[发明专利]一种耐火材料抗剪切测试设备及试验方法

说明书

本发明属于耐火材料力学检验技术领域，涉及一种剪切测试设备及试验方法。涉及的一种耐火材料抗剪切测试设备包括试样、压力机、底座和竖向加压系统、试样固定系统、侧向加荷和力值测量系统；竖向加压系统包括压头支架和压头，压头支架固定于底座上；压头侧切面呈梯形；试样固定系统由外壳、上压板、下压板、挡板组成；固定系统下压板与试样间设有一小厚度柔性层；固定支架前端板和后端板均开有装样孔。本发明符合剪切试验理论模型，使得测试结果更准确；同时可通过侧向加荷系统改变水平载荷，可以得到多组包含剪切强度、侧向载荷和应变的测量数据，从而可以得到试样的粘聚力和内摩擦角，也可通过改变侧向载荷增量拟合莫尔强度包络线。

技术领域

本发明属于耐火材料力学检验技术领域，具体涉及一种剪切测试设备及试验方法。

背景技术

耐火材料作为众多高温工业的基础，广泛应用于钢铁、有色、石化等多个领域，主要用于各种高温窑炉、烟道、蓄热室等热工设备的砌筑。作为高温环境下提供机械强度的部分，工作层耐火材料会受到多种力的作用，所以力学检测是耐火材料检测中十分重要的部分。在现行检验标准中，关于各类耐压、抗折、抗拉以及耐火泥浆的粘结强度已经有充分的描述规定，或有相近标准参照执行，但在GB 5024.4-1985《耐火泥浆冷态抗剪粘结强度试验方法》废止后，作为力学性能中非常关键的抗剪切强度的检测已经没有对应的标准，也无法通过标准方法对材料内部的粘聚力和内摩擦角进行界定，而且在冷热交替的环境下，剪切力与抗热震性能有所关联，所以有必要对耐火材料的抗剪切性能进行研究。

目前建筑、有色和有机化学行业常使用三轴压缩剪切或直接剪切对土体、岩体、有机材料和一些糊类材料进行检测分析，常用的土体试验仪器受限于结构，对于软质或半软质的材料适用性较强，无法充分应对脆性高强度的耐火材料，而目前适用于岩石剪切的试验机多采用平推法，设有竖直方向和水平向两个液压缸，与耐材材料实验室常用单向液压机有较大区别，专利CN 110579397 A采用了单向液压机进行双面剪切试验，可适应大强度脆性材料的检测，但欲使剪切块在不受摩擦力影响下载剪切槽内移动，剪切块与剪切凹槽之间必然有一定的间隙，这个间隙会导致仪器施加的剪切力产生力矩，与试验模型有所偏离。而且不同于土体或岩体可以使用模具或机械加工控制试样表面的平整度，部分耐火材料受限于自身可加工性或加工手段，无法保证大面积平整度，所以采用剪切块以面接触形式加压时，有可能由于受力面平整度不足导致试验失败。

陶瓷行业多使用基于均质材料和小尺寸试样的单侧剪切试验，而耐火材料是由骨料和基质结合而产生强度，样品尺寸不能过小，否则会出现取样偏差造成测试结果无代表性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种耐火材料抗剪切测试设备及试验方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种耐火材料抗剪切测试设备，设备包括试样、压力机、底座和竖向加压系统、试样固定系统、侧向加荷和力值测量系统；

所述试样材质为耐火材料，截面积尺寸使用耐火材料标准常用的40mm×40mm或25mm×25mm，截面尺寸不小于临界粒度的四倍，以满足耐火材料小尺寸区域不均匀的特性，试样伸出固定系统部分长度不小于40mm，定型耐火材料以原砖面作为底面进行试验，不定形耐火材料以成型时的侧面作为底面；

所述底座下表面平整，上表面开有燕尾槽凹槽用于调整固定系统水平方向位置，可在试验过程中控制压头直接产生的压力与承载力间的距离，保证试验与理论的符合度，所得数据更为真实；

所述竖向加压系统包括压头支架和压头，压头支架固定于底座上，在未加压时通过吊杆和弹簧确定压头高度，压头和压头支架通过V形槽和压头侧部V形块紧密配合，保证压头运动方向始终保持竖直；

所述压头侧切面呈梯形，压头宽度大于固定支架前端板装样孔10~20mm，保证压头在剪切过程中的位置，在未加压状态下刀口高度高于样品上表面高度，压头与试样间有一小厚度柔性层，用于补偿样品表面平整度；