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幕墻干掛用石材養護綜合性能試驗方法

     石材是天然產品,每一種石材都是獨一無二的,都有其自身特有的物化性能。石材暴露在在空氣中,經過風化作用,其強度會發生衰減,某些石材的強度甚至會衰減70%。若設計時對石材的性能沒有充分掌握,將會給建筑物安全使用帶來很大隱患。為有效地控制幕墻干掛用石材的安全性,必須全面掌握石材的性能,這就需要制定一個綜合的石材試驗方案。本文參考與石材試驗相關的中國GB標準、美國ASTM標準,歐洲EN標準,介紹干掛石材的主要性能指標,包括石材裂模數、凍融循環試驗和巖相分析以及相應的試驗方法。

    2、石材試驗方法

    2.1壓縮強度

    石材的壓縮強度是根據中國國家標準GB/T9966.1—2001《天然飾面石材試驗方法第1部分:干燥、水飽和、凍融循環后壓縮強度試驗方法》確定的。本試驗中試件尺寸:邊長50mm的正方體或Φ50mm×50mm的圓柱體,在試驗機上對試件加載直至破壞。石材試件的壓縮強度為施加的最大荷載除以試件的受荷面積。通過對石材進行試驗表明:石材在潮濕狀態下的壓縮強度與干燥狀態下不同,石材受荷方向平行于紋理方向時的壓縮強度與垂直于紋理方向時也不同,石材凍融循環后壓縮強度的會產生變化,這些均取決于石材的種類。因此,石材的壓縮強度應在所有的5種狀態下進行:潮濕與干燥,受荷方向平行于與垂直于石材的紋理方向,凍融循環后的壓縮強度。

    2.2彎曲強度

    彎曲強度是用于進行石材結構計算的控制性指標,它直接影響干掛石材厚度的選擇及固定體系的確定。石材的彎曲強度是根據中國國家標準GB/T9966.2—2001《天然飾面石材試驗方法第2部分:干燥、水飽和彎曲強度試驗方法》確定的。該試驗是對從一塊石材大板上切取的石材試件進行四分點加載,逐漸增加荷載直至試件破壞,記錄所施加的最大荷載并計算試件破壞時的彎曲應力。對4種試驗狀態(潮濕與干燥;受荷方向平行于與垂直于石材的紋理方向)中的任何一種,重復5次這樣的試驗。

    GB/T9966.2—2001允許進行試驗的石材厚度的按照實際情況確定。當試樣厚度(H)≤68mm時寬度為100mm;當試件厚度>68mm時寬度為1.5H。,要求試件的兩個受力面應平整且平行。試件不得有裂紋、缺棱和缺角。大量試驗數據表明,GB/T9966.2—2001所測出的彎曲強度能很好地代表整塊干掛石材板的彎曲強度。

    2.3體積密度及吸水率

    石材的吸水率和體積密度是根據中國國家標準GB/T9966.3—2001《天然飾面石材試驗方法第3部分:體積密度、真密度、真氣孔率、吸水率》確定的。

    該試驗,先稱石材試件干重;然后將試件浸泡在水中達到飽和,稱其在水中的浮重;將其從水中取出在空氣中稱飽和時的濕重。通過比較石材試件的干重、飽和濕重及其在水中的浮重,可以算出石材試件吸收的水重及石材試件的體積密度。對每一種準備使用的石材,取5個試件為一組進行試驗,試件尺寸為邊長50mm的正方體或直徑、高度均為50mm的圓柱體。建筑飾面石材的體積密度和吸水率是一個非常重要的性能指標,它說明了石材的密實度。一些吸水率較大,體積密度較小的石材內部有許多孔洞,當經過大雨和大雪之后,吸收了大量的水分,這些水分殘留在孔洞內部,不能及時排出;若此時外界環境溫度突然下降,石材體內的水分將會受凍膨脹,導致孔洞變大,產生裂縫,強度變低,產生嚴重的安全問題。

      2.4、抗鹽析試驗

    抗鹽析試驗是參考BSEN12370:1999(天然石材抗鹽析試驗方法)確定的。BSEN指定試驗的石材試件尺寸60mm×60mm×60mm的立方體,試樣表面不得有缺棱和缺角。先稱石材試件干重,然后放入濃度為14%的Na2SO4溶液的容器內,使試樣的最上面與液面的高度為(8±2)mm,蓋上蓋子。將試樣浸泡在溶液中至2小時,保持溫度為(20±0.5)℃。將試樣置于(105±5)℃的干燥箱中干燥,干燥箱在干燥初期應保持一定的濕度,可在開始升溫前放300mL水(125升干燥箱),保持30min后放試樣,在10~15小時內升溫至105℃,保持干燥16小時,在(2.0±0.5)小時內冷卻至室溫。再將試樣置于Na2SO4溶液中,15個循環后稱重,除非15個循環內試樣已破壞,否則將試樣從干燥箱中取出并置于水中(23±5℃)(24±1h),用流動水清洗后再干燥至恒重。如實驗中有中斷,試樣應置于105℃的干燥箱中。測定試樣的質量損失率,每組6塊。鹽結晶作用使石材質量損失,將石材由大塊變成小塊以致完全破裂??寡撾鍪匝檳芎芎玫姆從逞謂峋ё饔枚允男閱艿撓跋?。

    2.5、斷裂模數

    斷裂模數是通過美國標準ASTMC99(石材斷裂模數標準試驗方法》確定的。ASTM指定試驗的石材試件尺寸為4in×8in×2.25in(101.6mm×203.2mm×57.2mm),石材試件具有一個良好的研磨完成面,試驗荷載通過單點加載施加于試件跨度的中點。ASTMC99指定,在潮濕與干燥、試件受荷方向平行于與垂直于石材的紋理方向等4種狀態下都要進行試驗。ASTMC99斷裂模量試驗與ASTMC880彎曲強度試驗的主要區別在于加載系統不同,ASTMC99的加載系統為三點加載系統;而ASTMC880指定試驗荷載施加于試件的兩個四分點,為四點加載系統??梢鑰闖?,石材的ASTMC880彎曲強度更能代表石材真正的抗彎性能,但ASTMC99斷裂模量試驗更類似于石材的抗折強度。

    2.6、凍融循環

    凍融循環是參考EN12371:2001《天然石材試驗方法—抗凍性能》確定的。該標準規定的試驗方法的試驗原理為通過將試樣放入低溫空氣中冷凍和在水中融解循環來測試試樣的抗凍性能。試樣的抗凍性能由試樣凍融后的彎曲強度、熱沖擊中的質量損失、壓縮強度和外觀變化幾部分表示。彎曲強度試件尺寸50mm×50mm×300mm,厚度H在25mm~100mm;長度為6Hmm;寬度為50mm~3Hmm之間,試樣數量21塊;熱沖擊中的質量損失試件尺寸200×200×20(mm),數量15塊;壓縮強度試件尺寸直徑是(70±5)mm、高度為(70±5)mm或直徑為(50±5)mm、高度為(50±5)mm。試樣的形狀也可以為邊長為(70±5)mm或邊長為(50±5)mm的立方體,數量13塊;外觀變化試件尺寸50×50×300(mm),并且試樣應平行于層理面,試件數量13塊。歐標的凍融試驗考慮的參數比較多,要求比較嚴格,能很好的反應石材的長期物化性能的變化,為幕墻干掛石材的耐久性數據提供有效的保證。

    2.7、巖相分析

    巖相分析是參考歐洲EN12407:2000《天然石材試驗方法—巖相分析》確定的。巖相分析分為肉眼觀察描述和微觀觀察描述。EN指定的樣品試件尺寸為33mm×20mm;如有需要大尺寸試樣,試樣尺寸可以為75mm×50mm和能夠代表代檢礦物的特征,制作一個或多個樣品薄片(0.030±0.05mm)。肉眼觀察描述包括構造特征、粒徑狀況、表面狀況、是否存在風化和蝕變的痕跡、是否存在大化石和是否存在鐵鎂礦物侵蝕的痕跡。微觀描述包括微觀構造特征、組分、礦物質和顆粒狀況(體積百分屬、晶形、風化和蝕變痕跡等)。天然石材的巖相分析能夠表現巖石的某些特征,這些特征與其物化性能密切相關,并有助于解決一些實際問題。

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