耐火材料的性能测试方法有哪些？

一、 物理性能测试

1. 体积密度与显气孔率

• 测试原理：基于阿基米德排水法，测定耐火材料的干重、饱水重、饱水悬浮重，计算体积密度（材料质量与总体积的比值）和显气孔率（开口气孔体积与总体积的比值）。

• 适用范围：所有致密耐火制品和轻质隔热耐火制品。

• 执行标准：国标 GB/T 2997-2000《致密定形耐火制品 体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法》。

2. 真密度与真气孔率

• 测试原理：利用氦气置换法，测定材料的骨架体积（排除所有气孔），计算真密度；结合体积密度，进一步算出真气孔率（开口 + 闭口气孔占比）。

• 特点：精度高，适合研究材料的纯固相特性。

3. 导热系数

• 稳态法：包括平板法、护热平板法，通过测定稳定传热状态下材料的温差、热流密度计算导热系数，适合中低温隔热材料测试。

• 非稳态法：包括热线法、激光闪射法，通过测定材料的瞬时升温过程计算导热系数，适合高温致密材料快速测试。

• 执行标准：国标 GB/T 5990-2020《耐火材料 导热系数试验方法（热线法）》。

4. 热膨胀系数

• 测试原理：采用热膨胀仪，测定材料在升温过程中的长度变化率，计算线膨胀系数（单位温度变化下的长度相对变化）。

• 关键参数：测试温度区间、升温速率，需记录室温至最高使用温度的膨胀曲线。

• 执行标准：国标 GB/T 7320-2017《耐火材料 热膨胀试验方法》。

二、 力学性能测试

1. 常温耐压强度

• 测试原理：在压力试验机上对规定尺寸的试样施加轴向压力，直至试样破坏，计算破坏时的平均应力。

• 试样要求：通常为 Φ50mm×50mm 或 40mm×40mm×40mm 的立方体试样。

• 执行标准：国标 GB/T 5072-2018《耐火材料 常温耐压强度试验方法》。

2. 高温抗折强度

• 测试原理：采用三点或四点弯曲法，在高温炉中对试样施加弯曲载荷，测定材料在高温下的抗断裂能力。

• 关键：需控制升温速率和保温时间，模拟实际服役的高温环境。

• 执行标准：国标 GB/T 3001-2017《耐火材料 常温抗折强度试验方法》（常温）、GB/T 3002-2017《耐火材料 高温抗折强度试验方法》。

3. 弹性模量

• 静态法：通过压缩或弯曲试验测定应力 - 应变曲线，计算弹性阶段的斜率。

• 动态法：采用超声波脉冲法，测定超声波在材料中的传播速度，换算得到动态弹性模量，精度更高且无损伤。

三、 高温使用性能测试

1. 抗热震性

• 水淬法：将试样加热至规定温度并保温，迅速放入常温水中冷却，反复循环至试样破损，记录循环次数；或测定每次循环后的强度损失率。

• 空冷法：加热后置于空气中冷却，适合模拟无水源的工业窑炉工况。

• 执行标准：国标 GB/T 30873-2014《耐火材料 抗热震性试验方法》。

2. 荷重软化温度

• 测试原理：在试样上施加恒定载荷（通常为 0.2MPa），同时升温，测定试样产生不同形变量（如 0.6%、4%）时的温度，该温度反映材料高温承载能力。

• 常用方法：示差 - 升温法，记录形变量与温度的关系曲线。

• 执行标准：国标 GB/T 5989-2020《耐火材料 荷重软化温度试验方法》。

3. 高温体积稳定性（重烧线变化）

• 测试原理：将试样加热至规定温度并保温一定时间，冷却后测定其长度变化率，正值为膨胀，负值为收缩。

• 意义：判断材料在高温下是否发生烧结或相变，直接影响窑炉衬体的完整性。

• 执行标准：国标 GB/T 2998-2015《定形耐火制品 重烧线变化试验方法》。

四、 抗侵蚀与抗冲刷性能测试

1. 熔渣侵蚀性

• 坩埚法：将熔渣装入耐火材料制成的坩埚中，高温保温后，测定坩埚的侵蚀深度、面积或失重率，适合静态侵蚀评价。

• 旋转侵蚀法：使耐火试样在高温熔渣中旋转，模拟动态冲刷 - 侵蚀耦合工况，更贴近实际窑炉使用场景。

2. 抗渣渗透性

• 测试原理：在高温下将熔渣与耐火试样接触，冷却后切开试样，观察熔渣渗透层的厚度，结合显微结构分析渗透机理。

3. 抗气流冲刷性

• 风洞冲刷法：利用高温气流携带固体颗粒（如焦炭粉、熟料颗粒）冲击试样表面，测定一定时间后的失重率或表面磨损程度，用于评价风口、烟道等部位耐火材料的性能。

五、 其他专项性能测试

1. 抗氧化性：针对含碳耐火材料（如镁碳砖），测定材料在高温氧化气氛下的失重率或强度损失率。

2. 抗水化性：针对镁质、钙质耐火材料，测定材料在潮湿环境或水中的水化程度（如增重率、强度变化）。