瓷砖 第23部分上釉和未上釉瓷砖、基材和釉层弹性模量的测定标准立项发展报告

瓷砖第23部分：上釉和未上釉瓷砖、基材和釉层弹性模量的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:CeramicTiles—Part23:DeterminationofElasticModulusforGlazedandUnglazedCeramicTiles,SubstrateandGlazeLayer摘要本报告旨在全面阐述国际标准ISO10545-23:2025《瓷砖第23部分：上釉和未上釉瓷砖、基材和釉层弹性模量的测定》的立项背景、核心内容、技术要点及行业发展影响。随着现代建筑对瓷砖性能要求的日益提高，尤其是其在高层建筑幕墙、大型公共设施及精密工业领域的应用，弹性模量作为衡量材料刚度、抗变形能力及结构稳定性的关键力学参数，其精确测定方法的重要性日益凸显。然而，长期以来，国际瓷砖行业缺乏针对釉层、基材复合体及单一组分的统一、标准化的弹性模量测试方法，导致产品设计、质量评价及工程应用中的数据可比性不足。该标准的制定，填补了国际标准化体系在瓷砖力学性能检测领域的空白。报告详细解读了该标准制定的研究方法、适用范围、测试原理（主要基于动态共振法或脉冲激励技术）、试样制备要求、测试程序及计算结果表达。结论指出，ISO10545-23:2025的发布将显著提升全球瓷砖产品力学性能评价的一致性和科学性，对推动高端瓷砖产品的研发创新、优化工程应用选材、促进国际贸易互认具有里程碑式的意义。该标准的实施也为后续相关产品标准的修订提供了技术支撑，引领行业向更高性能、更精细化方向迈进。关键词：弹性模量；瓷砖；ISO10545；动态共振法；釉层；基材；力学性能；标准化Keywords:ElasticModulus;CeramicTiles;ISO10545;DynamicResonanceMethod;GlazeLayer;Substrate;MechanicalProperties;Standardization正文一、引言现代建筑与装饰领域，瓷砖已从单一的内外墙面覆盖材料，演化为兼具美学、功能与结构性的复合型建材。特别是大规格薄板瓷砖、陶瓷薄板以及用于建筑外立面保温装饰一体化系统的瓷砖产品，其在实际应用中不仅要承受静态荷载，更要应对风压、温度应力、振动等动态环境因素的考验。在此背景下，材料抵抗弹性变形的能力——弹性模量（又称杨氏模量），成为评估产品刚度、抗开裂性能及长期服役安全性的核心力学指标。然而，在ISO10545系列标准体系中，此前已涵盖吸水率、弯曲强度、断裂模数、热稳定性、耐磨性等众多性能测试方法，唯独缺少对弹性模量的标准化测定规程。这种缺失直接导致了行业内测试方法的混乱，如采用三点/四点弯曲法需精确测量变形量（存在易引入误差的夹持与滑移问题），或采用超声波法受限于试样形状与厚度等。尤其对于具备釉层与基材复合结构的瓷砖产品，如何分别精确测定整体、基材以及薄层釉质的弹性模量，更是技术难点。ISO10545-23:2025的发布，正是为了系统性解决上述问题，为全球瓷砖行业提供一套权威、统一、可操作的测试技术规范。该标准于2025年7月25日由国际标准化组织（ISO）正式发布，标志着瓷砖力学性能检测技术进入了一个新的标准化阶段。二、标准制定背景与必要性2.1行业技术发展趋势近十年来，瓷砖制造业呈现出“大、薄、轻、高强”的发展趋势。陶瓷薄板厚度可低至3-5mm，单片面积超过3平方米。这类产品对基材的均匀性和抗变形能力提出了极高要求。与此同时，数码喷墨釉料与特殊功能釉层（如自洁、抗菌、防滑）的广泛应用，使得釉层的微观结构与力学性能对产品整体性能的影响日益显著。准确评估不同组分（基材、釉层）的弹性模量，成为优化产品配方、改进烧结工艺、建立产品性能预测模型的关键技术路径。2.2现有标准体系的空白在ISO10545系列标准中，ISO10545-4规定了断裂模数和弯曲强度的测定，但此方法在计算弹性模量时，通常假设材料为线性、均质且各向同性，而对于复合结构的瓷砖，这种方法无法分离出基材和釉层的各自贡献。同时，传统的静态弯曲法在测量小变形（尤其是高弹性模量材料）时，易因引伸计分辨力限制、支座沉降或试样滑移而导致较大误差。国际标准体系中，虽然存在通用的ISO12680-1（耐火材料弹性模量测定）或ASTMC1198等标准，但均非专门针对陶瓷砖复合结构设计，缺乏对釉层厚度、试样尺寸、湿度和温度条件的特定规定，导致不同实验室间的测试结果重复性和再现性较差。2.3国际贸易与市场准入需求随着“一带一路”倡议的深入以及全球建筑市场的互联互通，瓷砖产品跨国贸易量持续增长。部分国家和地区已将对弹性模量等力学参数的要求纳入工程验收规范或高端产品认证体系中（如LEED、BREEAM等绿色建筑评估体系）。一个国际公认的测试标准，能够有效消除贸易壁垒，为优势企业（尤其是生产高强度、低变形率产品的企业）提供技术背书，简化产品出口认证流程。我国作为全球最大的瓷砖生产国和消费国，主导或参与此类关键标准制定，对于提升我国产业国际话语权至关重要。三、标准核心内容与技术要点3.1适用范围本标准（ISO10545-23:2025）规定了用于测定上釉和未上釉陶瓷砖、其基材以及釉层弹性模量的试验方法。它特别适用于通过动态共振法来确定材料在弹性范围内的刚度特性。该标准适用于室温下进行测试，涵盖各类烧成的陶瓷砖制品。3.2测试原理与方法本标准推荐的核心方法是动态共振法（DynamicResonanceMethod），亦称脉冲激励技术（ImpulseExcitationTechnique,IET）。*原理：通过对具有规则几何形状（如矩形截面长方体）的试样施加一个微小的机械冲击（例如使用特定材料的小球或小锤敲击），激发试样自由振动。通过一个高灵敏度的麦克风或加速度传感器拾取其特有的共振频率（基频）信号。*计算：根据弹性力学理论，材料的弹性模量（E）与其固有频率（f）、几何尺寸（长度L、宽度b、厚度t）、质量（m）及边界条件之间存在确定的函数关系。标准中给出了由共振频率反算弹性模量的精确公式。*优势：该方法属于非破坏性测试，操作相对简单，对试样形状要求较低（但要求精确测量尺寸和质量），且能同时测定剪切模量（通过扭转振动模式）和泊松比。对于薄层结构，通过复合梁理论可以分离出基材和釉层的模量。3.3试样制备*基材试样：应从成品瓷砖的基体部分完整切割或加工，确保无釉层残留，尺寸（如长宽比、厚度）需满足共振频率清晰可辨的要求。*整体试样：保持原有釉层，测试产品的整体弹性模量。*釉层性能推断：标准提供了通过测量裸基材和带釉整体试样的共振频率，利用复合梁力学模型（基于材料力学中的层合板理论）反演出釉层弹性模量的计算方法。此技术点要求基材和釉层的厚度比应满足一定的范围，以确保计算结果的收敛性和准确性。3.4试验条件与精度控制*环境条件：标准明确规定试验应在标准实验室条件下进行（如温度23°C±5°C，相对湿度50%±20%），以减少环境对材料微观结构的影响。试样在测试前需在标准条件下至少保养24小时进行状态调节。*安装支撑：试样必须被放置在能够模拟自由-自由边界条件的节点支撑点上（通常选择弹性细线悬挂或软海绵支撑在理论振动节点位置），以保证振动的独立性。*精度要求：对长度、宽度、厚度的测量精度要求达到0.01mm，质量测量精度0.01%，共振频率读取精度0.1Hz。*报告内容：标准要求报告应详列试样的来源、制备方式、测试环境温度湿度、实测共振频率、计算的弹性模量值（以GPa为单位）及不确定度分析。对于釉层模量，还需报告基材和整体的相关参数及计算模型选择。3.5扩展性与关联性该标准的制定不是孤立的。它与ISO10545-4（弯曲强度/断裂模数）互为补充：断裂模数提供材料的极限强度，弹性模量提供材料在低应力下的刚度行为，两者结合可全面评估材料的力学性能和脆性程度。此外，该标准也为未来修订其他性能标准（如抗冲击性、抗热震性）提供了更精确的材料物理参数输入。四、主要参与单位与标委会介绍国际标准化组织陶瓷砖技术委员会（ISO/TC189）ISO10545-23:2025标准的制定工作主要由国际标准化组织陶瓷砖技术委员会（ISO/TC189）承担。ISO/TC189是全球陶瓷砖领域标准化活动的最高技术机构，其秘书处由西班牙标准化协会（UNE）承担。核心参与单位简介：西班牙陶瓷技术研究所在ISO/TC189框架下，西班牙陶瓷技术研究所（InstitutodeTecnologíaCerámica,ITC）是该标准制定的主导技术研究机构。ITC成立于1969年，总部位于西班牙卡斯特利翁省（Castellón），隶属于海梅一世大学（UniversitatJaumeI）及陶瓷行业协会。卡斯特利翁是欧洲乃至全球最重要的瓷砖产业集群地之一，ITC在此背景下应运而生，成为世界领先的陶瓷技术研发与标准化中心。1.技术实力与研究专长ITC拥有世界一流的材料分析实验室和中试生产线，专注于陶瓷材料从原料表征、配方设计、烧成工艺到产品性能评估的全链条研究。其在陶瓷力学性能测试方法开发领域拥有超过40年的积累，特别是在动态共振法、声发射技术及有限元模拟方面的研究处于全球领先地位。ITC的科学家们主导并验证了若干关键测试参数（如试样最佳长厚比、不同支撑方式的影响修正因子），并克服了从复合振动信号中分离釉层特征频率的数学计算难题，为标准的定量化和可操作性提供了坚实的技术基础。2.标准化工作的引领作用ITC的专家长期担任ISO/TC189技术委员会的重要职务，如WG3（试验方法工作组）的负责人。他们不仅领导了ISO10545-23的起草、草案讨论和实验室间比对（RoundRobinTest）工作，还积极参与其他如抗冻融、抗化学腐蚀等标准的修订。ITC的标准化战略强调方法应具备“精确、重复、便捷”的特性，从而确保该标准既能被高端研发机构采用，也能为全球各地的质量控制实验室所使用。3.对我国建材行业的启示ITC的成功模式为我国的建材科研机构与龙头企业提供了极具价值的范本。我国拥有如咸阳陶瓷研究设计院、中国建材检验认证集团（CTC）等一批国家级检测中心，以及马可波罗、东鹏、诺贝尔等强大的企业研发力量。未来，通过深化“政-产-学-研-用”协同，积极参与ISO/TC189的活动，主导更多关键测试方法标准，是提升我国在国际陶瓷贸易中技术话语权的必由之路。ITC与我国的相关机构（如全国建筑卫生陶瓷标准化技术委员会）保持长期紧密合作，共同推动了多项国际标准的提案与修订。五、结论与展望ISO10545-23:2025《瓷砖第23部分：上釉和未上釉瓷砖、基材和釉层弹性模量的测定》的正式发布，是国际陶瓷砖标准化历史进程中的一个重要里程碑。它成功地将动态共振法引入瓷砖力学性能检测领域，巧妙地解决了复合陶瓷结构（基材+釉层）中不同组分弹性属性测定的技术瓶颈。结论1.填补了国际空白：该标准的出台，完善了ISO10545系列标准在力学性能参数测试上的完整性，使之从静态强度评价（ISO10545-4）扩展至弹性刚度评价，形成了更全面的力学性能度量体系。2.提升了测量精度：动态共振法相较于传统静态方法，避免了位移传感器误差和试样滑移问题，且能同时获得多种弹性常数，极大提高了测试结果的准确性和可重复性。3.提供了关键工程参数：弹性模量值的标准化获取，为幕墙工程师、结构设计师在产品选型、抗风压计算、结构胶相容性分析及有限元模拟中提供了关键的输入数据，使得大规格陶瓷板在高层建筑中的应用更加安全可靠。4.促进了产业创新：标准的发布激励了材料研发人员更系统性地研究配方体系（如高铝质、硅质基料）与弹性模量的关系，以及釉层成分对整体刚度的影响，为开发具有超高刚性或特定柔性（如柔性陶瓷板）的创新产品提供了量化的评价工具。展望未来尽管ISO10545-23:2025提供了卓越的测试范式，但随着陶瓷材料的发展，未来标准化工作仍面临新的挑战与机遇：1.测试方法与应用场景的细化：未来的标准化工作可能会细化针对更薄（<2mm）、更大或曲面的陶瓷薄板，开发无接触式的激光测振动态测试方法，以适应新型板材的几何特点。同时，可拓展至高温或低温环境下的弹性模量测定，以满足极端环境下的应用需求。2.与其他标准的整合与互认：该标准有望被其他国际建筑规范（如欧洲规范Eurocode中的指定部分）直接引用作为材料性能的合格判定依据。同时，ISO/TC189将推动该标准与产品性能标准（如抗风压能力分级）的关联，建立直接从“实验室模量值”到“系统抗变形能力”的换算模型。3.数字化转