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耐火保温材料结构力学特性

文章出处:未知 人气: 发表时间:2019-12-09 16:22
耐火保温材料结构力学特性,耐火材料的力学性质是指制品在多种条件下的强度等力学指标,该指标表征制品抵抗因外力作用而产生的各种应力形变而不被破坏的能力,无论是常温或是在使用条件下,耐火制品都会因受到各种外界作用力如压缩力、拉伸力、弯曲力、剪切力、摩擦力或撞击力的作用而变形及至损坏,因此检验不同温度条件下的耐火材料的力学性质,对于了解它抵抗破坏的能力,探讨它的损坏机理、寻求提高制品质量的途径、办法具有极重要的意义,耐火制品的力学性质指标包括耐压强度、抗拉强度,抗折强度、耐磨性、弹性模量和高温蠕变等等,但我们通常检验的是样品在不同温度条件下的耐压强度,抗折强度、粘结强度及高温蠕变率等指标。
 
一、耐压强度
1.常温耐压强度
耐火材料常温耐压强度的定义是在室温下,耐火制品试样单位面积上所能承受而不被破坏时的极限压应力。计算公式如下:
CS=
式中CS耐火制品试样的耐压强度,MPa;
F—直至试样被破坏为止的最大压力,N;
A——试样承受载荷的截面积,m㎡。
耐火制品的常温耐压强度对于该制品的生产、运输、使用性能都有极大的影响,而且在多数情况下,也直接地影响到使用寿命,由此我们都希望制品达到较高的耐压强度值,常见耐火制品的常温耐压强度范围见下图。
耐火材料 
2.高温耐压强度
耐火材料高温耐压强度的定义是耐火制品试样在指定的高温条件下,单位截面积所能承受而不被破坏的极限压应力。计算公式如下:S=
式中
s——耐火制品试样的高温耐压强度,MPa;
P—直至试样被破坏为止的最大压力,N:
A1、A2——试样上、下受压面积,mm²。
耐火制品的高温耐压强度决定了该制品的使用范围,它是耐火材料应用选择的重要依据之一。常见材质的耐火制品的高温耐压强度见下图所示。
耐火材料 
高温耐压强度指标对不烧耐火制品和不定形耐火材料更具有重要意义。因为这些材料一般部加入一定数量的结合剂或外加剂,其常温的结合方式及强度随着温度的升高将产生变化,它们在工作温度下能否满足使用要求,需靠此项指标验证。常用耐火混凝土高温耐压强度指标见下表。
耐火材料 
二、抗折强度
1.常温抗折强度
耐火材料常温抗折强度的定义是在室温下,规定尺寸的长方体试样在三点弯曲装置上被压弯而不折断时所能承受的极限应力。计算公式如下:Rr=
式中
R-耐火制品的抗折强度,MPa;
一试样断裂时的最大载荷,N;
L—支撑辊间的距离,mm;
b——试样中部的宽度,mm;
h——试样中部的厚度,mm。
耐火制品的常温抗折强度与耐压强度之间的关系如图1-13所示,一般来说常温耐压强度较高的制品其常温抗折性能也较好。
耐火材料 
三、粘结强度
粘结强度主要是表征不定形耐火材料在各种温度及特定条件,主要是使用条件下的强度指标。不定形耐火材料由于没有外力作用下的强制成型排气过程,它所具有的抗压、抗折、抗剪等能力,均来自于其本身所具有的结合性能,这包括材料本身所具有的分子间力、氢键力、化学结合力、陶瓷结合力等。
 
粘结强度的检测原理同其它耐火材料的强度指标检测原理是相同的,只是要附加上特定的外界作用条件。如在某种温度下的抗压强度、抗折强度或抗剪强度等。它们的表示单位均用Pa,常用耐火生粘土泥浆的粘结强度指标见下表。
耐火材料 
 
四、高温蠕变性
耐火材料制品在使用中通常都是受到各种外界因素的同时作用。多种因素综合作用的结果,往往使耐火材料制品较快地发生变化甚至被破坏,恒定温度、恒定荷重(小于极限强度),长时间作用于耐火制品,必然使其产生塑性变形,并且其变形量将随时间的延长而逐渐增加,高温蠕变性即是指材料在上述条件作用下,其形变与时间的关系,一般用变形率与时间的关系曲线或蜻变速率来表示,由于施加荷重的方式不同,可分为高温压缩蜻变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变和高温扭转蠕变等,其中我们最常做的是高温压缩蠕变。高温压缩蠕变速率的计算公式如下:P=×100
 
式中
P——耐火制品试样的高温压缩端变率,%;
In------试样恒温x小时后的高度mm;
L-试样恒温开始时的高度,mm;
Ln——试样恒温原始高度,mm。
 
由于耐火材料在高温、荷重条件下的形变量及时间一形变曲线,是随着材质、升温速率、恒温温度、荷载大小等诸多因素的变化面变化的,而且差异极大。因此对于不同材质的不同制品,根据其使用条件的不同,单独规定其高温蝎变试验温度等条件要求,低端变莫来石砖的高温蠕变指标、两种磷酸结合耐火混凝土的高温蠕变曲线见下图。
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