影响天然饰面石材体积密度试验结果因素的探讨

吴汝莉

(云南省建筑材料产品质量检验研究院，云南 昆明 650106)

天然饰面石材是用天然石材加工而成的用于表面装饰的材料，包括天然花岗石建筑板材、天然大理石建筑板材、天然板石、天然石灰石建筑板材、天然砂岩建筑板材等[1]。体积密度是天然饰面石材本身材质的一个重要指标。按照GB/T 9966.3-2020《天然石材试验方法 第3部分：吸水率、体积密度、真密度、真气孔率试验》进行体积密度的试验。前人研究指出，在试验过程中要需注意试块悬浸质量包括网篮的悬浸质量、天平本身的称量精度、机械天平操作不够方便等问题[2]。

本文采用了同一品种、同一类别、同一等级、同一供货批次的天然花岗石试样，开展了同一试验室、同一试验装置、同一试验人员、同一电子天平的体积密度试验，结果为2.59～2.64g/cm3，试验结果值离散大。针对出现的问题反复试验，分析总结了影响体积密度试验结果的几个因素。

1 试验

1.1 体积密度的试验原理

密度是岩石单位体积的质量[3]。体积密度是试样带有气孔的干燥材料的质量与其总体积之比[4]，是通过称量干燥试样在空气中的质量、水饱和试样在水中的质量、水饱和试样在空气中的质量，计算试样的体积密度[5]。

1.2 试样形状

按 照 GB/T 9966.3-2020 标 准 中 5.1.1 条 规定：试样为边长50mm的正方体或直径、高度均为50mm的圆柱体、尺寸偏差±0.5mm，每组5块。特殊要求时可选用其他规则形状的试样，外形几何体积应不小于60cm3，其表面积与体积之比应在0.08～0.20mm-1范围内，试样应从具有代表性部位截取，不应带有裂纹等缺陷，表面应平滑，粗糙面应打磨平整[6]。因此，试验中采用中国建材检验认证集团股份有限公司实验室检测能力验证的样品，样品产自山东白麻花岗石，其物理化学性能稳定，试样边长50mm的正方体，表面平滑、无裂纹。

1.3 试验仪器设备

试验仪器设备：体积密度测量装置(盛水杯、金属网篮、底托和称量支撑架)，101-4A型电热鼓风恒温干燥箱，使用范围10～300℃，精度±2℃，功率0.9kW，工作室尺寸300mm×300mm×400mm；LT 1002电子天平，最大称量1 000g，精度10mg；盛水杯直径和高度都为150mm，水箱尺寸300mm×200mm×100mm。

1.4 试验方法

1.4.1 试样干燥质量的测定

将试样放置于65±5℃的鼓风干燥箱内干燥48h至恒重，恒重后放入干燥器中冷却至室温，称其质量 (m0)，精确至 0.01g[6]。

1.4.2 水饱和试样在空气中质量的测定

将试样(数量5块)置于水箱中并用玻璃棒支撑，加入20±2℃的蒸馏水到试样高度的1/2，静置1h，然后继续加水到试样高度的3/4，再静置1h，继续加满水，水面应超过试样高度25±5mm。试样在水中浸泡48±2h后同时取出，包裹于湿毛巾内，用拧干的湿毛巾擦去试样表面水分，立即称其质量(m1)，精确至 0.01g。

1.4.3 水饱和试样在水中质量的测定

立即将水饱和的试样置于金属网篮中，并将网篮与试样一起浸入20±2℃的去离子水或蒸馏水中，小心除去附着在网篮和试样上的气泡，称其水饱和试样在水中质量(m2)，精确至0.01g。如果称量采用电子天平时，在网篮处于相同深度的水中时将天平置零，可直接测量试样在水中质量。

1.4.4 体积密度的结果计算

式中：

ρb——体积密度 (g/cm3)；

ρw——室温下去离子水或蒸馏水的密度(g/cm3)；

m0——试样干燥质量(g)；

m1——水饱和试样在空气中质量(g)；

m2——水饱和试样在水中质量(g)。

2 天然饰面石材体积密度试验结果准确性的影响因素

按照GB/T 9966.3-2020标准进行试验，影响试验结果的因素有：烘干时间、烘干温度、干燥试样恒重质量(m0)、浸泡方法、浸泡时间、湿毛巾的拧干程度、水饱和试样表面擦干程度、水饱和试样在空气中的质量(m1)、附着在网篮和试样上的气泡、水饱和试样在水中质量(m2)等方面。在本文中，对同一样品进行了大量的试验，得出影响天然饰面石材体积密度试验结果的主要因素是：金属网篮和试样或金属网篮处于相同深度的水中、试样表面擦干、湿毛巾不同拧干程度的体积密度试验，蒸馏水(20℃)的密度为0.998203g/cm3[7]。根据天然饰面石材体积密度试验的结果，分析了影响体积密度准确性的主要因素。

2.1 湿毛巾的拧干程度

用长度680mm、宽度320mm的毛巾，试验时将毛巾烘干，得出其干燥质量为87.56g，然后浸湿毛巾，用手拧干，并将湿毛巾放在试验平台上，轻轻的依次擦去浸泡48h试样的表面水分。湿毛巾不同拧干程度的体积密度试验结果见表1。由于湿毛巾拧干程度直接影响到水饱和试样表面擦干程度，导致水饱和试样在空气中的质量有波动。湿毛巾未拧干时，湿毛巾含水量较大，水饱和试样表面水分擦不干，水饱和试样质量(m1)偏大，体积密度值则偏小。反之，湿毛巾拧得太干，甚至用干毛巾时，由于水饱和试样表面擦的太干，将试样孔洞中的水分擦掉，水饱和试样质量(m1)偏小，体积密度值则偏大。因此，水饱和试样在空气中的质量是影响体积密度检测结果的一个比较重要的方面。

表1 湿毛巾不同拧干程度的体积密度试验结果

2.2 水位深度

采用体积密度测量装置称量水饱和试样在水中质量(m2)时，要保持金属网篮和试样或金属网篮在盛水杯的水位深度相同，并且金属网篮在水中处于设定水位深度时将电子天平显示数据置零，然后将试样装入金属网篮，当金属网篮和试样在水中处于设定水位深度时，读取水饱和试样在水中质量(m2)。对同一试样进行了试样表面擦干、湿毛巾拧干、金属网篮和试样或金属网篮处于不相同深度水中的体积密度试验(表2)。金属网篮和试样或金属网篮处于不相同深度水中是影响体积密度检测结果的一个比较重要的方面，如果未识别这个试验关键控制点，那么同一试样试验结果也有误差。

表2 不同深度水中的体积密度试验结果

2.3 试样表面擦干程度

如果用拧干的湿毛巾擦试浸泡48h试样的表面水分，擦拭后试样表面有少许水珠或水迹，称取水饱和试样在空气中的质量(m1)，那么体积密度试验结果不准确。笔者对同一试样进行了湿毛巾拧干、金属网篮和试样或金属网篮处于相同深度水中，试样表面擦干程度不同的体积密度试验(表3)。用拧干的湿毛巾擦去试样表面水分是影响体积密度检测结果的一个比较重要的方面，如果水饱和试样在空气中称量时擦试的不完全，那么也会导致体积密度偏小。

表3 试样表面擦干程度不同的体积密度试验结果

2.4 能力验证

能力验证是利用实验室间比对来确定实验室能力的活动[8]。在检测过程中采用体积密度测量装置，对试样的烘干时间、烘干温度、干燥试样恒重质量(m0)、浸泡时间、浸泡方法、水饱和试样表面擦干程度、湿毛巾拧干程度、金属网篮和试样或金属网篮处于相同深度水中的试验关键控制点，按照能力验证检测方案进行(表4)。

表4 石材体积密度检测能力验证结果 (单位：g/cm3)

能力验证以Z比分数评价试验室的检测结果[9]，即：|Z|≤ 2，表明“满意”，无需采取进一步措施；2 ＜|Z|＜3，表明“有问题”，产生警戒信号；|Z|≥3，表明“不满意”，产生措施信号。Z比分数计算公式：Z=(实验室结果—稳健平均值)/稳健标准差[10]。

由表4检测能力验证结果表明，体积密度的实验室Z比分数为+1.43，小于2，结果评价为满意，证明笔者制定的体积密度检测方案可行，试验室检测能力满足要求。

3 结语

综上所述，在天然饰面石材体积密度试验过程中，试验人员要控制湿毛巾的拧干程度、水饱和试样表面擦干的程度、金属网篮和试样或金属网篮一定要处于相同水位深度，才能保证体积密度试验结果的准确性。如果在任何一个试验环节出现问题[11]，都会影响体积密度的试验结果。