玻璃建筑材料力学性能测试的弯曲强度和冲击性能试验步骤

玻璃作为现代建筑中不可或缺的透明材料，其力学性能直接关系到建筑结构的安全性与耐久性。弯曲强度反映玻璃抵抗弯曲变形的能力，冲击性能则体现其承受瞬间外力的韧性，二者是评估玻璃建筑材料可靠性的核心指标。准确掌握这两项性能的试验步骤，是确保测试结果科学有效的关键，也是建筑设计、材料生产及质量管控的重要依据。

弯曲强度试验的样品制备要求

玻璃弯曲强度试验的样品需严格遵循国家标准（如GB/T 9963《钢化玻璃》、GB/T 11944《中空玻璃》）的尺寸规定。以浮法玻璃为例，样品长度通常取150-300mm，宽度25-50mm，厚度3-19mm，具体尺寸可根据玻璃厚度调整——厚度较小（≤6mm）的玻璃可选择较长的样品（如300mm），以减少试验误差。

样品边缘需进行磨边处理，使用金刚石砂轮将棱边磨成半径1-2mm的圆弧，或磨成45°斜角，避免边缘尖锐导致的应力集中。磨边后需用乙醇清洗样品表面，去除残留的玻璃粉与油污。

样品数量需满足统计要求，批量检测时至少制备5个样品，若需评估材料离散性则增加至10个。制备完成的样品需在23±2℃、相对湿度50±5%的环境中放置24小时以上，消除温度或湿度变化对试验结果的影响。

对于夹胶玻璃、中空玻璃等复合玻璃，样品需保持原结构完整性，不得拆分层间结构，边缘需做密封处理，防止水汽进入影响内部性能。

弯曲强度试验的设备与工装配置

弯曲强度试验需使用配备恒速加载系统的万能试验机，力值量程应覆盖样品预计最大荷载的10%-90%。例如，5mm厚、25mm宽的玻璃，预计最大荷载约417N，因此试验机量程选择0-1kN即可，确保测试精度。

支座采用简支梁结构，由两个平行的圆柱形钢棒组成（直径约10mm，硬度≥HRC40）。支座间距需根据玻璃厚度计算，通常取厚度的16倍（如5mm厚玻璃间距80mm），确保加载时样品处于纯弯曲状态。

压头为直径20mm的圆形钢棒，表面粗糙度Ra≤0.8μm，避免与玻璃接触时产生局部压应力。此外，需用游标卡尺（精度0.02mm）测样品长宽，千分尺（精度0.001mm）测厚度——厚度需在样品长度方向均匀测3点，取平均值用于计算。

弯曲强度试验的前期调试与校准

试验前需校准万能试验机：首先校准力值，用标准砝码（精度≥0.1%）测试50N、100N等荷载点，确保显示值与实际质量误差≤1%；若误差超标，需调整力值传感器参数。

接着校准加载速度：设置速度为2mm/min，用秒表计时压头1分钟内的移动距离，误差超过0.1mm需调整伺服电机转速。

安装样品时，将样品平放在支座中央，确保长度方向与支座平行、宽度方向居中。压头需对准样品几何中心（可通过十字标记定位），避免偏心力影响结果。

弯曲强度试验的加载与数据处理

启动试验机后，按设定速度（如2mm/min）匀速加载。当样品突然断裂时，试验机自动记录最大荷载（Pmax）。若断裂位置距离支座小于2倍厚度（如5mm厚玻璃断裂距支座<10mm），结果无效——此为支座应力集中导致，无法反映材料真实强度。

弯曲强度计算公式为σ=3PmaxL/(2bh²)（σ单位MPa，Pmax单位N，L、b、h单位mm）。例如，Pmax=400N、L=80mm、b=25mm、h=5mm时，σ=3×400×80/(2×25×25)=76.8MPa。

对所有有效样品计算结果，取平均值（σavg）与标准差（s=√[Σ(σi-σavg)²/(n-1)]）。若标准差超过平均值10%，需增加样品数量至10个重新测试。

冲击性能试验的样品制备要求

冲击性能试验样品尺寸需匹配试验方法：落球冲击试验（GB/T 18701）用300mm×300mm正方形样品（厚4-19mm）；霰弹袋冲击试验（GB/T 15763.2）用1000mm×1000mm大样品，模拟实际建筑面板。

样品边缘需磨边或倒棱，避免冲击时崩边。钢化玻璃样品需无自爆痕迹，表面有裂纹或炸点的需剔除。样品数量至少5个，保证统计有效性。

状态调节同弯曲强度试验：样品需在23±2℃、50±5%湿度下放置24小时，消除加工内应力。复合玻璃需检查密封胶完整性，防止水汽侵入。

冲击性能试验的设备与工装配置

落球冲击试验设备包括落球装置与夹具：钢球质量按玻璃类型选择（普通玻璃500g，钢化玻璃1040g）；导向管为不锈钢管（直径略大于钢球，长度≥1m），确保钢球垂直下落。

夹具采用四边固定方式（边框宽25mm，铝合金材质），用扭矩扳手（8N·m）固定样品，避免局部压力过大导致提前破裂。

霰弹袋冲击试验设备需配备10kg霰弹袋（内装铅粒）、提升装置与释放机构，落高可调（0.5-2m），释放时需保证霰弹袋无初速度或旋转。

冲击性能试验的加载与结果评估

落球冲击试验时，将钢球提升至设定落高（如1.0m），释放后冲击样品中心。若样品未破裂，需增加落高或换更重钢球，直到破裂。记录破裂时的最小落高（hmin）与钢球质量（m），冲击能量E=mghmin（g=9.81m/s²）。

霰弹袋试验时，提升霰弹袋至设定高度（如1.5m），释放后冲击样品。若样品未破裂或碎片未脱落，说明冲击性能合格；若完全破碎且碎片脱落，需降低落高重试。

需注意，若样品破裂位置偏离中心超过10mm，或由表面划痕、气泡引发破裂，结果无效，需换无缺陷样品重测。

试验过程的关键注意事项

试验需在无风、无振动环境中进行，温度波动超过±1℃需暂停。高精度试验可使用环境舱控温湿度，避免环境影响结果。

样品表面需用乙醇棉球擦拭干净，去除灰尘、油污，防止加载时滑动或应力集中。钢化玻璃需检查应力斑分布，不均匀的样品需单独标记。

操作人员需戴防护眼镜与手套，冲击试验需围防护网（高度≥1.5m），避免玻璃碎片飞溅伤人。试验后需及时清理碎片，保持设备清洁。