铺地材料防滑性能测试设备的研发与比对试验

唐超君，邰海军

(安徽省产品质量监督检验研究院，安徽 合肥 230601)



铺地材料防滑性能测试设备的研发与比对试验

唐超君，邰海军

(安徽省产品质量监督检验研究院，安徽 合肥 230601)

摘要：滑倒而致伤致残是威胁公共安全的大问题，因此，铺地材料防滑性能的研究是安全研究的重要部分。铺地材料的特性会由于使用时间和洁净程度等因素而改变，本文根据滑动模型，设计了基于模拟行走的铺地材料防滑性能测试设备。通过实验室测试和对比分析，证明该设备对铺地材料防滑性能测试是可行的，适用于各种条件的现场试验。

关键词：铺地材料；防滑；现场检测

1引言

根据统计调查研究，因滑倒致伤大约占职业性意外事故的12%，防止滑倒的研究是安全研究中具有重要意义的一个部分。著名防滑学者Strandberg研究分析了所有的滑倒事件后，给出使用防滑鞋和在地面上加铺防滑表层的建议。此建议的提出，突显了研究滑倒过程中生物力学和摩擦的重要性，尤其是开发出铺地材料和鞋类表面防滑的评估准则和测试平台。

铺地材料和鞋子的特性会因为穿着时间、环境潮湿与洁净程度而改变。在实验室中可以测试穿过的鞋子的防滑性能，但是却不能测试用过的铺地材料表面的防滑性能。因此，很有必要开发一种可以移动的防滑测试设备，以测试不同工业、生活场所的表面防滑性能(很多表面被使用过或者是表面覆有脏污物)。此测试平台还可以测量与使用相关的各种因素对地面防滑性能的影响，如不同种类的脏污、清洁情况、使用磨损等。

2国内外防滑性能理论研究进展

很多国家都开展了防滑的研究，不同的方法和设备应运而生。在上世纪80年代初期，Strandberg将世界范围内防滑领域的专家聚集在一起，开展了一项意义巨大的项目(National Board of Occupational Safety and Health(NBOSH),Sweden)。此项目提供了实验室不同测试方法的比对的机会。Strandberg和Lanshammar(1981)列出了测量仪器的基本变量，这些变量可以保证测量结果的正确性，包括：脚和地面接触的角度、接触的方位，在脚和地面接触的地方施加的压力、滑动的速度等。如果这些生物学参数都是给定的理想值，在滑动过程中，复杂的摩擦现象最终的表现值也是理想的。研究成果中特别强调，滑倒的关键时刻是在后跟接触滑行0.05s后，在此刻，接触地面的垂直分力大约为体重的60%，鞋底的后跟与地面相接触，鞋底与地面呈5°的夹角。

对于铺地材料的防滑性能的研究，我国仍然比较薄弱，检测方法和检测仪器单一，主要是测量4S橡胶的测试垫片与待测铺地材料之间的摩擦系数，从而得到待测铺地材料的防滑性能。例如GB/T 4100-2015《陶瓷砖》中，将一块尺寸为75mm×75mm×3mm的4S橡胶块粘在一块尺寸为200mm×200mm×20mm的胶合板上，制成滑块组件，将滑块组件放在待测砖的测试面上，将4.5kg的重块放在滑块组件上部的中央部位。用拉力计测定沿水平方向使组件产生滑动趋势时所需的拉力，从而测出静摩擦系数，得出防滑性能。

3基于模拟行走的铺地材料防滑性能测试平台

3.1整体设计

本文研究的铺地材料防滑性能测试仪器结构示意图如图1所示。设备的研究基于模拟行走中滑动的过程，采用整鞋与地面相接触，同时将整鞋与地面设置一定的夹角，测量的数值更能表征在行走过程中铺地材料的防滑性能。

根据示意图1，铺地材料上方设置有测试滑块，测试滑块的上方设置有用于使测试滑块与铺地材料之间具有一定接触压力的加压机构，测试滑块的水平方向设置有用于使测试滑块与铺地材料之间发生相对滑动或具有相对滑动趋势的平移机构，加压机构与测试滑块之间设置有压力传感器，平移机构和测试滑块之间设置有拉力传感器。

试验时，系统自动启动移动式空压机，待准备工作完毕后，控制阀组将气压进行分路走向，通过操作控制面板设定垂直压力气缸以一定的速度逐步施加压力至500N，并保持该压力一段时间后，水平拉动气缸以0.3m/s±3%的速度拉动鞋楦测试块，直至将鞋楦测试块拉动。该段时间内，系统记录并显示相关数据，包括试验时间、间隔采集拉力、静摩擦力、最大静摩擦力和动摩擦力，系统计算并显示拉力-时间曲线、摩擦系数-时间曲线。铺地材料测试面应当保证平稳，以确保仪器运行时稳定、可靠。

图1　铺地材料防滑性能测试设备示意图

3.2测试过程的控制及要求

在测试的过程中，选择与鞋楦相配套的测试用鞋，要保证鞋楦与鞋牢固结合且在测试过程中无相对滑动，需测试的样品或者地面平整，测试的样品需要保证在与鞋楦相对滑动中不发生移动从而影响测量精度。鞋楦与测试面接触时的角度可以调整，需要保证鞋楦与测试面接触的角度为5°±0.5°，从而保证能更好地表征在行走过程中与地面接触滑动的过程。

在鞋底与测试面接触后，预加载50N的压力，保持1s，随后稳步增加压力，保证力值在0.2s之内增加至500N±25N。在正压力值达到500N以后，水平拖动使得测试的鞋楦滑过待测表面，滑动速度需要控制在0.3m/s±3%。垂直加载于测试表面的力值和水平摩擦力值的测试精度需要控制在2%以上，滑动的测量距离需要精确到1mm。

3.3实验室测试比对

将基于模拟行走的防滑测试设备的测试结果与GB/T 4100-2015中的防滑性能测试结果做了相应的对比，根据材料的使用环境和状态，分别在干态和湿态条件下对3种不同的铺地材料(水磨石/瓷砖/强化地板)的防滑性能进行测量和比对。

试验用鞋选择橡胶材质鞋底，所测试的铺地材料样品尺寸为：水磨石600mm×600mm，瓷砖600mm×600mm，强化地板600mm×450mm。GB/T 4100-2015中，测试样品均处理为300mm×600mm。干态测试时，将测试表面洗净并且烘干，在湿态测试时，用蒸馏水将试验表面完全湿润。用两种不同的测试设备对3种不同的铺地材料在两种不同的试验状态下进行测试，测试结果见表1。

表1　不同铺地材料防滑系数测试值列表

通过对不同材料在不同状态下测量值结果的对比分析，可以得出以下结论：

采用两种设备所测出的防滑性能均表明，在湿态条件下，铺地材料的防滑性能要低于在干态条件下的防滑性能，与理论情况相符。

两种不同的设备在干态条件下防滑性能的测试结果相差不大，但是在湿态条件下两者相去甚远。采用GB/T 4100-2015中防滑性能测试仪器测试的湿态条件下的防滑性能与干态条件下的防滑性能相差不大。

美国学者(e.g. Redfern and Bidanda,1994)通过研究，将防滑系数阈值设定为0.5，此安全阈值在美国被广泛推荐使用。在潮湿环境条件下，地面防滑系数低于0.5时，需要及时做出防滑措施来保证行人安全。但是依据GB/T 4100-2015中防滑性能测试仪器测试的湿态条件下铺地材料的防滑系数均高于推荐的安全阈值，即表征在湿态状况下不会有滑倒的风险，与理论情况相去甚远。究其原因，主要是因为在重物的作用下，4S橡胶块与待测的表面之间产生了真空的吸附作用，不能准确表征在湿态环境下铺地材料的真实防滑性能。

基于模拟行走的铺地材料防滑性能测试设备所得出的防滑系数，在干态状况下要明显好于在湿态状况下。在干态条件下，防滑系数均大于0.5，没有滑倒的风险，但是在湿态状况下，防滑系数会有大幅度减少，表征在湿态条件下，铺地材料的防滑性能急剧降低，滑倒风险增加，与理论情况相符较好，相比于GB/T 4100-2015中防滑性能测试仪器，能够更好地表征铺地材料在不同状态的防滑性能。

4铺地材料防滑性能测试平台性能及功能设计

本文所研究的铺地材料防滑性能测试仪器，以一种或多种材料制成测试滑块对铺地材料进行检测，能够全面地测试铺地材料的各项防滑性能参数。通过对比，可以显著地区分不同铺地材料之间防滑性能的差异。经过优化设计的加压机构和平移机构，使测试滑块受压移动时更为平稳，测试时无抖动，测试结果重复性好、准确性高。

选择模拟人体脚部的鞋楦测试块，可以更好地了解人体在铺地材料上的防滑性能，一方面可以选择与人体脚部物理性质相类似的材料制作鞋楦测试块，测试人赤脚时在铺地材料上的防滑性能；另一方面可以在鞋楦测试块外套装各种材料的袜子或鞋子，以测试穿着不同鞋袜时铺地材料的防滑性能。

采用便携式的设计，可以适用于各种条件的现场试验。对在不同外部环境下使用过的铺地材料的防滑性能做出准确的测试结果，测量使用范围广。

5结束语

地面防滑评估是项系统工程，需要丰富的理论研究和防滑体系的建立，既需要防滑的法规、法律来支持，也需要检测方法和检测设备的完善来适应发展的需求，这对于减少工作领域和社会活动领域的滑倒风险，保障各类人群的安全出行，构建以人为本的和谐社会是有重大意义的。

参考文献

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[收稿日期]2016-05-03

[作者简介]唐超君(1984-)，女，湖北襄阳人，硕士，工程师，从事建筑节能相关产品质量检测研究工作。

[基金项目]国家质检总局科技计划项目(2014QK003)。

中图分类号：TH117

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.013

Development of Slip Resistance Measurement Device for Floor Covering Material and Comparison Test

Tang Chaojun, Tai Haijun

(Anhui Provincial Supervising & Testing Research Institute for Product Quality, Hefei 230601, Anhui, China)

Abstract：Injured or disabled by slipping is a big threat to public safety, so research on slip resistance of floor covering materials is an important part of the safety studies. The properties of floor surface are constantly modified as a function of wear, dirt, and humidity. According to the slipping model in this paper, a slip resistance measurement device is designed based on walking simulation, and the device can be applied in field test under various conditions. By means of laboratory tests and comparison analysis, the device is feasible for testing the slip resistance of floor covering materials and can be used in field test.

Keywords:floor covering material; slip resistance; field test