CN109521044A - 一种测量砖的烧制温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量砖的烧制温度的方法，其中，包括步骤：获取砖体并磨平；测量砖体在不同温度下的磁化率，得到磁化率‑温度图；计算两个相邻温度下砖体磁化率的变化，得出磁化率变化‑温度图；通过磁化率变化‑温度图横、纵坐标的变化，判断砖体的烧制温度。本发明测量砖的烧制温度的方法，操作简单，对砖体的质量和尺寸无要求，可定量化测得砖的烧制温度且误差小。

Description

一种测量砖的烧制温度的方法
技术领域
本发明涉及砖的烧制温度测量技术领域，尤其涉及一种采用磁化率测量砖(尤其是古砖)的烧制温度的方法。
背景技术
国内外有大量以粘土砖为建筑材料的古建筑遗留至今。目前，这些古建筑大都成为文物保护单位，然而很多古建筑中的古砖在多年自然营力作用下正遭受着严重的风化破坏，亟待修复和保护。砖体的烧制温度决定了砖的物理力学性质以及抗风化能力。
许多专家根据不同烧制温度下砖体的物理化学性质不同，提出了以下测量砖体烧制温度的方法。第一，不同烧制温度下砖体中化合物和矿物成分及含量的有差异，所以一般黄色古砖的烧制温度低于红色古砖。第二，烧制温度越高的粘土砖，其玻璃化程度越高，故利用扫描电镜SEM观察粘土基质烧结和玻璃化程度来估算粘土砖的烧制温度。第三，不同烧制温度砖体的热膨胀系数不同，故可以利用热膨胀系数确定形状规则的砖体的烧制温度。第四，不同烧制温度下砖体中伊利石中间层的厚度不同，可利用X-射线衍射方法测量伊利石中间层的厚度从而估算砖体的烧制温度。
然而，以上确定砖体烧制温度的方法有诸多不足之处。第一，上述方法对所确定的烧制温度范围有限制，比如不同烧制温度热膨胀系数不同的方法只适用于测算烧制温度范围为500℃～1200℃的砖体，烧制温度太高或太低都无法测得。第二，上述方法对待测试样品的质量或几何尺寸有高精度的要求，甚至需要专门设备进行样品制备工作，并且测试砖体烧制温度需要一些大型、昂贵、专业的仪器设备，一般只有专门的实验室才有这些设备。第三，上述方法只能根据某种特征矿物推测砖体烧制温度高于(低于)某一温度，或者比较两块砖体烧制温度的大小，难以测算出砖体的具体烧制温度。
由于在焙烧时，粘土块内的矿物经历特征性反应，例如脱羟基化，分解和转化。其中，烧制温度影响矿物的变化程度。高温烧制会造成粘土块/砖原生矿物的破坏和新生矿物的增长，并且粘土砖温度上述矿物变化过程不会因而逆转。上述矿物变化过程会改变粘土砖的磁性。因此可以通过测量粘土砖的磁性来测量其烧制温度。但是，现有技术中还缺少一种可定量化且误差小的测量砖烧制温度的方法。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过测量砖体在不同温度下的磁化率来测算砖体烧制温度的方法，可定量化测得砖的烧制温度且误差小。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种测量砖的烧制温度的方法，其中，包括：
步骤S100、获取砖体，将需要测量的砖体表面磨平；
步骤S200、预估砖体烧制温度的范围[T,T’]，将一组砖体置于高温炉中，并升温至T，稳定一段时间后降至室温，测量砖体的磁化率，获得砖体在温度T下的磁化率值；之后每次增加温度间隔ΔT，重复上述升温、降温和测量磁化率的步骤，直至温度达到T’，获取这组砖体在相应温度下的磁化率值，得到磁化率-温度图；
步骤S300、计算步骤S200所获得的两个相邻温度下的磁化率的变化，得出磁化率变化-温度图；
步骤S400、根据步骤S300得到的磁化率变化-温度图，分析横、纵坐标的变化，判断砖体的烧制温度。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S200具体包括：
步骤S210、假定砖体的可能烧制温度范围为[T,T’]；
步骤S220、将一组砖体放入高温炉中，保证砖体之间间距大于5cm，记录每个砖体的编号及其在高温炉中对应的位置；
步骤S230、将高温炉由室温升温至T，并稳定保持20～30小时；
步骤S240、关闭高温炉电源，待高温炉中的砖体达到室温后取出该组砖体；
步骤S250、使用磁化率测量仪对该组砖体一一进行测量，得到该组砖体中每一块砖体在对应温度下的磁化率，得到这组砖体在相应温度下的磁化率，得到磁化率-温度图；
步骤S260、将高温炉由室温升温至T+ΔT，并稳定保持20～30小时，然后重复步骤S240和步骤S250；
步骤S270、将上述步骤S230、步骤S240和步骤S250作为一个循环，之后每次将温度增加ΔT，重复这一循环，直至温度达到T’。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S200中，T为200～1100℃，T’为200～1100℃。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S200中，所述每次增加的温度间隔ΔT为5～20℃。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S200中，所述一组砖体为至少一个。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S300中，计算过程为：计算T+(n+1)ΔT和T+nΔT两个相邻温度下磁化率的差值，用磁化率差值的平方-温度图表示步骤S300和步骤S400中的磁化率变化-温度图。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S400中，砖体烧制温度的判断方法为：读取磁化率差值的平方-温度图上第一次磁化率差值的平方波动较大的点，判定该点的横坐标为砖体的烧制温度。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S100中，所述砖体的质量为1g～1kg，尺寸为1mm～1m。
所述的测量砖的烧制温度的方法，其中，所述步骤S100中，采用砂纸将需要测量的砖体表面磨平。
本发明的有益效果是：本发明所述测量砖的烧制温度的方法，至少有以下4点优点：
(1)本发明可以定量地测得砖体的烧制温度，且测量误差较小，根据ΔT取值的不同，测量误差一般不超过20～30℃。
(2)本发明操作相对简单，仅需要磁化率测试仪和高温箱两种常见仪器，无需扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)等大型、昂贵、专业的仪器设备。
(3)本发明仅需用砂纸将待测砖体的表面磨平、无需对砖体进行复杂的前处理即可进行烧制温度的测量。
(4)本发明对待测砖样没有任何质量及形状要求，质量为几克或尺寸为几毫米的砖样即可满足测试要求。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的测量砖的烧制温度的方法流程图。
图2为本发明测量已知烧制温度为700℃的粘土砖的烧制温度图，a图为砖体的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图3为本发明测量已知烧制温度为800℃的粘土砖的烧制温度图，a图为砖体的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图4为本发明测量已知烧制温度为900℃的粘土砖的烧制温度图，a图为砖体的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图5为本发明测量平遥古城编号1的古砖的烧制温度图，a图为古砖的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图6为本发明测量平遥古城编号2的古砖的烧制温度图，a图为古砖的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图7为本发明测量平遥古城编号3的古砖的烧制温度图，a图为古砖的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图8为本发明测量平遥古城编号4的古砖的烧制温度图，a图为古砖的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
图9为本发明测量平遥古城编号5的古砖的烧制温度图，a图为古砖的磁化率-温度图，b图为磁化率差值的平方-温度图。
具体实施方式
本发明提供一种测量砖的烧制温度的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例提供的一种测量砖的烧制温度的方法，参见图1所示，其中，包括：
步骤S100、获取砖体，将需要测量的砖体表面磨平；
步骤S200、预估砖体烧制温度的范围[T,T’]，将一组砖体置于高温炉中，并升温至T，稳定一段时间后降至室温，测量砖体的磁化率，获得砖体在温度T下的磁化率值；之后每次增加温度间隔ΔT，重复上述升温、降温和测量磁化率的步骤，直至温度达到T’，获取这组砖体在相应温度下的磁化率值，得到磁化率-温度图；
步骤S300、计算步骤S200所获得的两个相邻温度下的磁化率的变化，得出磁化率变化-温度图；
步骤S400、根据步骤S300得到的磁化率变化-温度图，分析横、纵坐标的变化，判断砖体的烧制温度。
本实施例中，所述步骤S100即为获取砖体并磨平；所述步骤S200即为测量砖体在不同温度下的磁化率，得到磁化率-温度图；所述步骤S300即为计算两个相邻温度下砖体磁化率的变化，得出磁化率变化-温度图；所述步骤S400即为通过磁化率变化-温度图横、纵坐标的变化，判断砖体的烧制温度。本发明测量砖的烧制温度的方法，通过测量砖体在不同温度下的磁化率来测算砖体的烧制温度，操作简单，对砖体的质量和尺寸无要求，可定量化测得砖的烧制温度且误差小。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200具体包括：
步骤S210、假定砖体的可能烧制温度范围为[T,T’]；
步骤S220、将一组砖体放入高温炉中，保证砖体之间间距大于5cm，记录每个砖体的编号及其在高温炉中对应的位置；
步骤S230、将高温炉由室温升温至T，并稳定保持20～30小时；
步骤S240、关闭高温炉电源，待高温炉中的砖体达到室温后取出该组砖体；
步骤S250、使用磁化率测量仪对该组砖体一一进行测量，得到该组砖体中每一块砖体在对应温度下的磁化率，得到这组砖体在相应温度下的磁化率，得到磁化率-温度图；
步骤S260、将高温炉由室温升温至T+ΔT，并稳定保持20～30小时，然后重复步骤S240和步骤S250；
步骤S270、将上述步骤S230、步骤S240和步骤S250作为一个循环，之后每次将温度增加ΔT，重复这一循环，直至温度达到T’。
进一步的，本实施例中，所述步骤S100中，所述砖体的质量为1g～1kg，尺寸为1mm～1m，即砖体的质量范围较大，在几克到几百克之间；砖体的尺寸范围也较大，在几毫米到几百毫米之间。采用砂纸将需要测量的砖体表面磨平，可以使用粗砂纸，也可以使用细砂纸。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200中，所述一组砖体为至少一个(≥1个)。其中，T为200～1100℃，T’为200～1100℃。所述每次增加的温度间隔ΔT为5～20℃。例如，每次增加的温度间隔ΔT可取为20℃，有更为精确地确定砖的烧制温度的需求时，ΔT可取为10℃，甚至5℃。所述步骤S230和步骤S260中，优选稳定保持24小时。
进一步的，本实施例中，所述步骤S300中，计算过程为：计算T+(n+1)ΔT和T+nΔT两个相邻温度下磁化率的差值，该差值的平方可以表示T+(n+1)ΔT和T+nΔT两个相邻温度下的磁化率的变化；用磁化率差值的平方-温度图表示步骤S300和步骤S400中的磁化率变化-温度图，该图一般为折线图，其纵坐标为磁化率差值的平方，横坐标为温度。
进一步的，本实施例中，所述步骤S400中，砖体烧制温度的判断方法为：读取磁化率差值的平方-温度图上第一次磁化率差值的平方波动较大的点，判定该点的横坐标为砖体的烧制温度。
下面以具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
步骤1、取粘土，制作6块边长为4cm的立方体粘土块。将上述粘土块分别以700℃、800℃和900℃的温度烧制成粘土砖。700℃、800℃和900℃的烧制温度各烧制2块粘土砖。这2块粘土砖作为平行样品进行烧制温度的测量。将需要测量的砖体表面用砂纸磨平。
步骤2、假定700℃烧制的砖体的可能烧制温度范围为[500℃,850℃]，假定800℃烧制的砖体的可能烧制温度范围为[600℃,900℃]，假定900℃烧制的砖体的可能烧制温度范围为[700℃,1000℃]。将砖体置于高温炉中，保证砖体之间间距大于5cm，记录每个砖体的编号及其在高温炉中对应的位置，将高温炉缓慢升温至起始温度，并保持24h。关闭高温炉电源，待高温炉中的砖体完全冷却。
从高温炉中取出砖体，使用SM-30磁化率测量仪对砖体进行测量，每个砖体测量3次，求取3次所测磁化率的平均值，获得砖体在起始温度T下的磁化率数据。之后每次增加温度间隔20℃，重复上述升温、降温和测量磁化率的步骤，直至温度达到假定最高温度T’，获取每块砖体在相应温度下的磁化率值，并作磁化率-温度图，如图2a、图3a和图4a。
步骤3、对步骤2所获得的磁化率数据进行计算，得到相邻两个温度的磁化率的差值的平方，并作为纵坐标，以温度作为横坐标，作出磁化率差值的平方-温度图，如图2b、图3b和图4b。
步骤4、根据步骤3得到的磁化率差值的平方-温度图，读取磁化率差值的平方-温度图上纵坐标(即磁化率差值的平方)第一次波动较大的点(如图2、图3和图4中的箭头所示)，则该点的横坐标即为砖体的烧制温度。
根据图2、图3、图4可知，利用本发明提出的基于磁化率测量砖的烧制温度的方法，测得实际烧制温度为700℃、800℃和900℃的粘土砖的烧制温度分别为690℃、810℃和870℃。对比实际的烧制温度和测量的烧制温度(表1)，可知利用本发明方法测算粘土砖的烧制温度误差较小。
表1基于磁化率测量已知烧制温度的粘土砖的烧制温度
样品编号 实际的烧制温度 测量的烧制温度 误差
7-1 700℃ 690℃ 1.43％
7-2 700℃ 690℃ 1.43％
8-1 800℃ 810℃ 1.25％
8-2 800℃ 810℃ 1.25％
9-1 900℃ 870℃ 3.33％
9-2 900℃ 870℃ 3.33％
实施例2：
步骤1、在平遥古城的鹦鹅巷、贺兰桥、仁义街以及城墙等处取得古砖5块。每块古砖用切割机切割出2块边长4cm的立方体样品。取2块上述立方体样品作为平行样品对该块古砖的烧制温度进行测量。
步骤2、假定古砖的可能烧制温度范围为[300℃,900℃]，将古砖样品置于高温炉中，保证它们之间的间距大于5cm，记录每个古砖样品的编号及其在高温炉中对应的位置，将高温炉缓慢升温至300℃，并保持24h。
关闭高温炉电源，待高温炉中的古砖冷却至室温后，取出样品，并使用SM-30磁化率测量仪进行磁化率测量。每个砖体测量3次，求取3次所测磁化率的平均值，获得5块古砖10个样品在200℃温度下的磁化率数值。之后每次增加温度间隔20℃，重复上述升温、降温和测量磁化率的步骤，直至温度达到900℃，获取5块古砖10个样品在相应温度下的磁化率数值，得到其磁化率-温度图(如图5a、图6a、图7a、图8a、图9a所示)。
步骤3、对步骤2所获得的磁化率数据进行计算，得到相邻两个温度的磁化率的差值的平方，并作为纵坐标，以温度作为横坐标，作出磁化率差值的平方-温度图(如图5b、图6b、图7b、图8b、图9b所示)。
步骤4、根据步骤3得到的磁化率差值的平方-温度图，读取磁化率差值的平方-温度图上纵坐标(即磁化率差值的平方)第一次波动较大的点(如图5、图6、图7、图8和图9中的箭头所示)，则该点的横坐标即为砖体的烧制温度。
基于上述测试，测得平遥古城的5块古砖的烧制温度，发现平遥古城古砖的烧制温度在650℃～690℃和850℃～870℃两个区间范围内。有文献证实，在炉灶中燃烧玉米秸秆的温度实测为500～700℃。另外，采用希码AR872D红外测温仪测试在空旷环境中燃烧的木材的温度为830℃。据此，推测烧制温度为650℃～690℃的古砖是以秸秆为燃料烧制而成；烧制温度为850℃～870℃的古砖是以木柴为燃料烧制而成。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，包括：
步骤S100、获取砖体，将需要测量的砖体表面磨平；
步骤S200、预估砖体烧制温度的范围[T,T’]，将一组砖体置于高温炉中，并升温至T，稳定一段时间后降至室温，测量砖体的磁化率，获得砖体在温度T下的磁化率值；之后每次增加温度间隔ΔT，重复上述升温、降温和测量磁化率的步骤，直至温度达到T’，获取这组砖体在相应温度下的磁化率值，得到磁化率-温度图；
步骤S300、计算步骤S200所获得的两个相邻温度下的磁化率的变化，得出磁化率变化-温度图；
步骤S400、根据步骤S300得到的磁化率变化-温度图，分析横、纵坐标的变化，判断砖体的烧制温度。
2.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括：
步骤S210、假定砖体的可能烧制温度范围为[T,T’]；
步骤S220、将一组砖体放入高温炉中，保证砖体之间间距大于5cm，记录每个砖体的编号及其在高温炉中对应的位置；
步骤S230、将高温炉由室温升温至T，并稳定保持20～30小时；
步骤S240、关闭高温炉电源，待高温炉中的砖体达到室温后取出该组砖体；
步骤S250、使用磁化率测量仪对该组砖体一一进行测量，得到该组砖体中每一块砖体在对应温度下的磁化率，得到这组砖体在相应温度下的磁化率，得到磁化率-温度图；
步骤S260、将高温炉由室温升温至T+ΔT，并稳定保持20～30小时，然后重复步骤S240和步骤S250；
步骤S270、将上述步骤S230、步骤S240和步骤S250作为一个循环，之后每次将温度增加ΔT，重复这一循环，直至温度达到T’。
3.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S200中，T为200～1100℃，T’为200～1100℃。
4.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S200中，所述每次增加的温度间隔ΔT为5～20℃。
5.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S200中，所述一组砖体为至少一个。
6.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S300中，计算过程为：计算T+(n+1)ΔT和T+nΔT两个相邻温度下磁化率的差值，用磁化率差值的平方-温度图表示步骤S300和步骤S400中的磁化率变化-温度图。
7.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S400中，砖体烧制温度的判断方法为：读取磁化率差值的平方-温度图上第一次磁化率差值的平方波动较大的点，判定该点的横坐标为砖体的烧制温度。
8.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述砖体的质量为1g～1kg，尺寸为1mm～1m。
9.根据权利要求1所述的测量砖的烧制温度的方法，其特征在于，所述步骤S100中，采用砂纸将需要测量的砖体表面磨平。
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CN115330829B (zh) * 2022-10-14 2023-01-24 冰轮智慧新能源技术(山东)有限公司 一种秸秆气化炉气化反应异常识别方法

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