对环境湿度变化较为敏感，均随着实验室相对湿度的增加逐渐减小。相对湿度在50%～65%范围内，断裂荷载减小较慢；相对湿度＞65%时，断裂荷载减小明显加快。主要是因为，相对湿度在50%～65%范围内，护面纸吸水性较弱，对护面纸强度影响小，相对湿度＞65%时，由于湿度较大，护面纸有一定程度的湿胀，造成其纤维的结合强度降低，对护面纸强度影响较大，进而造成石膏板断裂荷载降低。

由表1还可知，在相同湿度变化条件下，对应的纵向断裂荷载降低幅度大于横向的。主要原因亦为纸面石膏板正、反面的护面纸也有纵向、横向之分，其纤维强度和弹性不同，纸张强度不同，对环境湿度变化的敏感程度不同。

3 相同实验室湿度、不同温度条件下的断裂荷载试验

试验样品在相同的实验室环境湿度（50±3%），不同温度（20±3℃、25±3℃、30±3℃、35±3℃）实验室条件下冷却8 h以上，至其与环境条件一致，然后进行断裂荷载试验。

由表2 可知，在相同湿度条件下，当环境温度在20 ℃～35 ℃范围内，随着温度逐步升高，其断裂荷载，无论是纵向、横向，均保持总体轻微下降，相对稳定，变化很小。说明纸面石膏板虽然同其他材料一样，存在热胀冷缩的物理现象，但温度对断裂荷载影响很小，基本可以忽略不计。

但有研究资料表明，当石膏环境温度达到42 ℃时，石膏的结晶结构开始改变，从而降低纸面石膏板力学性能、断裂荷载等［10，11］。这就要求纸面石膏板不能与发热源或高温物体有接触，以免影响石膏板质量。

表2 不同温度对断裂荷载的影响Tab.2 Effect of Different Temperatures on Flexural Strength

4 结论

⑴ 湿度对石膏板断裂荷载影响较大，随着湿度增大，石膏板断裂荷载逐步降低，尤以纵向断裂荷载为甚。相对湿度从50%升至75%，纵向断裂荷载降低幅度12.7%。横向断裂荷载降低幅度9.2%。尤其是相对湿度＞65%时，降低速度加快。用此受潮的石膏板不可安装施工，不可直接进行试验检测。

⑵ 温度对石膏板断裂荷载影响较小，当环境温度从20℃升高至35℃时，断裂荷载变化幅度很小，基本可以忽略不计。

纸面石膏板种类繁多，规格尺寸各异，本文仅以应用较为广泛的普通纸面石膏板为例，对环境因素对其主要力学性能指标断裂载荷的影响进行了试验对比分析、研究，为纸面石膏板的安装施工，试验检测等提供技术参考。