耐火材料 常溫劈裂拉伸強度試驗方法 編制說明

2《耐火材料常溫劈裂拉伸強度試驗方法》編制說明根據國標委[2024]32號文件“國家標準化管標準計劃及相關標準外文版計劃的通知”以及全國耐火材料標準化技標準化技術委員會試驗方法分技術委員會執(zhí)行，全國耐火材考察了常溫劈裂抗拉強度測試方法的穩(wěn)定性與測試精度。基于試驗研究結果分析，按照GB/T完成了《耐火材料常溫劈裂拉伸強度試驗方法》國家標準征求意3情況。因此，復合應力條件下耐火材料拉伸強度測試更經前期調研與檢索，國標中現(xiàn)有關于耐火材料常溫/高溫抗拉強度試驗方法（GB/T34219—2017、GB/T34220—2017），所采用的均為直接拉伸試驗。另外，地質礦產行業(yè)標準DZ/T0276.21—2015以及國標GB/T23561.10—2010所述為巖石以及煤劈裂拉伸強度試驗，與擬制定標準方法原理相同，但兩者試樣、試驗裝置及試驗流程均有不同。美國材料試驗協(xié)會（ASTM）現(xiàn)有針對混凝土以及巖心材料的劈裂抗拉強度測試標準：C496/496M-17以及D3967-16?？傊?，目前尚無相關針對耐火材料劈裂抗拉強度試驗方法的國家標準、國際ISO及ASTM等標準。耐火材料具有高氣孔率、高非均質性以及多界面等特性，服役環(huán)境也不同于巖石等材料，故現(xiàn)行標準成套方法并不適料生產方和使用方，因此準確、規(guī)范、使用、發(fā)3)本標準按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起44)對標準內容進行了技術參數(shù)的試驗確認，基于我國耐火材料現(xiàn)有標準體系現(xiàn)狀及標準標準推薦使用圓弧夾具。如試驗中使用其他尺寸或形式圖1常溫劈裂拉伸強度試驗方法及夾具示意圖5本標準中采用圓柱劈裂試驗方法測定常溫劈裂拉伸強度，該方法最早由Carneiro于1943可靠等特點，屬于間接拉伸試驗方法之一。圓柱劈裂試驗通過對圓盤/柱試樣圓弧面沿直徑方布如圖2所示。從用途與原理可知圓柱劈裂試驗方法可行的兩個關鍵要點為：1）有效的拉伸損毀：應力分布滿足要求，可由壓縮外載荷實現(xiàn)拉伸損傷，而非加載點局部壓縮損傷；2）所圖2圓柱劈裂拉伸試驗試樣內混合應力分布示意圖在垂直徑向壓縮載荷下，圓柱試樣兩半分別往相反方向產生水平位移（圖3b），加載點承受壓縮應力而中心區(qū)域則為拉伸應力（圖3c），合適的壓縮應力/拉伸應力比值是確保試樣近（圖4）。由于混合應力的存在，本標準采用圓柱劈裂試驗所測劈裂拉伸強度要高于直接拉6圖3圓柱劈裂試驗數(shù)值模型（a）、水平位移（b）和應力分布（c）[1]圖4圓柱劈裂試驗與直接拉伸試驗結果對比：位移-載荷曲線（a）和拉伸強度（b）火材料與鋁鎂質等不定型耐火材料圓柱劈裂拉伸試驗載荷下的拉伸損傷行為及強度都已見相采用直徑50mm，高度10mm～25mm的試樣尺寸，以位移控制穩(wěn)定7人的研究可以得出以下普適結論：試樣高/徑比未對拉伸強度結果的統(tǒng)計分布產生顯著影響，（圖5如平板加載、圓弧加載、軟墊片加載等，其中圓弧加載與軟墊片的使用有利于減少樣半徑比決定）對于裂紋萌發(fā)位置以及試樣內壓/拉雙軸應力比具有決定性作用，后者隨著接方可支持徑向壓縮載荷形成水平方向拉伸破裂，而耐火材料耐壓強度通圖5圓柱劈裂試驗典型加載模式匯總[2]8主流的仍然是經典圓盤劈裂試驗，故本編制說明對相關變體研究不做贅述。方法標準化方面，與巖心材料（D3967-95a）提出了標準化試驗方法及拉伸強度計算公式。我國地質礦產行業(yè)亦有相關采用圓盤劈裂試驗測試巖石拉伸強度的試驗規(guī)程。表1為最為廣泛采納的ISRM與對圓柱劈裂法測試試樣、測試流程與加載夾具等規(guī)定有明顯不同。因此需結合耐火材料特點，進一步形成適用于本領域的劈裂拉伸強度標準試驗表1圓柱劈裂試驗：ISRM與ASTM標準對比∕∕∕∕∕∕∕[1]Yuan,R.,Shen,B.(2017).NumericalmodellingofthecontactconditionofaBraziliandisktestanditsinfluenceonthetensilestrengthofrock.Int.J.RockMech.Min.Sci.,93,54-65.[2]Yu,J.,Shang,X.,Wu,P.(2018).InfluenceofpressuredistributionandfrictionondeterminingmechanicalpropertiesintheBraziliantest:Theoryandexperiment.Int.J.SolidsStruct./10.1016/j.ijsolstr.2018.11.002分別從無明顯取向特性的標準高鋁耐火磚中心和邊沿位置平行和垂直成型方向鉆取直徑9樣破損，記錄位移-載荷曲線與力學參數(shù)（圖6和表2）。所測試樣載荷隨位移線性上升圖6耐火材料試樣代表性位移-載荷曲線表2試樣最大載荷與劈裂拉伸強度結果標號最大載荷/kN峰值位移/mm劈裂拉伸強度/MPa加載方向⊥成型方向V-E-10.435.76V-E-20.435.98V-E-30.435.87V-M-10.445.63V-M-20.435.55V-M-30.435.76Average11.30±0.300.43±0.0045.76±0.16加載方向∥成型方向P-E-10.445.95P-E-20.446.25P-E-30.435.96P-M-10.425.87P-M-20.436.53P-M-30.395.30Average11.73±0.800.43±0.0195.98±0.41的耐火材料圓柱劈裂拉伸試驗發(fā)現(xiàn)兩者均可實現(xiàn)拉伸損毀并測得劈裂拉伸強度（圖7）。在兩較小。結合致密耐火材料拉伸強度/峰值位移范圍與已有慣例，綜合考慮力學測試時長和斷裂過程穩(wěn)定性，標準優(yōu)先推薦位移控制加載模式以及0.1mm/min加載速度。如測試中使用其他表3不同應力率下試樣劈裂拉伸強度載荷速度試樣最大載荷Fmax/kN位移/mm強度σt/MPa0.008MPa/s10.526.2620.557.3630.516.29平均13.06±1.170.53±0.016.64±0.510.01MPa/s10.5320.506.0330.456.29平均12.73±1.150.50±0.036.49±0.470.015MPa/s10.476.3720.476.1030.506.32平均12.34±0.260.49±0.026.16±0.210.02MPa/s10.515.8420.495.3030.546.15平均11.33±0.840.52±0.035.76±0.43圖7位移控制與應力控制對比樣，并采用圓弧夾具開展圓盤劈裂拉伸試驗，記錄斷裂全過程試樣位移-載荷力學曲線、數(shù)碼骨料較大的耐火材料，直徑50mm和厚度50mm的試樣尺寸亦可使用，但需在報告中圖8試樣厚度對于斷裂過程的影響圖9試樣厚度對力學性能的影響：位移載荷曲線（a力學參數(shù)目前，圓弧與平板夾具在國內外規(guī)程中都有使用和推薦，均可測得劈裂拉伸強度。圖10軟墊片，并在報告中說明，且不可直接將結果與采用圓弧夾具圖10圓?。ㄉ希┘捌桨澹ㄏ拢A具加載條件下試樣裂紋擴展過程項目團隊對于近十種耐火材料開展了相關預實驗，均可獲得有效且穩(wěn)定的劈裂拉伸強度數(shù)據。多孔陶瓷耐火材料拉伸強度與損毀機理（圖11）。除常見耐火材料外，針對性設計后方法可圖11圓盤劈裂拉伸試驗的廣適性應用：典型耐火材料（a）、復合耐火材料（b）、多孔陶瓷耐火材料（c）和輕量耐火材料（d）圖12圓盤劈裂拉伸試驗對取向材料的可用性：耐火材料砌體（a）和鎂碳耐火材料（b）對比試驗選用黏土磚和鋁鎂質澆注料為對象，其中黏土磚為市售產品，組分含量如下：表4鋁鎂質澆注料組分565水鋁鎂質澆筑料首先按照配料表稱取原材料，在攪拌鍋中干混3min，接著向干混合物中添加mm且平行度和垂直度滿足以下要求的圓盤試樣：任何兩點的高度差不超過0.2mm，試樣柱面與垂直角尺之間的間隙不應超過0.5mm，必要時建議采用雙面磨。最終，將加工好的試樣推薦的試驗機量程為50kN～100kN，具備自動記錄功能。配用的劈裂拉伸強度進行統(tǒng)計分析，計算其平均值和標準差，詳見表5和表6所示。隨后，按照GB/T6379.6—2009GB/T6379.6—2009測量方法與結果的準確度(正確度與精密度)的要求，進結果表明，曼德爾檢驗結果hi和ki均小于5%臨界值，說明數(shù)據無突變，不存在岐離值表5實驗室比對結果統(tǒng)計表：定形耐火材料實驗室編號試件編號載荷/kN粘接抗剪強度/MPa平均值/MPa標準差L116.903.523.910.33827.874.0138.104.1347.053.5958.424.29L216.963.553.680.29427.353.7538.174.1646.803.4656.813.47L317.803.973.960.32424.1536.733.4347.763.9558.394.28L418.044.103.900.36027.433.7937.363.7548.614.3956.773.45L517.833.993.790.25928.014.0836.973.5547.553.8556.873.50表6實驗室比對結果統(tǒng)計表：不定型耐火材料實驗室編號試件編號載荷/kN粘接抗剪強度/MPa平均值/MPa標準差L1146.4323.6623.30225.03341.3421.06444.5822.72547.1724.04L2143.7222.2821.712.258243.45337.98438.84549.0024.97L3141.2621.0222.532.268248.4724.70348.1724.55444.9722.91538.21L4147.9524.4323.41240.6120.69347.8924.40445.0822.97548.2124.57L5148.6024.7622.68243.2222.02344.1922.52442.8321.82543.7522.29表7試驗結果統(tǒng)計分析與檢驗：定形耐火材料實驗室編號L1L2L3L4L5平均值3.913.683.963.903.79標準差0.3380.2940.3240.3600.259曼德爾檢驗0.55-1.520.990.45-0.47臨界值1%5%結論合格，不存在岐離值和離群值0.930.82臨界值1%5%結論合格，不存在岐離值和離群值柯倫克檢驗統(tǒng)計量C0.258臨界值1%0.6965%0.598結論合格，不存在岐離值和離群值表8精密度計算結果：定形耐火材料實驗室數(shù)結果數(shù)平均值,MPa重復性方差,Sr2重復性標準再現(xiàn)性方差,SR2再現(xiàn)性標準差,SR553.850.1000.3170.1000.317表9試驗結果統(tǒng)計分析與檢驗：不定型耐火材料實驗室編號L1L2L3L4L5平均值23.3021.7122.5323.4122.68標準差2.2582