不同环境条件对纸面石膏板物理性能影响试验研究

黄得杨，陈永超，崔江华，莫俊聪，段瑞斌

（1、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

纸面石膏板以天然石膏和护面纸为主要原材料，适量掺加纤维、淀粉、促凝剂、发泡剂和水等制成的轻质建筑薄板［1］。纸面石膏板作为轻质建筑板材［2］，其具有重量轻、隔声、隔热、加工性能强、施工方法简便等特点［3］。广泛用于各种工业建筑、民用建筑，尤其是在高层建筑中可作为内墙材料和装饰装修材料［4］。

纸面石膏板的物理性能是表征产品质量的重要指标，在工程应用过程中有着极为重要的意义［5］。《纸面石膏板：GB/T 9775—2008》［6］中试验条件规定物理性能试验，实验室应满足温度（25±5）℃、相对湿度（50±5）%的试验环境条件下进行。而在实际使用过程中，某些地区实际温湿度和标准规定的试验温湿度相差较大，且纸面石膏板原材均为易吸潮材料，本文对不同环境条件对纸面石膏板物理性能的影响进行试验研究。

1 试验

1.1 试验样品选用

本试验选用某厂家同一批次规格为2 400 mm×1 200 mm×9.5 mm 的普通纸面石膏板，按照文献［6］的要求分别制取面密度、断裂荷载、抗冲击性、护面纸与芯材粘结性试验用样品，每组3块，样品规格如表1所示。

表1 取样规格Tab.1 Sampling Specifications

1.2 设备选用

微机控制电子万能试验机：量程为0～1 000 N，精度为0.5级。

电热鼓风干燥箱：最高温度为300 ℃，精度±1 ℃。

电子称：精度为1 g。

抗冲击试验仪：钢球直径为50 mm，钢球质量为510 g。

护面纸与芯材粘结性试验仪：荷载质量为3 kg。

1.3 样品调节

所有试验样品预先放入（40±2）℃的电热鼓风干燥箱中烘干至恒重。然后放置在规定的温、湿度环境中冷却24 h，然后进行试验。

1.4 试验方法

⑴面密度：将试样放置于电子秤上，取3 块试样的平均值作为该组面密度，如图1⒜所示。

⑵断裂荷载：将试样放置于微机控制电子万能试验机上，支座跨距为350 mm，在跨距中间，通过加荷辊平行于下支座方向施加荷载，加荷速度为4.0 N/s，直至试样断裂，取3块试样的平均值作为该组断裂荷载，如图1⒝所示。

⑶抗冲击性：将试样正面朝上放置于砂子表面，使钢球在距样品表面500 mm 的高度自由下落在试样对角线交叉点上，观察背面裂纹情况，以3 块试样最严重情况及3 块落球平均深度作为该组抗冲击性试验结果，如图1⒞所示。

⑷护面纸与芯材粘结性：将处理好的试样固定在护面纸与芯材粘结性试验仪上夹具上，将试样沿切缝弯折的端头处拧上下夹具，逐渐增加荷载，直至护面纸撕离，以3块试样最严重情况及3块撕离的平均荷载作为该组护面纸与芯材粘结性试验结果，如图1⒟所示。

图1 试验方法Fig.1 Test Method

2 试验结果与分析

2.1 同温度不同相对湿度物理性能试验

将试验样品预先放入（40±2）℃的电热鼓风干燥箱中烘干至恒重。然后放置在相同温度（25±2）℃、不同相对湿度（40±2%、50±2%、60±2%、70±2%、80±2%）环境中冷却24 h，然后按照前文1.4节所述试验方法分别进行面密度、断裂荷载、抗冲击性、护面纸与芯材粘结性试验。

由表2可知，温度不变，纸面石膏板的面密度随相对湿度的增加而逐渐增大。相对湿度小于50%时，变化较为平缓；相对湿度在50%～70%之间时，变化较大，增大幅度达12.9%；相对湿度大于70%时，变化又趋于平缓。

表2 不同相对湿度对面密度、断裂荷载、抗冲击性的影响Tab.2 Influence of Different Relative Humidity on Surface Density, Fracture Load and Impact Resistance

由表2还可知，温度不变，纸面石膏板的断裂荷载随相对湿度的增加而逐渐减小，且纵向断裂荷载始终大于横向断裂荷载。相对湿度小于50%时，变化较为平缓；相对湿度大于50%时，变化明显加快，纵向断裂荷载减小幅度达9.6%，横向断裂荷载减小幅度达7.0%。

由表2还可知，温度不变，纸面石膏板的抗冲击性落球深度随相对湿度的增加而逐渐增大，当湿度达到80%时，纸面石膏板试验后背面出现裂纹。

由表3可知，温度不变，纸面石膏板的护面纸与芯材粘结性撕离荷载随相对湿度的增加而逐渐减小，且面纸撕离荷载始终大于背纸撕离荷载，但护面纸与芯材始终未剥离。相对湿度小于60%时，撕离荷载减小较为平缓；相对湿度大于60%时，撕离荷载减小明显加快。

表3 不同相对湿度对护面纸与芯材粘结性的影响Tab.3 Influence of Different Relative Humidity on Adhesion between Protective Paper and Core Material

经分析，纸面石膏板的护面纸和芯材都是易吸潮材料［7］，断裂荷载的强度70%以上都是来自于护面纸［8-9］，而护面纸吸潮易造成其纤维结合强度的降低，护面纸的面纸和背纸的纤维结合强度、纤维形态和应力分布均不相同，因此，导致纸面石膏板的面密度、断裂荷载、抗冲击性、护面纸与芯材粘结性均会随相对的湿度的变化而变化。

2.2 同相对湿度不同温度物理性能试验

将试验样品预先放入（40±2）℃的电热鼓风干燥箱中烘干至恒重。然后放置在相同温度（5±3 ℃、15±3 ℃、25±3 ℃、35±3 ℃、40±3 ℃）、同相对湿度（50±2）%环境中冷却24h，然后按照前文1.4所述试验方法分别进行面密度、断裂荷载、抗冲击性、护面纸与芯材粘结性试验。

由表4可知，相对湿度不变，纸面石膏板的面密度随温度的增加而相应减小，但减小幅度较小。

由表4还可知，相对湿度不变，纸面石膏板的断裂荷载随温度的增加而相应改变，但变化规律不明显。

表4 不同温度对面密度、断裂荷载、抗冲击性的影响Tab.4 Influence of Different Temperature on Surface Density, Fracture Load and Impact Resistance

由表4还可知，相对湿度不变，纸面石膏板的抗冲击性的落球深度随温度的增加而相应减小，但减小幅度较小，且背面始终未出现破坏。

由表5可知，相对湿度不变，纸面石膏板的护面纸与芯材粘结性面纸撕离荷载随温度的增加而相应变化，相对稳定；背纸撕离荷载在25～35 ℃时有轻微的下降，但下降幅度很小。

表5 不同温度护面纸与芯材粘结性的影响Tab.5 Influence of Different Temperatures on Adhesion between Protective Paper and Core Material

经分析，纸面石膏板的主要材料石膏和护面纸在不同的温度中的含水率有差异，且存在热胀冷缩的现象。因此，在同相对湿度不同温度的条件下，纸面石膏板的面密度、断裂荷载、抗冲击性、护面纸与芯材粘结性均会随温度的改变而有相应的增大或减小，但变化较小，基本可以忽略不计。当温度达到或超过40 ℃时，石膏的结构即会发生改变，影响石膏的性能，在纸面石膏板实际使用过程中，应避免接触高温物体，破坏石膏的各项性能，影响纸面石膏板的质量［10］。

3 结论

纸面石膏板在同温度不同相对湿度的环境条件下，物理性能的变化较为明显。尤其在高湿条件下，相对湿度为70%时，面密度的变化达12.9%，断裂荷载的变化达9.6%，抗冲击性落球深度的变化达20.7%，护面纸与芯材粘结性撕离荷载的变化达18.2%。纸面石膏板对环境相对湿度较为敏感，因此，在施工和实际使用过程中要避免高湿环境，保证石膏板的性能不改变，提高工程质量。

纸面石膏板在同相对湿度不同温度的环境条件下，其物理性能相对较稳定，有轻微的变化。因此，环境温度的变化对纸面石膏板物理性能的影响基本可以忽略。

通过对纸面石膏板在不同环境条件下物理性能试验研究，对其物理性能试验的数据进行研究和对比分析，总结了纸面石膏板在不同环境条件下物理性能的变化规律，对纸面石膏板的试验、施工、使用过程均有一定的参考意义。