天然石材的静态弹性模数是表征其抵抗弹性变形能力的关键力学指标，直接影响石材在工程结构中的变形控制与稳定性设计。GB/T 9966系列标准对天然石材静态弹性模数测定提出了明确要求，但实际应用中需结合具体仪器设备优化操作流程。TDWS-300型压力试验机具备高精度载荷控制与球形支座调平功能，50mm引伸计（符合“测试长度≥10倍最小粒径且≥50mm”要求）可实现微小形变的精准捕捉，二者联用可有效提升试验效率与数据精度。本文依据标准要求，系统梳理该技术方案的实施要点。

1试验原理与方法依据

1.1核心原理

通过测定天然石材试样在低压力（σᵤ）与高压力（σₒ）两次单轴加载下的纵向形变（εᵤ、εₒ），利用胡克定律计算静态弹性模数：Eb=fracσ0-σu}ε0-εu}，其中σ为应力（载荷/横截面积），ε为应变（变形量/检测长度）。

1.2方法依据

基础标准：GB/T 9966的本部分（天然石材单轴压缩静态弹性模数试验）；

辅助标准：GB/T 9966.1（压缩强度试验）、GB 175（水泥浆修补材料）、GB/T 17670（石材统一编号）。

2仪器设备与校准

2.1主要设备

2.2仪器校准

TDWS-300压力试验机：试验前需用标准测力仪校准载荷示值，确保20%~90%量程内相对误差≤±1%；检查球形支座灵活性，保证试样均匀受力。

50mm引伸计：使用标准量块校准零点漂移，测试前空载状态下反复加载-卸载3次，确认示值稳定；粘贴于试样时需确保引伸计刀口与试样轴线平行，避免接触试样棱角导致测量偏差。

3试样制备与预处理

3.1试样数量

同一批次样品至少制备6个试样（1个预测试样+5个正式试样）。

3.2试样尺寸

常规尺寸：50mm×50mm×100mm长方体或Φ50mm×100mm圆柱体（尺寸偏差±1.0mm）。

大颗粒修正：若试样最大结晶颗粒粒径＞5mm，试样边长/直径调整为“10倍最大颗粒粒径”，高度为边长/直径的2倍（如最大颗粒粒径=8mm，则试样尺寸为80mm×80mm×160mm长方体或Φ80mm×160mm圆柱体）。

3.3表面处理

平面度与垂直度：受力面平面度＜0.1mm，与垂直轴偏差＜0.01rad（或每100mm≤1mm）；侧面光滑无突起，直线度偏差≤0.3mm。优先采用车床/表面研磨机械加工；仅当加工不达标时，用GB 175中52.5R水泥浆抹平并硬化，试验报告中需注明“水泥浆修补”。

各向异性处理：若石材具各向异性，试样轴向需垂直于各向异性主面；其他方向试验需另制相同试样，标注各向异性面方向（用两平行线标记）。

3.4试样处置

干燥：置于(65±5)℃鼓风干燥箱干燥48h，取出后放入干燥器冷却至室温（避免吸湿影响力学性能）。

传感器安装：5个正式试样侧面中心（沿轴线方向）各粘贴2个50mm引伸计（对称布置，减少偏心误差），预测试样仅用于测定破坏压力。

4试验步骤详解

4.1试样尺寸测定

用游标卡尺测量试样尺寸：

横截面：长方体测正方形中线边长（4次测量取平均），圆柱体测相互垂直直径（2次测量取平均），计算横截面积A（精确至0.1mm²）。

高度：沿轴线测量试样高度（精确至0.1mm）。

4.2高低压力值确定（预测试样）

按GB/T 9966.1测定预测试样的最大破坏压力Fmax，计算：

低压力值：Fu=2%Fmax；

高压力值：Fo=33%Fmax；

对应应力：σu=Fu/A，σo=Fo/A（单位：MPa）。

4.3循环加载与变形测定

4.3.1试样安装与系统调试

将试样置于TDWS-300试验机中心，上下托盘与试样充分接触（通过球形支座微调水平）；连接50mm引伸计与数据采集系统，调试引伸计零点及采样频率（建议10Hz，确保捕捉静态变形）。

4.3.2循环负载流程

加载阶段：以(0.5±0.2)MPa/s速率加压至σo，再以同速率卸载至σu；重复“加载-卸载”2次（共3次循环，取第3次数据计算，消除初始塑性变形影响）。

变形测定：每次循环至σu和σo后，需静置30s（确保变形稳定，见图2中A、B点），记录引伸计读数：

A点（低压强）：变形量ΔLu，应变εu=ΔLu/L（L=50mm为引伸计测试长度）；

B点（高压强）：变形量ΔLo，应变εo=ΔLo/L。

4.3.3破坏压力验证

第3次循环结束后，按GB/T 9966.1继续加载至试样破坏，记录最大破坏压力F'max。若|F'max-Fmax|/Fmax>20%，需在报告中说明“试样离散性较大，结果仅供参考”。

5试验结果计算与评定

5.1静态弹性模数计算

按公式(1)计算每个试样的Eb：

Eb=（σ0-σu）/（ε0-εu）

式中：σ0、σu为第3次循环的应力（MPa）；ε0、εu为对应应变（无量纲）。

5.2结果评定

取5个正式试样的Eb算术平均值作为最终结果，保留3位有效数字，单位：MPa。

剔除异常值：若单个试样Eb与平均值偏差＞15%，需分析原因（如试样缺陷、传感器粘贴偏差），必要时补做试验。

6试验报告编制要点

试验报告需包含以下核心信息（依据GB/T 9966要求）：

1.石材商业名称（按GB/T 17670编号）；

2.试样数量（6个）、规格尺寸（含是否修正）、表面处理状况（如“机械加工”“水泥浆修补”）；

3.实验室名称、地址及试验地点（若非实验室完成）；

4.负载力轴与各向异性面方向（如“轴向垂直于层理面”）；

5.试验标准编号（GB/T 9966.12—2021）；

6.每个试样的σu、σo（MPa），εu、εo，Eb（MPa）；

7.Eb平均值（3位有效数字，MPa）。

7注意事项与技术优势

7.1关键注意事项

引伸计粘贴：确保引伸计与试样轴线平行，粘贴面清洁无油污（可用酒精擦拭），避免接触试样边缘导致“虚假变形”；

加载速率控制：TDWS-300试验机需严格设定(0.5±0.2)MPa/s速率，过快易导致惯性误差，过慢可能因蠕变影响变形读数；

静置时间：A、B点静置30s不可省略，否则变形未稳定会导致εu、εo偏大，Eb偏低。

7.2技术优势

精度保障：TDWS-300球形支座自动调平，配合50mm引伸计（精度≥0.001mm），可消除试样偏载与微小形变测量误差；

效率提升：预测试样快速确定高低压力值，避免盲目加载；循环加载模式减少试样准备数量（仅需6个）；

适用性广：通过调整试样尺寸（如大颗粒修正），可覆盖花岗岩、大理石、砂岩等各类天然石材。

结论

采用TDWS-300型压力试验机与50mm引伸计联用，严格按照GB/T 9966标准要求操作，可准确测定天然石材静态弹性模数。该技术通过规范试样制备、仪器校准及加载流程，有效控制了试验误差，数据重复性良好，可为石材工程应用中的力学性能评估提供可靠依据。实际试验中需重点关注引伸计安装精度与加载速率控制，以确保结果准确性。

参考文献

[1]GB/T 9966.12—2021天然石材试验方法第12部分：单轴压缩条件下静态弹性模数试验[S].

[2]GB/T 9966.1—2020天然石材试验方法第1部分：干燥、水饱和、冻融循环后压缩强度试验[S].

[3]GB 175—2007通用硅酸盐水泥[S].