趙江偉等

摘 要：本文介紹了測(cè)試陶瓷地磚防滑性能的兩種常用方法：傾斜平臺(tái)法和擺錘法。通過對(duì)不同品種陶瓷地磚防滑性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)這兩種方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，探討這兩種方法在測(cè)試陶瓷地磚防滑性能的特點(diǎn)，并通過粗糙度測(cè)試探討了表面粗糙度對(duì)測(cè)試結(jié)果以及防滑性能的影響。

關(guān)鍵詞：陶瓷地磚；表面粗糙度；傾斜平臺(tái)法；擺錘法；防滑性能

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，建筑地面裝飾材料越來越受到追捧。目前普遍使用的三大地面裝飾性材料是實(shí)木地板、石材以及陶瓷地磚。在三大地面材料中，無論是從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性以及裝飾性等方面來看，陶瓷地磚無疑是三者中性價(jià)比最高的，于是我們?cè)诟鞔蠊矆?chǎng)所以及家居裝修中看到地面材料大多以陶瓷地磚為主。

目前，在國(guó)際上防滑性能主要測(cè)試方法有靜摩擦系數(shù)法、動(dòng)摩擦系數(shù)法、傾斜平臺(tái)法和擺錘法。在這些測(cè)試方法的基礎(chǔ)上各國(guó)制訂了一系列的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以幫助消費(fèi)者選擇適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，降低使用風(fēng)險(xiǎn)。

由于陶瓷地磚的防滑性能主要與接觸面的表面粗糙度有關(guān)。因此，本文應(yīng)用傾斜平臺(tái)法和擺錘法對(duì)不同表面粗糙度的陶瓷地磚進(jìn)行測(cè)試，分析陶瓷地磚表面粗糙度對(duì)測(cè)試結(jié)果以及防滑性能的影響。

2 陶瓷地磚防滑性能測(cè)試方法

2.1 傾斜平臺(tái)法（DIN 51130-2010）

本試驗(yàn)采用DIN51130-2010傾斜平臺(tái)法[1]。DIN51130-2010的測(cè)試條件為測(cè)試者穿著特制鞋在涂有潤(rùn)滑油的實(shí)驗(yàn)板上行走，測(cè)試滑到的臨界傾斜角度，為獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，測(cè)試者在測(cè)試樣品前必須進(jìn)行三塊標(biāo)準(zhǔn)板校正，所得臨界角必須在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

測(cè)試人員在以每秒傾斜不小于1°的恒角速度旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)上行走，直至測(cè)試者顯示出不安全跡象時(shí)，測(cè)出旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與水平面之間傾角，以確定被測(cè)陶瓷磚的動(dòng)態(tài)臨界摩擦角。此方法模擬實(shí)際使用情景，對(duì)斜坡路面的陶瓷磚摩擦系數(shù)測(cè)試有實(shí)際意義[2]。

依據(jù)德國(guó)BGR 181-2004 The standard for slip prevention on parquet and hardwood floors in working areas[3]，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)（如表1所示）。該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同的場(chǎng)所及用途規(guī)定了等級(jí)要求，低于標(biāo)準(zhǔn)使用等級(jí)要求的都屬于滑倒高風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 擺錘法（BS 7976-2：2002+A1：2013）[4]

該方法主要是模擬人腳在行走過程中，后腳跟與陶瓷磚接觸瞬間所產(chǎn)生的滑動(dòng)力，即根據(jù)“擺的位能損失等于安裝于擺臂末端橡膠塊滑過樣品表面時(shí)，克服表面等摩擦所做的功”，來計(jì)算橡膠塊和陶瓷地磚表面的摩擦系數(shù)[5]。

陶瓷地磚在干燥條件下防滑性能較好，潮濕狀態(tài)下滑倒風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，本次試驗(yàn)使用BS 7976-2擺錘濕法。擺錘法是一種比較適合潮濕條件下防滑項(xiàng)目測(cè)試的方法，但是由于儀器操作較為復(fù)雜，對(duì)于測(cè)試人員要求較高，特別是在測(cè)試有粗糙表面和有紋路表面的陶瓷地磚時(shí)，不同測(cè)試者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在差異[6]。擺錘法評(píng)價(jià)等級(jí)如表2所示。

2.3 表面粗糙度測(cè)試[8]

表面粗糙度是描述表面不平整情況的參數(shù)，表面粗糙度越小，則表面越光滑。圖1為表面粗糙度的計(jì)算方法示意圖。

Ra：輪廓的算術(shù)平均偏差，即在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)縱坐標(biāo)值Z（x）絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

Rz：微觀不平度十點(diǎn)高度（見圖1），即在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，最大輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大的輪廓谷深的平均值之和。

Ra和Rz比較常用于反映表面粗糙程度。

3 試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)選取5種陶瓷磚10個(gè)樣品，分別為：拋光磚、釉面磚（光滑面）、啞光瓷質(zhì)磚、仿古磚和無釉耐磨磚，它們的表面特征見表3。

4 試驗(yàn)設(shè)備

4.1 傾斜平臺(tái)測(cè)試裝置

本次試驗(yàn)使用的是GABBRIELLI公司生產(chǎn)的型號(hào)為SCIV.DIN的傾斜平臺(tái)測(cè)試裝置（如圖2所示）。

4.2 擺錘法摩擦系數(shù)測(cè)定儀

本次試驗(yàn)使用的是WESSEX ENGIINEERING公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的型號(hào)為SK1564的擺錘法摩擦系數(shù)測(cè)定儀（如圖3所示）。

4.3 表面粗糙度測(cè)試儀

本試驗(yàn)采用的測(cè)試儀器是日本Mitutoyo，型號(hào)為SJ-400的觸針式表面粗糙度測(cè)試儀（如圖4所示）。

5 試驗(yàn)結(jié)果及討論

對(duì)這5種陶瓷磚采用上述兩種方法進(jìn)行防滑性測(cè)試，并對(duì)10塊樣品進(jìn)行表面粗糙度的測(cè)試，結(jié)果見表4。評(píng)價(jià)結(jié)果比較如表5所示。

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，3#、4#、5#、6#樣品通過兩種方法測(cè)試所得結(jié)果的評(píng)價(jià)存在差異。主要原因是測(cè)試方法存在差異：傾斜平臺(tái)法完全依靠測(cè)試人員的自身感受，而擺錘法模擬人腳后跟滑倒時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，與陶瓷地磚表面形成切向力。

釉面磚（光滑面）粗糙度Ra在1μm左右，Rz在10μm上下，證明表面輪廓較為平整、光滑，容易產(chǎn)生滑倒感，而對(duì)擺錘法影響較少。

啞光瓷質(zhì)磚粗糙度Ra在4μm左右，Rz在24μm上下，證明表面輪廓存在一定凹凸現(xiàn)象但起伏不大，雖然表面較為平滑但由于凸起的麻點(diǎn)使得表面摩擦力增大，測(cè)試人員行走時(shí)滑倒感會(huì)明顯下降，但擺錘法只有127mm左右的滑行距離，受表面較高波峰的影響，測(cè)試結(jié)果有可能存在偏小的現(xiàn)象。

此外，3#、4#、5#、6#樣品兩種方法所得結(jié)果均處于臨界值，應(yīng)采用其他測(cè)試方法加以測(cè)試并評(píng)價(jià)其防滑性能。

臨界角與表面粗糙度關(guān)系如圖5所示，擺錘角與表面粗糙度關(guān)系如圖6所示。

通過分析圖5、6可以得到以下結(jié)論：

（1） 臨界角與擺錘角總體隨著表面粗糙度增加而提高，當(dāng)表面粗糙度比較平緩，且增大到一定程度時(shí)，臨界角和擺錘角提高并不明顯。這是由于隨著陶瓷表面粗糙度的增加，橡膠或鞋底與陶瓷磚表面接觸面積相對(duì)減少，從而可能降低了由于表面粗糙度增加而使摩擦系數(shù)提高的趨勢(shì)；

（2） 臨界角變化趨勢(shì)與陶瓷磚表面粗糙度變化趨勢(shì)較為接近，而擺錘角從仿古磚到無釉耐磨磚的變化趨勢(shì)與陶瓷磚表面粗糙度變化趨勢(shì)反差較大，這表面傾斜平臺(tái)法測(cè)試結(jié)果比擺錘法更能體現(xiàn)陶瓷磚表面防滑性能的真實(shí)情況；

（3） 傾斜平臺(tái)法能較好的反映陶瓷磚表面防滑性能的真實(shí)情況，但當(dāng)測(cè)試拋光類或表面粗糙度較小的陶瓷磚時(shí)，由于潤(rùn)滑油自身的疏流性以及粘附性，涂抹在光滑表面上使得測(cè)試鞋底與陶瓷磚表面接觸較少，加之環(huán)境溫度、測(cè)試人員熟練程度對(duì)試驗(yàn)均可能使結(jié)果產(chǎn)生影響；

（4） 擺錘法在測(cè)試表面粗糙度大的陶瓷地磚（如：仿古磚、耐磨磚）時(shí)，橡膠皮容易受到陶瓷地磚凹凸面的影響，通過對(duì)8#和10#樣品的表面粗糙度的分析，Rz越大對(duì)擺錘法造成的影響越大；

（5） 陶瓷地磚表面粗糙度并非越粗糙防滑性能就越好。

6 結(jié)語

通過上述兩種防滑性能測(cè)試方法的比較，借助表面粗糙度的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)：

（1） 傾斜平臺(tái)法模擬實(shí)際使用過程，通過測(cè)試人員的實(shí)際感受反映測(cè)試樣品的防滑性能，可以反映陶瓷磚表面的真實(shí)情況，比較適合測(cè)試表面粗糙度大的陶瓷地磚防滑性能；

（2） 擺錘法模擬腳后跟與地面接觸后滑倒過程，但不適合表面粗糙度較大，Rz值偏大的陶瓷地磚，比較適合測(cè)試表面粗糙度較小的陶瓷地磚防滑性能；

（3） 隨著表面粗糙度增大，橡膠或鞋底與表面接觸面積減少，反而可能使得防滑性能下降；

（4） 對(duì)上述兩種方法輔助以表面粗糙度進(jìn)行分析，可以更好的評(píng)價(jià)陶瓷地磚防滑性能的測(cè)試結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[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，肖景紅.陶瓷地磚防滑性能測(cè)試研究[J].中國(guó)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] 肖景紅.陶瓷地磚靜摩擦系數(shù)試驗(yàn)方法研究[J].中國(guó)陶瓷，2012，8，48.

[6] 肖景紅.陶瓷地磚防滑性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)陶瓷，2009，10，45.

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

[8] GB/T3505-2009 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面特征輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)[s].