陶瓷磚吸水率檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

陶瓷磚的吸水率檢測(cè)，核心原理是通過測(cè)量開口氣孔在水飽和狀態(tài)下所吸收的水分質(zhì)量，并將其與干燥磚體的質(zhì)量進(jìn)行比較，從而計(jì)算出吸水率。其科學(xué)依據(jù)在于陶瓷坯體的燒結(jié)程度與其孔隙率之間存在直接關(guān)聯(lián)。

燒結(jié)是一個(gè)致密化過程，隨著燒結(jié)溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，坯體中的顆粒間結(jié)合更加緊密，開口氣孔逐漸減少或閉合。因此，吸水率是間接表征陶瓷磚燒結(jié)程度、內(nèi)在結(jié)構(gòu)致密性、機(jī)械強(qiáng)度和抗凍性等關(guān)鍵性能的重要物理指標(biāo)。

計(jì)算公式為：

其中：

• $E$ 為吸水率（%）

• $m_1$ 為磚體干燥至恒重時(shí)的質(zhì)量（g）

• $m_2$ 為磚體水飽和后的質(zhì)量（g）

對(duì)于厚坯磚（如擠壓磚），水通過毛細(xì)管作用從側(cè)面和底面吸入。對(duì)于干壓磚，水的滲透路徑更復(fù)雜，涉及顆粒間的連通氣孔。煮沸法或真空法的應(yīng)用，旨在強(qiáng)制排出開口氣孔中的空氣，確保水分能夠完全填充這些孔隙，從而獲得準(zhǔn)確的飽和質(zhì)量。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

陶瓷磚吸水率檢測(cè)并非單一項(xiàng)目，而是根據(jù)產(chǎn)品分類和標(biāo)準(zhǔn)要求，形成一個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)體系。

1. 整體吸水率：基礎(chǔ)的檢測(cè)項(xiàng)目，反映整磚的平均吸水性能。

2. 分類鑒定檢測(cè)：依據(jù)吸水率范圍對(duì)陶瓷磚進(jìn)行分類，這是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的核心。

   • 瓷質(zhì)磚：吸水率 $E \leq 0.5\%$

   • 炻瓷磚：吸水率 $0.5\% < E \leq 3\%$

   • 細(xì)炻磚：吸水率 $3\% < E \leq 6\%$

   • 炻質(zhì)磚：吸水率 $6\% < E \leq 10\%$

   • 陶質(zhì)磚：吸水率 $E > 10\%$

3. 工作尺寸與表面質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)聯(lián)項(xiàng)目：吸水率會(huì)影響磚坯的尺寸穩(wěn)定性和強(qiáng)度，因此在測(cè)量尺寸公差和翹曲度前，通常需要將樣品進(jìn)行水飽和，以模擬實(shí)際使用環(huán)境中濕度變化帶來的影響。

4. 破壞強(qiáng)度與斷裂模數(shù)的關(guān)聯(lián)項(xiàng)目：測(cè)試前樣品需進(jìn)行水飽和，因?yàn)楹疇顟B(tài)會(huì)顯著影響陶瓷材料的力學(xué)性能，飽和后的測(cè)試結(jié)果更能反映其在潮濕環(huán)境下的實(shí)際承載能力。

5. 抗凍性檢測(cè)的前置條件：抗凍性檢測(cè)必須使用吸水率 $E > 0.5\%$ 的水飽和磚體，因?yàn)橹挥虚_口氣孔中的水在凍結(jié)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生破壞應(yīng)力。

三、檢測(cè)范圍與應(yīng)用領(lǐng)域要求

陶瓷磚吸水率的檢測(cè)覆蓋所有類型的陶瓷磚產(chǎn)品，其要求因應(yīng)用領(lǐng)域而異。

1. 室內(nèi)地磚：為保證足夠的耐磨性和耐污性，通常要求使用吸水率較低的瓷質(zhì)磚或炻瓷磚（$E \leq 3\%$）。潮濕區(qū)域（如衛(wèi)生間、廚房）的地面更傾向于使用瓷質(zhì)磚。

2. 室內(nèi)墻磚：多為陶質(zhì)磚或炻質(zhì)磚，較高的吸水率利于使用水泥基砂漿進(jìn)行粘貼。但需控制上限以確保粘貼強(qiáng)度并防止后期龜裂。

3. 室外地磚/廣場(chǎng)磚：必須使用低吸水率磚（通常 $E \leq 3\%$，嚴(yán)寒地區(qū)要求更嚴(yán)），高抗凍性和高強(qiáng)度是基本要求，以防止因水分凍融循環(huán)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。

4. 建筑外墻干掛：通常采用瓷質(zhì)板，極低的吸水率（$E \leq 0.5\%$）是其長(zhǎng)期耐久性、抗風(fēng)化能力和結(jié)構(gòu)安全的重要保障。

5. 特殊工業(yè)與商業(yè)場(chǎng)所：如實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院、食品工廠等，要求使用極低吸水率的瓷質(zhì)磚，以確保卓越的耐化學(xué)腐蝕性、抗菌性和易清潔性。

6. 仿古磚、裝飾磚：其吸水率范圍較寬，取決于設(shè)計(jì)風(fēng)格和預(yù)期的使用效果，但物理性能仍需滿足相應(yīng)類別的基本要求。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

范圍內(nèi)，ISO標(biāo)準(zhǔn)與歐洲EN標(biāo)準(zhǔn)已基本統(tǒng)一，而中國標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）在技術(shù)內(nèi)容上與之等效，但存在細(xì)節(jié)差異。

結(jié)論：ISO/EN與GB/T在技術(shù)上高度統(tǒng)一，確保了檢測(cè)結(jié)果的可比性。在進(jìn)行貿(mào)易或認(rèn)證時(shí)，需明確目標(biāo)市場(chǎng)所采用的標(biāo)準(zhǔn)體系。

五、檢測(cè)方法

主要檢測(cè)方法為煮沸法和真空法，兩者目的均為實(shí)現(xiàn)水飽和。

1. 煮沸法：

   • 原理：通過加熱使水沸騰，利用產(chǎn)生的蒸汽將磚體開口氣孔中的空氣排出，隨后在冷卻過程中，水分在負(fù)壓作用下被吸入氣孔。

   • 操作要點(diǎn)：

     • 樣品必須完全浸沒在蒸餾水或去離子水中。

     • 從冷水開始加熱，并在沸騰后維持 $(2 \pm 0.5)$ 小時(shí)。

     • 煮沸期間需防止樣品與容器底部或壁面直接接觸，以免局部過熱。

     • 煮沸結(jié)束后，在原水中冷卻至室溫（通常不少于4小時(shí)），確保飽和完全。

2. 真空法：

   • 原理：在真空環(huán)境中，大幅降低氣孔內(nèi)的氣體壓力，從而將空氣抽出。恢復(fù)常壓后，大氣壓將水壓入已排空的氣孔中。

   • 操作要點(diǎn)：

     • 將樣品浸入水中后，置于真空干燥器中。

     • 抽真空至壓力 $\leq (100 \pm 1)$ kPa，并在此壓力下保持 $(15 \pm 1)$ 分鐘。

     • 隨后，在保持真空的狀態(tài)下靜置 $(15 \pm 1)$ 分鐘，讓水充分浸潤。

     • 緩慢恢復(fù)至大氣壓，并在水中繼續(xù)浸泡 $(15 \pm 1)$ 分鐘。

   • 適用性：真空法被認(rèn)為是更、更徹底的方法，尤其適用于低吸水率磚（如瓷質(zhì)磚），標(biāo)準(zhǔn)通常推薦或強(qiáng)制使用真空法進(jìn)行低吸水率產(chǎn)品的精確測(cè)定。

恒重判定：無論采用何種方法，干燥至恒重是前提。即將樣品在 $(110 \pm 5)^{\circ}C$ 下烘干至間隔24小時(shí)兩次連續(xù)稱量之差小于 $0.1\%$ 為止。

六、檢測(cè)儀器

1. 干燥箱：需能恒定維持在 $(110 \pm 5)^{\circ}C$，并具有良好的溫度均勻性和通風(fēng)性能，以確保水分被徹底、均勻地驅(qū)除。

2. 加熱裝置（用于煮沸法）：通常為恒溫電熱板或電爐，需具備足夠的功率使容器內(nèi)水持續(xù)沸騰，并配有調(diào)壓器以控制沸騰強(qiáng)度。

3. 真空裝置（用于真空法）：

   • 真空容器：能承受一個(gè)大氣壓差的負(fù)壓，通常為真空干燥器。

   • 真空泵：抽氣速率應(yīng)能滿足快速達(dá)到并維持規(guī)定真空度的要求。

   • 壓力表：需精確，量程覆蓋0至-100kPa，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)壓力。

4. 天平：是核心測(cè)量設(shè)備，精度必須至少達(dá)到 $0.01g$ 或更優(yōu)，并且量程需覆蓋待測(cè)樣品的質(zhì)量范圍。電子分析天平是首選。

5. 水槽與輔助器具：盛水容器需由不與樣品發(fā)生反應(yīng)的材料制成（如不銹鋼、塑料）。用于支撐樣品的支架、干燥器、麂皮（用于擦拭表面水分）等均為關(guān)鍵輔助工具。

七、結(jié)果分析與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

1. 結(jié)果計(jì)算：對(duì)每塊樣品分別計(jì)算吸水率，然后計(jì)算所有樣品吸水率的算術(shù)平均值，作為該批次產(chǎn)品的終吸水率值。報(bào)告結(jié)果應(yīng)精確至 $0.1\%$。

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 分類符合性：將計(jì)算出的平均吸水率與產(chǎn)品宣稱的類別（如瓷質(zhì)、炻質(zhì)等）的吸水率上限進(jìn)行比對(duì)，判定其是否符合聲稱的類別。

   • 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合性：依據(jù)具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 4100、ISO 13006）中對(duì)該類磚規(guī)定的吸水率要求進(jìn)行判定。例如，瓷質(zhì)磚的吸水率平均值必須 $E \leq 0.5\%$，個(gè)別值 $E \leq 0.6\%$。

   • 單值與平均值：大部分標(biāo)準(zhǔn)不僅關(guān)注平均值，也對(duì)單塊樣品的大值有限制，以防止產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)過大的離散性。

3. 異常結(jié)果分析：

   • 結(jié)果偏高：可能預(yù)示燒結(jié)不足、坯體配方不當(dāng)、原料粒度不合理或壓制密度不均，導(dǎo)致產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度下降、抗污性變差、抗凍性不合格。

   • 結(jié)果離散性大：表明同一批次產(chǎn)品燒結(jié)均勻性差，存在窯爐溫度場(chǎng)不均、磚坯厚度不一致等問題，是生產(chǎn)工藝控制不穩(wěn)定的信號(hào)。

   • 結(jié)果偏低（符合預(yù)期）：表明產(chǎn)品燒結(jié)充分，結(jié)構(gòu)致密，預(yù)示著其具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能。

通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈蕶z測(cè)與結(jié)果分析，不僅能對(duì)陶瓷磚產(chǎn)品進(jìn)行準(zhǔn)確的分類與質(zhì)量判定，更能為生產(chǎn)工藝的優(yōu)化與改進(jìn)提供至關(guān)重要的數(shù)據(jù)反饋。