CN105571966A - 一种纸面石膏板表面硬度测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种纸面石膏板表面硬度的测试方法，包括：选取石膏板试样，将该石膏板试样放置在刚性的底板上；在该石膏板试样中心的正上方悬空固定钢球，调节该钢球的固定高度至测试要求的落球高度；释放该钢球，使钢球自由落体至石膏板试样的上表面，并在石膏板试样上表面形成球面型压痕；测量该球面型压痕的深度和平均直径，计算得出该石膏板试样的表面硬度值；该方法能够使生产工厂便利的测试纸面石膏板表面硬度，同时还能最大限度的降低试验仪器的成本。

Description

一种纸面石膏板表面硬度测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种纸面石膏板表面硬度测试方法及装置。

背景技术

纸面石膏板是以建筑石膏和护面纸为主要原材料制成的，该石膏板应用于建筑领域中时，要求该石膏板达到相关的硬度标准；常用的测量石膏板的硬度方法包括布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度；布氏硬度(HB)是以规定的试验力(F)将一定直径的钢球或硬质合金球压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径(D)，以试验力(F)除以压痕球形表面积得出的硬度值，单位为N/mm2(MPa)；洛氏硬度(HR)同布氏硬度试验相同，均是压痕试验方法，不同的是，它是测量压痕的深度，即在初始试验力(Fo)及总试验力(F)的先后作用下，将压头(圆锥体或钢球)压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量(e)计算硬度值；维氏硬度(HV)也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为136度的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力(F)压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度；上述三种测试方法都是以一定的试验力在试样的表面作用一定时间后得到的压痕来衡量试样的表面硬度，上述方法的试验仪器控制系统需要控制试验力和试验时间两个参数，对试验仪器的精度要求高，仪器的成本大，且测试的方法复杂，不易操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纸面石膏板表面硬度测试方法及装置，该方法能够使生产工厂便利的测试纸面石膏板表面硬度，同时还能最大限度的降低试验仪器的成本。

本发明所采用的技术方案是：一种纸面石膏板表面硬度的测试方法，包括：选取石膏板试样，将该石膏板试样放置在刚性的底板上；在该石膏板试样中心的正上方悬空固定钢球，调节该钢球的固定高度至测试要求的落球高度；释放该钢球，使钢球自由落体至石膏板试样的上表面，并在石膏板试样上表面形成球面型压痕；测量该球面型压痕的深度和平均直径，计算得出该石膏板试样的表面硬度值。

较佳地，将该石膏板试样放置在刚性的底板上之后，还包括：在该石膏板试样的上表面覆盖一层复写纸。

较佳地，所述选取石膏板试样之后，还包括：将该石膏板试样在烘箱内加热，使石膏板试样达到恒重，平衡石膏板试样的水分至少24小时，再将该石膏板试样放置在刚性的底板上。

较佳地，所述测量该球面型压痕的深度和平均直径，包括：通过深度测定仪和卡尺测量该球面型压痕的深度和平均直径。

较佳地，所述计算得出该石膏板试样的表面硬度值，采用的公式如下：

$\mathrm{HE}=\frac{E}{S}=\frac{4000\×m\sqrt{2\mathrm{gH}}}{\mathrm{\π}(d^2+4h^2)}$

式中，

HE为石膏板试样的表面硬度，kg/s·mm；

S为球面型压痕的表面积，mm²；

E为石膏板试样受到的冲击能，kg·m/s；

m为钢球的质量，kg；

g为重力加速度，9.8m/s²；

H为落球高度，m；

π为圆周率；

d为球面型压痕的平均直径，mm；

h为球面型压痕的深度，mm。

一种纸面石膏板表面硬度测试装置，所述测试装置包括底座、与所述底座垂直连接的支架以及固定在所述支架上的磁性表座，所述支架为可伸缩结构，所述磁性表座与所述底座相向设置。

较佳地，所述支架上设有高度调节阀。

较佳地，所述底座上表面铺设有刚性底板。

较佳地，所述刚性底板上表面设有矩形的固定槽或固定连接件。

本发明的有益效果是：

本发明利用钢球自由落体运动的原理，通过控制钢球的落球高度产生一定的冲击能，通过作用在试样表面上得到的压痕来衡量试样的表面硬度，打破了传统硬度测试方法需对样品施加持续力的测试方式，便于生产工厂对产品质量的监控，有效的降低了试验仪器的采购成本。

本发明的测试装置结构简单，仅需控制钢球的落球高度进行硬度测试，降低了仪器的成本。

附图说明

附图1为本发明纸面石膏板表面硬度测试装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种纸面石膏板表面硬度的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：

步骤1：石膏板试样准备：

将裁取的300mm×400mm的矩形纸面石膏板试样在温度为40±2℃的烘箱内加热至恒重。

步骤2：安放石膏板试样：

将石膏板试样正面朝上放置在刚性铁桌上，其桌面尺寸不小于石膏板试样尺寸，桌面厚度为20mm。然后将复写纸铺放在石膏板试样正面的中心部位。

步骤3：测试石膏板试样的硬度：

将直径为50mm，重(510±10)g的钢球从落球支架的平台边缘滚下，平台上表面与石膏板试样上表面的距离为(500±5)mm。滚下的钢球落至石膏板试样正面的复写纸上，并在石膏板试样的表面形成球面型压痕。

步骤4：计算石膏板试样的硬度：

取出石膏板试样，用精度为0.5mm的刻度尺测量球面型压痕的直径D；以测量的直径D表示石膏板试样的硬度。

实施例2

在实施例1中，通过直接测试球面型压痕的平均直径D评价石膏板试样的硬度，该测试方法存在如下问题：1、钢球从落球支架的平台边缘滚下需要一定的动能，而每个测试人员给的动能误差将给测试结果带来存一定的误差；2、钢球落下对试样上表面冲击形成的球面压痕，当冲击力相对试样足够大时，压痕球面呈球缺形状；当冲击力相对较小时，压痕球面呈球冠形状；球面压痕的表面积与压痕的直径和深度有关，对相同直径的球缺和球冠因为深度不同，其表面积相差很大，因此单纯用直径表示其硬度不够全面。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纸面石膏板表面硬度的测试方法，该测试方法的优点如下：1、通过以磁性表座开关控制钢球自由落体产生冲击能的方式来替代平台滚落钢球产生冲击能的方式，能避免不同的人员操作带来的动能，保证不同人员操作或同一人重复操作时，均能一同样的冲击能作用在试样的上表面；2、以单位表面积受到的冲击能的大小表示石膏板的表面硬度，能全面反映各种试样的真实表面硬度值，保证测试结果的准确性和有效性。所述测试方法包括如下步骤：

步骤1：选取石膏板试样：

以一个班组的纸面石膏板产量为一批次，每批次纸面石膏板中随机抽取三块石膏板为一组试样，在离每组纸面石膏板边部不小于20mm处裁取300mm×400mm的矩形石膏板试样各2块，一组共6块。

步骤2：石膏板试样准备：

将裁取的纸面石膏板试样在温度为40±2℃的烘箱内加热至恒重，再将石膏板试样在温度为25±5℃，相对湿度为50±5％的实验环境条件下平衡石膏板试样的水分至少24小时。

步骤3：安放石膏板试样：

将380×380×20mm的刚性铁板铺设在纸面石膏板表面硬度测试装置的330×330×70mm的底座上，将石膏板试样固定在铁板上，取16K的复写纸铺放在石膏板试样正面的中心部位。

步骤4：测试石膏板试样的硬度：

调节测试装置支架上的高度调节阀，使支架上的磁性表座位于测试高度，并使磁性表座与石膏板试样的中心位置相向设置，开启磁性表座开关，将直径为50mm，重530±10g的钢球固定在磁性表座上，使钢球悬空固定在石膏板试样中心的正上方，关闭磁性表座开关，使钢球自由落体至石膏板试样正面的复写纸上，并在石膏板试样的表面形成球面型压痕。

步骤5：计算石膏板试样的硬度：

取出石膏板试样，通过量程为0-10mm，精度为0.01mm的深度测定仪测量球面型压痕的深度h，通过量程为0～150mm，精度为0.01mm的卡尺测量球面型压痕的平均直径d；根据公式：

石膏板试样受到冲击后产生的球面型压痕表面积的计算公式如下：

$S=\mathrm{\π}(\frac{d^2}{4}+h^2)$

式中，

S为球面型压痕的表面积，mm²；

π为圆周率，3.14；

d为球面型压痕的平均直径，mm；

h为球面型压痕的深度，mm；

石膏板试样承受的冲击能的计算公式如下：

$E=m\sqrt{2\mathrm{gH}}$

式中，

E为试样受到的冲击能，kg·m/s；

m为钢球的质量，kg；

g为重力加速度，9.8m/s²；

H为落球高度，m；

试样表面硬度的计算公式如下：

$\mathrm{HE}=\frac{E}{S}=\frac{4000\×m\sqrt{2\mathrm{gH}}}{\mathrm{\π}(d^2+4h^2)}$

式中，

HE为石膏板试样的表面硬度，kg/s·mm；

S为球面型压痕的表面积，mm²；

E为石膏板试样受到的冲击能，kg·m/s；

m为钢球的质量，kg；

g为重力加速度，9.8m/s²；

H为落球高度，m；

π为圆周率；

d为球面型压痕的平均直径，mm；

h为球面型压痕的深度，mm。

最终取上述6个试样硬度值的平均值作为该批次纸面石膏板的表面硬度值。

按照上述方法，选取六个批次的纸面石膏板，每个批次中选取6个纸面石膏板试样进行测试，测试结果如表1：

表1纸面石膏板试样表面硬度测试结果

从上述结果可以看出，本发明所述的纸面石膏板表面硬度试验方法，能够使生产工厂便利且准确的测试纸面石膏板表面硬度，同时还能最大限度的降低试验仪器的采购成本。

如图1所示，一种纸面石膏板表面硬度测试装置，所述测试装置包括底座1、与所述底座1垂直连接的支架2以及固定在所述支架2上的磁性表座3，所述支架2为可伸缩结构，支架优选为子母管结构，支架上设有高度调节阀4，用于调节支架的高度，所述磁性表座3与所述底座1相隔且相向设置；所述底座1上表面铺设有刚性底板5，所述刚性底板5上表面设有矩形的固定槽或固定连接件；用于固定纸面石膏板试样。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种纸面石膏板表面硬度的测试方法，包括：

选取石膏板试样，将该石膏板试样放置在刚性的底板上；

在该石膏板试样中心的正上方悬空固定钢球，调节该钢球的固定高度至测试要求的落球高度；

释放该钢球，使钢球自由落体至石膏板试样的上表面，并在石膏板试样上表面形成球面型压痕；

测量该球面型压痕的深度和平均直径，计算得出该石膏板试样的表面硬度值。

2.如权利要求1所述的硬度测试方法，其特征在于：

将该石膏板试样放置在刚性的底板上之后，还包括：在该石膏板试样的上表面覆盖一层复写纸。

3.如权利要求1或2所述的硬度测试方法，其特征在于：

所述选取石膏板试样之后，还包括：将该石膏板试样在烘箱内加热，使石膏板试样达到恒重，平衡石膏板试样的水分至少24小时，再将该石膏板试样放置在刚性的底板上。

4.如权利要求1或2所述的硬度测试方法，其特征在于：

所述测量该球面型压痕的深度和平均直径，包括：通过深度测定仪和卡尺测量该球面型压痕的深度和平均直径。

5.如权利要求1或2所述的硬度测试方法，其特征在于：

所述计算得出该石膏板试样的表面硬度值，采用的公式如下：

$\mathrm{HE}=\frac{E}{S}=\frac{4000\×m\sqrt{2\mathrm{gH}}}{\mathrm{\π}(d^2+4h^2)}$

式中，

HE为石膏板试样的表面硬度，kg/s·mm；

S为球面型压痕的表面积，mm²；

E为石膏板试样受到的冲击能，kg·m/s；

m为钢球的质量，kg；

g为重力加速度，9.8m/s²；

H为落球高度，m；

π为圆周率；

d为球面型压痕的平均直径，mm；

h为球面型压痕的深度，mm。

6.一种纸面石膏板表面硬度测试装置，其特征在于，所述测试装置包括底座、与所述底座垂直连接的支架以及固定在所述支架上的磁性表座，所述支架为可伸缩结构，所述磁性表座与所述底座相向设置。

7.如权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述支架上设有高度调节阀。

8.如权利要求6或7所述的测试装置，其特征在于，所述底座上表面铺设有刚性底板。

9.如权利要求8所述的测试装置，其特征在于，所述刚性底板上表面设有矩形的固定槽或固定连接件。