建筑琉璃制品吸水率檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

建筑琉璃制品的吸水率檢測，核心原理是量化材料開口氣孔吸附水分的能力，以此評(píng)判其燒結(jié)程度、致密性及耐久性。其科學(xué)依據(jù)主要基于物理吸附與毛細(xì)管作用。

1. 質(zhì)量守恒原理：檢測通過測量干燥試樣與飽和水試樣在空氣中的質(zhì)量差，計(jì)算出水分的質(zhì)量，進(jìn)而求得吸水率。其基本公式為：吸水率 (W) = (M? - M?) / M? × ，其中M?為干燥質(zhì)量，M?為飽和水質(zhì)量。

2. 沸騰法原理：通過將試樣浸入沸水中持續(xù)加熱，利用熱能促使氣體從材料開口氣孔中逸出。停止加熱后，在冷卻過程中，水憑借大氣壓力和毛細(xì)管作用被吸入并填充這些空出的氣孔，從而實(shí)現(xiàn)充分飽和。此方法能有效打開絕大多數(shù)可滲透氣孔。

3. 真空法原理：將試樣置于密閉真空容器中，通過抽真空極大程度地排除開口氣孔中的空氣。隨后，在維持真空或恢復(fù)常壓的狀態(tài)下注入浸漬液體（通常為水），由于孔內(nèi)與外部的壓差，液體被強(qiáng)制壓入氣孔內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)更深層次、更徹底的飽和。此法尤其適用于微細(xì)氣孔的填充。

二、檢測項(xiàng)目

建筑琉璃制品的物理性能檢測中，吸水率是關(guān)鍵項(xiàng)目，并常與其他項(xiàng)目關(guān)聯(lián)檢測。

1. 核心檢測項(xiàng)目：

   • 吸水率：直接測定制品飽和吸水后質(zhì)量增加的百分比，是評(píng)價(jià)其密實(shí)度的首要指標(biāo)。

2. 關(guān)聯(lián)檢測項(xiàng)目：

   • 顯氣孔率：測定開口孔隙體積占制品總體積的百分比，與吸水率高度相關(guān)，共同反映材料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)。

   • 體積密度：測定干燥試樣的質(zhì)量與其總體積（包括實(shí)體和孔隙）的比值。

   • 飽和系數(shù)：計(jì)算常壓下水飽和試樣的吸水率與真空法或沸煮法飽和試樣吸水率的比值，用于評(píng)估材料的抗凍性能潛力。飽和系數(shù)越低，表明未被水填充的閉口氣孔越多，抗凍性可能越好。

三、檢測范圍

吸水率檢測覆蓋了所有應(yīng)用建筑琉璃制品的領(lǐng)域，其要求因應(yīng)用環(huán)境而異。

1. 屋面瓦類：包括板瓦、筒瓦、滴水、勾頭等。用于室外屋面，直接承受風(fēng)雨、凍融循環(huán)，要求吸水率極低（通常≤6%，高要求項(xiàng)目≤3%），以確保卓越的抗凍性和耐久性。

2. 屋脊飾件類：包括正吻、走獸、垂獸等。安裝位置通常通風(fēng)較好，但同樣面臨雨雪侵蝕，其吸水率要求與屋面瓦類相當(dāng)。

3. 墻面裝飾類：包括琉璃磚、壁飾等?？赡軕?yīng)用于室內(nèi)或室外墻面。室外應(yīng)用需具備與屋面瓦同等的低吸水率；室內(nèi)應(yīng)用要求可適當(dāng)放寬，但仍需控制以保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和衛(wèi)生性能。

4. 園林構(gòu)件類：包括欄桿、花窗等。暴露于戶外環(huán)境，需具備良好的抗風(fēng)化能力，吸水率要求嚴(yán)格。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑琉璃制品吸水率的檢測方法與限值均有明確規(guī)定。

1. 中國標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 21149 - 琉璃瓦：該標(biāo)準(zhǔn)是核心標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定吸水率不大于12%，但對(duì)于高質(zhì)量產(chǎn)品，通常要求吸水率不大于6%。檢測方法采用煮沸法（煮沸3小時(shí)）或真空法作為仲裁方法。

   • JC/T 765 - 建筑琉璃制品：此建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求與GB/T 21149基本協(xié)調(diào)。

2. 與國外標(biāo)準(zhǔn)：

   • ISO 10545-3：雖然主要針對(duì)陶瓷磚，但其真空法和煮沸法被廣泛借鑒作為吸水率檢測的經(jīng)典方法。

   • ASTM C373：美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，通過煮沸法測定陶瓷白坯體吸水率、體積密度、顯氣孔率，方法詳盡，是通用的重要參考。

3. 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析：

   • 方法差異：中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21149明確指定煮沸法為常規(guī)方法，真空法為仲裁法。ASTM C373和ISO 10545-3均將煮沸法和真空法并列，但真空法因其飽和更徹底，被視為更精確的方法。

   • 限值差異：中國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)琉璃瓦的吸水率限值（≤12%或≤6%）是基于其傳統(tǒng)工藝和應(yīng)用歷史。而歐洲對(duì)于屋面黏土瓦的標(biāo)準(zhǔn)（如EN 1304）通常要求吸水率更低（如≤6%），對(duì)高性能產(chǎn)品的抗凍性要求更為苛刻。在實(shí)際高端項(xiàng)目和出口產(chǎn)品中，往往采用高于中國標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)控指標(biāo)（如≤3%）。

五、檢測方法

1. 主要方法：

   • 煮沸法：

     • 操作要點(diǎn)：試樣干燥至恒重（如(110±5)℃）后稱量M?。置于清水中加熱至沸騰，并保持微沸狀態(tài)至少2小時(shí)（根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 21149為3小時(shí)）。自然冷卻至室溫后，在水中稱取表觀質(zhì)量M?，在濕毛巾擦拭表面多余水分后稱取飽和質(zhì)量M?。

   • 真空法：

     • 操作要點(diǎn)：干燥試樣稱量M?后，放入真空容器抽真空至絕對(duì)壓力低于25 mmHg，并保持此壓力至少15分鐘。然后在保持真空狀態(tài)下注入足量水淹沒試樣，繼續(xù)浸泡15分鐘。后恢復(fù)常壓，試樣在水中再浸泡若干小時(shí)（如4小時(shí)）后，同煮沸法進(jìn)行M?和M?的稱量。

2. 操作關(guān)鍵點(diǎn)：

   • 干燥恒重：必須確保試樣完全干燥，兩次連續(xù)稱量質(zhì)量差小于0.1%。

   • 飽和徹底：煮沸需保持持續(xù)微沸，防止試樣碰撞；真空法需保證足夠的真空度與持壓時(shí)間。

   • 稱量準(zhǔn)確：飽和試樣表面水膜的擦拭必須快速、一致，避免水分蒸發(fā)導(dǎo)致誤差。水中稱量需排除氣泡干擾。

六、檢測儀器

1. 干燥設(shè)備：

   • 電熱鼓風(fēng)干燥箱：需能穩(wěn)定控制在(110±5)℃，并有鼓風(fēng)裝置以使箱內(nèi)溫度均勻。

2. 飽和設(shè)備：

   • 加熱裝置與容器：用于煮沸法，需使用耐熱玻璃或不銹鋼容器，配備調(diào)溫電爐。

   • 真空裝置：用于真空法，包括真空容器、真空泵（能達(dá)到規(guī)定的絕對(duì)壓力，如<25 mmHg）、壓力表和連接管路。

3. 稱量設(shè)備：

   • 電子天平：精度至少為0.01g，量程需覆蓋試樣質(zhì)量。用于水中稱量的裝置，需配備懸架和溢流工具，確保阿基米德原理測量的準(zhǔn)確性。

4. 輔助工具：

   • 干燥器、鑷子、麂皮或濕毛巾等。

七、結(jié)果分析與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

1. 計(jì)算方法：

   • 吸水率 (W)： W = (M? - M?) / M? ×

   • 顯氣孔率 (P)： P = (M? - M?) / (M? - M?) × （其中M?為試樣懸浮在水中的質(zhì)量）

   • 體積密度 (D)： D = M? / (M? - M?) × ρ水 （ρ水為試驗(yàn)溫度下水的密度）

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 直接評(píng)判：將計(jì)算出的吸水率與所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 21149）或合同約定的限值進(jìn)行對(duì)比。例如，若標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定吸水率≤6%，則所有試樣的平均值及單個(gè)試樣的檢測結(jié)果均應(yīng)符合此要求。

   • 關(guān)聯(lián)分析：

     • 與抗凍性關(guān)系：吸水率是預(yù)測琉璃制品抗凍性的關(guān)鍵指標(biāo)。一般而言，吸水率越低，表明材料越致密，水分不易侵入，在凍融循環(huán)中產(chǎn)生破壞性冰脹壓力的風(fēng)險(xiǎn)越小。飽和系數(shù)（常壓飽和吸水率/真空飽和吸水率）若小于0.8，通常認(rèn)為材料具有較好的抗凍潛力。

     • 與燒結(jié)程度關(guān)系：吸水率直接反映制品的燒結(jié)質(zhì)量。吸水率過高，表明生燒，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)育不完善，強(qiáng)度低，耐久性差；吸水率過低（如接近零）雖表明致密，但對(duì)于傳統(tǒng)黏土基琉璃瓦，可能意味著過燒，導(dǎo)致變形或釉面質(zhì)量問題。

   • 數(shù)據(jù)離散性分析：同一批次試樣吸水率結(jié)果的離散程度（如標(biāo)準(zhǔn)偏差）可反映生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。離散性過大，表明生產(chǎn)工藝控制存在波動(dòng)，產(chǎn)品質(zhì)量不均。

綜上所述，建筑琉璃制品的吸水率檢測是一項(xiàng)綜合性的質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)，從原理到實(shí)踐均需嚴(yán)格把控，以確保這類傳統(tǒng)建筑材料在現(xiàn)代建筑中能持久展現(xiàn)其藝術(shù)價(jià)值與功能價(jià)值。