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粗晶花岗岩饰面板加工弯曲分析

杏耀-杏耀娱乐-杏耀官网_杏耀登录网址 时间:2019年11月25日 11:57

  摘要:本文通过试验数据的整理与计算,分析粗晶花岗岩板材加工弯曲的原因,针对性的提出了处理措施,供行业技术人员参考。

  随着人们对生活品质要求的提高,越来越多的花岗岩板被用来装饰建筑。然而,作为一-种天然建筑材料,花岗岩的质地因其成分产地、年代、埋深等等因素而千差万别。花岗岩按结晶颗粒大小可分为“伟晶”,“粗晶”、“细晶三种。

  用于建筑材料时,花岗岩的一般要求是结晶颗粒细而且均匀,云母含量少,石英多,结构紧密,不含黄铁矿。

  然而,产地山东的黄金麻,产地福建滁州的黄锈石等粗晶花岗岩板,虽然质地较酥松,属于粗晶花岗岩,且富含黄铁矿,但因其加工成毛面后显现出金黄高贵的色泽,近年被设计师大量使用。

  富含黄铁矿的石材,用火烧工艺,其所含铁易氧化变色,锤击板(荔枝面)就成为设计师的首选。但是,在传统锤击板(荔枝面)工艺加工时,随其板材品质的不同,会产生不同程度的弯曲现象。

  一般来说,安装完成的幕墙石材毛面表面,平整度超出3mm就会明显影响观感质量,若幕墙立面石材为“工”字形分格,对石材板的平整要求则更高。

  能准确的判断石材板发生弯曲的原因,是采取有效措施针对性的解决问题的关键。以下通过石材试验和数据分析来探讨解决的方法。

  显著影响石材板抗弯强度的因素,除了岩石结晶程度和颗粒大小外,板面裂纹情况往往起了决定性的作用。采用同种同矿石材,不同厚度,进行不同表面处理抗弯强度比较试验。按石材试样厚度分四种25mm、30mm、45mm,50mm;宽均为100mm;按取样原石材板的弯曲程度分三类;共计12小组进行正反试验。

  由简支梁跨中集中力弯矩计算公式(1)和受弯构件强度计算公式(2),得试验数据处理基本计算公式(3):

  b)相同厚度试样,取样所在原板块加工弯曲程度越大的正反强度差越大,平均值呈现规律,但单个试样值偏差较大。

  c)在毛面受拉的弯曲情况下,同批荒料,相同机械加工的不同厚度样品,分组平均试验数据基本吻合算式见公式(4):

  d)但在对同宽同长,且原板弯曲程度相同的样品试验数据统计时,发现试样板越厚,公式(4)中h值越大。

  荔枝面石材经加工后,按石材构造所受加工影响,可以分成三部分,分别为:表面层、裂纹层、原石层。

  如图3所示,加工石材表面构造受到严重破坏,完全松散,既不能抗压也不能抗拉,称之为表面层,可直接用卡尺测量,厚度在2mm~-3mm;

  紧靠表面层的区域受到加工荷载冲击,石材开裂,石材构造受到一定程度破坏,但还能保持整体性,能承担压力但不能抗拉,称之为裂纹层;剩余石材未受到加工影响,既能抗拉又能抗压的,称之为原石层。

  同种石材试样在达到一定抽样量级时,抗弯强度数据本应趋向一致,但实验结果a显示正反测试P.值不同,算式(3)中的F、L.K均相同的情况下的,P发生变化,则定是H值发生了变化。且毛面受拉弯曲时H值较小,试验数据验证了上述各层的承载情况。

  石材板正反受弯横截面受力状况分别如图4所示,左侧为毛面受拉的弯曲情况,右侧为毛面受压的弯曲情况。

  因裂纹层的存在,导致正反弯曲情况下,截面实际能承载高度发生变化,进而使得本应抗弯强度相同的同种石材,在正反试验情况下,数据呈现了统计结果a所示的截然不同。那么,石材的弯曲是如何造成的呢?

  上述分层情况其实是我们抽象的表述,事实上石材并没有清晰的分层界限,所谓的裂纹层是石材构造完全被破坏和未受影响部分间的过渡区域,其深度值h则是在计算过程中反应出来的一个等效深度。

  我们可以理解成这样,裂纹层的石材加工裂纹并不均匀,表面层附近最多且最宽,随着向原石层深入,逐渐减少最后消失。加工过程中,-些裂纹会伴随有石材粉尘颗粒的嵌人,形成了类似加工面张力,导致石材弯曲的现象。

  如图5示意,原本长度L的石材板,加工面表面总长加工后增加n(n为所有裂纹起始口宽度总和),加工面总长为L+n,而未加工面总长仍旧为L。因此,裂纹起始口总宽度n值,与板块的弯曲程度---曲率k值,可用算式表达为:k=.n,可见,裂纹起始口总宽度与石材板曲率成正比。

  就单条裂纹而言,裂纹起始口宽度与裂纹深度关系密切。而裂纹总宽度又直接受到裂纹数量影响,因此,裂纹起始口总宽n值虽与裂纹深度有关,但个体差异明显。上述石材弯曲成因解释,被试验数据统计结果b证明。

  直观的我们就可认识到,石材越厚越不容易弯曲折断。杏耀官网而且根据材料强度理论我们知道,矩形截面材料抗弯曲强度与其截面高度的2次方成正比关系,然而试验数据的统计结果却并非如此。

  可以断定,石材厚度并非是完全能承担荷载的截面高度,因此通过统计结果c的计算公式(4),可以进一-步更加定量的证实了前述情况分析。算式中h值即为石材板加工过程中形成的平均裂纹深度,其值直接与石材材质和加工时作用于石材表面的破坏力有关。相同的石材相同的加工条件下,其数值平均值趋向稳定。

  因本次试验所用石材取样原板中,不同厚度而弯曲程度相同的并不多,只能定性的确定厚度与h值的关系,而无法推断其关系。同时,应该认识到,不同厚度其石材弯曲程度相同时,其实质是说明石材材质有区别,或加工条件的差异。

  虽然同矿,但天然石材的差异是无法避免的。虽然加工时在同一厂家,甚至使用同一-机器设备,但搬运、储存、人工操作等因素亦会引起加工外力的差异。

  基于以上试验数据和情况分析,可以确定,石材弯曲现象的发生是加工过程产生的裂纹所致。含有黄铁矿等杂质的粗晶花岗岩,质地较松,平板表面本身存在大量小裂纹,在锤击毛面的加工过程中,裂纹扩展,并伴有石材粉末颗粒由锤击嵌人,形成加工面表面张力,导致石材板弯曲。

  针对弯曲成因,在工程建设时综合采用如下措施,可以有效的避免石材弯曲造成的外观影响。首先,选用质地紧密的花岗岩矿是解决问题的最根本之道。

  但是,在成品板材的挑选上,由于石材原料是天然的,不可能质地完全相同,在开采加工中工艺的水平也有差别。可以确定的是,石材矿物颗粒越细越好。

  其次,适当增加板材厚度。在已确定石材矿源的情况下,增加石材厚度是最有效的抗弯措施。从上述理论分析,石材厚度H增加-倍,在实际裂纹总宽n不变情况下,单就几何变形而言曲率k就减小1/2。加之石材增厚导致实际抗弯强度的大幅增加,石材板的弯曲拱高将远少于原来1/2。

  再次,工程在进行过程中石材板半成品就已完成,表面加工时发现石材弯曲现象的,可以采取如下措施尽量减少弯曲量:

  在今后不断的工程实践中,可以用来解决问题的方法也还会层出不穷,但总而言之,正确了解石材板加工弯曲的成因原理,可以给我们的选择提供更可靠的判断依据。

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