陶瓷地磚防滑性能的測試方法

趙江偉等

摘 要：本文介紹了測試陶瓷地磚防滑性能的兩種常用方法：傾斜平臺法和擺錘法。通過對不同品種陶瓷地磚防滑性能進行測試，對這兩種方法的結果進行對比，探討這兩種方法在測試陶瓷地磚防滑性能的特點，并通過粗糙度測試探討了表面粗糙度對測試結果以及防滑性能的影響。

關鍵詞：陶瓷地磚；表面粗糙度；傾斜平臺法；擺錘法；防滑性能

1 前言

隨著經濟的發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木地板、石材以及陶瓷地磚。在三大地面材料中，無論是從經濟、實用性以及裝飾性等方面來看，陶瓷地磚無疑是三者中性價比最高的，于是我們在各大公共場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，在國際上防滑性能主要測試方法有靜摩擦系數法、動摩擦系數法、傾斜平臺法和擺錘法。在這些測試方法的基礎上各國制訂了一系列的測試標準、評價標準，以幫助消費者選擇適當的產品，降低使用風險。

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。因此，本文應用傾斜平臺法和擺錘法對不同表面粗糙度的陶瓷地磚進行測試，分析陶瓷地磚表面粗糙度對測試結果以及防滑性能的影響。

2 陶瓷地磚防滑性能測試方法

2.1 傾斜平臺法（DIN 51130-2010）

本試驗采用DIN51130-2010傾斜平臺法[1]。DIN51130-2010的測試條件為測試者穿著特制鞋在涂有潤滑油的實驗板上行走，測試滑到的臨界傾斜角度，為獲得準確的數據，測試者在測試樣品前必須進行三塊標準板校正，所得臨界角必須在標準范圍內。

測試人員在以每秒傾斜不小于1°的恒角速度旋轉的平臺上行走，直至測試者顯示出不安全跡象時，測出旋轉平臺與水平面之間傾角，以確定被測陶瓷磚的動態臨界摩擦角。此方法模擬實際使用情景，對斜坡路面的陶瓷磚摩擦系數測試有實際意義[2]。

依據德國BGR 181-2004 The standard for slip prevention on parquet and hardwood floors in working areas[3]，對測試結果進行評價（如表1所示）。該標準針對不同的場所及用途規定了等級要求，低于標準使用等級要求的都屬于滑倒高風險。

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生的滑動力，即根據“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，克服表面等摩擦所做的功”，來計算橡膠塊和陶瓷地磚表面的摩擦系數[5]。

陶瓷地磚在干燥條件下防滑性能較好，潮濕狀態下滑倒風險較高。因此，本次試驗使用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目測試的方法，但是由于儀器操作較為復雜，對于測試人員要求較高，特別是在測試有粗糙表面和有紋路表面的陶瓷地磚時，不同測試者的實驗結果可能存在差異[6]。擺錘法評價等級如表2所示。

2.3 表面粗糙度測試[8]

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

Ra：輪廓的算術平均偏差，即在一個取樣長度內縱坐標值Z（x）絕對值的算術平均值。

Rz：微觀不平度十點高度（見圖1），即在一個取樣長度內，最大輪廓峰高的平均值與五個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 試驗樣品

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

4 試驗設備

4.1 傾斜平臺測試裝置

本次試驗使用的是GABBRIELLI公司生產的型號為SCIV.DIN的傾斜平臺測試裝置（如圖2所示）。

4.2 擺錘法摩擦系數測定儀

本次試驗使用的是WESSEX ENGIINEERING公司設計生產的型號為SK1564的擺錘法摩擦系數測定儀（如圖3所示）。

4.3 表面粗糙度測試儀

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

5 試驗結果及討論

對這5種陶瓷磚采用上述兩種方法進行防滑性測試，并對10塊樣品進行表面粗糙度的測試，結果見表4。評價結果比較如表5所示。

通過比較可以發現，3#、4#、5#、6#樣品通過兩種方法測試所得結果的評價存在差異。主要原因是測試方法存在差異：傾斜平臺法完全依靠測試人員的自身感受，而擺錘法模擬人腳后跟滑倒時的運動軌跡，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，容易產生滑倒感，而對擺錘法影響較少。

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

此外，3#、4#、5#、6#樣品兩種方法所得結果均處于臨界值，應采用其他測試方法加以測試并評價其防滑性能。

臨界角與表面粗糙度關系如圖5所示，擺錘角與表面粗糙度關系如圖6所示。

通過分析圖5、6可以得到以下結論：

（1） 臨界角與擺錘角總體隨著表面粗糙度增加而提高，當表面粗糙度比較平緩，且增大到一定程度時，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減少，從而可能降低了由于表面粗糙度增加而使摩擦系數提高的趨勢；

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

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

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

通過上述兩種防滑性能測試方法的比較，借助表面粗糙度的對試驗結果進行分析，可以發現：

（1） 傾斜平臺法模擬實際使用過程，通過測試人員的實際感受反映測試樣品的防滑性能，可以反映陶瓷磚表面的真實情況，比較適合測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） 對上述兩種方法輔助以表面粗糙度進行分析，可以更好的評價陶瓷地磚防滑性能的測試結果。

參考文獻

[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試研究[J].中國陶瓷，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試驗方法研究[J].中國陶瓷，2012，8，48.

[6] 肖景紅.陶瓷地磚防滑性能的測試與評價[J].中國陶瓷，2009，10，45.

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

[8] GB/T3505-2009 產品幾何技術規范（GPS） 表面特征輪廓法術語、定義及表面結構參數[s].