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我國(guó)已于2003年發(fā)布《浮法玻璃窯用錫槽底磚》(JC/T926—2003)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前，國(guó)內(nèi)一些底磚生產(chǎn)廠家提供的錫槽底磚性能指標(biāo)已明顯優(yōu)于該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。以下是幾點(diǎn)指標(biāo)要求。
氫擴(kuò)散度
氫擴(kuò)散度是衡量底磚發(fā)泡性能的一項(xiàng)指標(biāo)，將H2擴(kuò)散控制在合適的范圍之內(nèi)。
以被試樣所封閉的氣室的壓力與大氣壓力之差來(lái)表示。測(cè)試時(shí)，先打開(kāi)放空閥，再打開(kāi)進(jìn)氣閥，此時(shí)U形計(jì)指示為零，進(jìn)氣持續(xù)幾分鐘后，同時(shí)關(guān)閉兩閥(或略微超前關(guān)閉進(jìn)氣閥，再關(guān)放空閥)。此時(shí)可以觀察到U形計(jì)指示的氣室內(nèi)壓力迅速下降，到最低點(diǎn)后回升，最低點(diǎn)的讀數(shù)即是通常所指的氫擴(kuò)散度，一般認(rèn)為此值只要小于1471Pa(150mmH2O)即可保證不冒泡。
氫擴(kuò)散度實(shí)質(zhì)上是氫向外擴(kuò)散與空氣向內(nèi)擴(kuò)散兩種相反過(guò)程作用的平衡點(diǎn)。初期，由于氫分子小，擴(kuò)散能力強(qiáng)，氫擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣擴(kuò)散速度，其結(jié)果是氣室中氣體數(shù)量減少，壓力下降。隨著擴(kuò)散的進(jìn)展，氣室中的氫氣越來(lái)越少，擴(kuò)散推動(dòng)力漸漸消退，擴(kuò)散速度逐漸放慢，逐漸接近空氣向內(nèi)的擴(kuò)散速度，兩者相等時(shí)，U形壓力計(jì)指示達(dá)最低點(diǎn)(即最大負(fù)壓)。此后，空氣向內(nèi)擴(kuò)散速度高于氫氣向外擴(kuò)散速度，故壓力出現(xiàn)回升。
可見(jiàn)，氫擴(kuò)散度指標(biāo)并非代表氫氣通過(guò)一定面積和厚度的試樣的能力，而是代表氫氣與空氣通過(guò)該試樣的相對(duì)能力，其數(shù)值受氫擴(kuò)散速度及空氣擴(kuò)散速度兩因素的制約。氫擴(kuò)散度小，并不一定表示氫氣通過(guò)試樣的能力弱。曾使用兩種完全不同的耐火材料試樣進(jìn)行氫擴(kuò)散度測(cè)定，得到的數(shù)值卻基本相同。一種試樣是電熔磚樣品，其氣孔率極低，顯然氫氣透過(guò)此樣品的能力是極微的。另一種用經(jīng)300℃高溫烘干處理的耐火混凝土樣品，樣品中大量水被烘干后，形成許多可供氫擴(kuò)散的快速通道，有很強(qiáng)的氫透過(guò)能力。兩種樣品的氫擴(kuò)散度測(cè)定值均很低，只有幾個(gè)毫米水柱。顯然，第一種樣品氣孔率極低，氫及空氣的通過(guò)能力均很弱，氣室中氣體量變化很小，因此壓力變化也很小，氫擴(kuò)散度指標(biāo)很低。而第二種樣品中烘干以后留下的微孔直徑較大，為空氣及氫氣提供了同樣的快速通道，結(jié)果是氫往外滲透很快，空氣往里擴(kuò)散也很快，氣室中氣體量同樣變化很小，氫擴(kuò)散度指標(biāo)讀數(shù)當(dāng)然也很小。如果機(jī)械地從氫擴(kuò)散度字面及數(shù)值理解，勢(shì)必得出“氫通過(guò)第二種試樣擴(kuò)散的能力也很弱”的錯(cuò)誤結(jié)論。
透氣度
透氣度指標(biāo)一般用于衡量耐火材料抗?jié)B透侵蝕的能力。透氣度大，說(shuō)明耐火材料中貫通的導(dǎo)流型氣孔較多，孔徑偏大，侵蝕介質(zhì)易滲入耐火材料中。具體對(duì)底磚耐火材料，就是氧化鈉較易滲入磚體引起霞石化剝落。如不考慮其他因素，單從抗霞石化角度出發(fā)，底磚的透氣度越小越好。
透氣度是指有壓差的氣體透過(guò)耐火材料的能力。不同種類燒結(jié)耐火材料的透氣度指標(biāo)差別較大，范圍可達(dá)零點(diǎn)幾cm3/m3至幾十cm3/m3。
應(yīng)變率
應(yīng)變率較大的底磚，其磚體彈性較好，受熱膨脹產(chǎn)生的較高擠壓應(yīng)力能通過(guò)變形得到部分釋放，避免了應(yīng)力蓄積引起磚體斷裂浮起。國(guó)外20世紀(jì)70年代多次發(fā)生底磚“7英寸斷裂上浮”事故，當(dāng)時(shí)所使用底磚的應(yīng)變率一般小于0.5%，磚與磚之間的脹縫也較小，磚體承受極大應(yīng)力，導(dǎo)致沿固定縲栓孔錐臺(tái)處水平斷裂，磚體上半部分浮起。改用高應(yīng)變率的機(jī)壓磚和更高級(jí)的真空澆注磚后，盡管仍沿用小脹縫，此類事故再也沒(méi)有出現(xiàn)。國(guó)外最新機(jī)壓磚的應(yīng)變率己超過(guò)0.7%，真空澆注磚的應(yīng)變率則高達(dá)1.5%。國(guó)內(nèi)在槽底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一直采用大脹縫的做法，沒(méi)有對(duì)應(yīng)變率指標(biāo)提出要求，故底磚生產(chǎn)廠并未刻意控制此指標(biāo)，生產(chǎn)的底磚應(yīng)變率為0.5%左右。
測(cè)定錫槽底磚應(yīng)變率，一般采用60mm×60mm×130mm的試樣，將其豎直放置于材料試驗(yàn)機(jī)上加壓，記錄載荷下試樣高度的變形量，試樣達(dá)到極限屈服前的最大變形量與其原高度之比的百分?jǐn)?shù)即為應(yīng)變率。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)特定成形方法生產(chǎn)的底磚，應(yīng)變率與氣孔率之間成正比關(guān)系，即氣孔率越大，應(yīng)變率就越高。
氫擴(kuò)散度與透氣度的關(guān)系
在總氣孔率為定值的情況下，氫擴(kuò)散度與透氣度之間存在依存關(guān)系，此關(guān)系依賴于氣孔的分布形態(tài)。如氣孔分布以空氣分子能通過(guò)的大直徑氣孔為主，則透氣度較大，而氫擴(kuò)散度較小。當(dāng)氣孔分布以微細(xì)氣孔為主時(shí)，氫分子能通過(guò)這些微細(xì)氣孔而較大的空氣分子則難以透過(guò)，此時(shí)透氣度指標(biāo)數(shù)值較小，氫擴(kuò)散度指標(biāo)則較大。
需要注意的是：透氣度較大時(shí)，表示試樣透過(guò)空氣及氫氣的能力均較大，對(duì)于大分子空氣能鉆入的氣孔，小分子的氫氣當(dāng)然也能鉆入。理解氫擴(kuò)散度與透氣性兩者之間反比關(guān)系的基礎(chǔ)是注意避免混淆氫擴(kuò)散度與氫透過(guò)能力這兩個(gè)不同的概念。
氣孔率與氫擴(kuò)散度、透氣度以及應(yīng)變率之間的關(guān)系
在一般情況下，如果不去刻意追求氣孔分布，只在氣孔率大小方面進(jìn)行人為控制，則實(shí)踐中一般出現(xiàn)如下情況：氣孔率越高，氫擴(kuò)散度越大，透氣度與磚的應(yīng)變率也越大。在底磚生產(chǎn)工藝中，如果不考慮控制應(yīng)變率參數(shù)，則可通過(guò)降低磚氣孔率的辦法獲取低氫擴(kuò)散度和低透氣度的磚。國(guó)產(chǎn)底磚走的正是這樣一條路，早期由于無(wú)專業(yè)廠家生產(chǎn)成品磚，浮法廠只能直接購(gòu)人未經(jīng)加工的黏土大磚，在現(xiàn)場(chǎng)自行加工。這些磚一般用于大窯池底，為安全起見(jiàn)，在設(shè)計(jì)上將槽底磚之間的膨脹縫留得比較大，以避免磚相互擠壓，造成層裂上浮。后來(lái)雖出現(xiàn)多家專業(yè)底磚生產(chǎn)廠，但設(shè)計(jì)上仍沿用大脹縫做法，故一直未對(duì)磚提出應(yīng)變率要求，生產(chǎn)廠無(wú)須費(fèi)心在應(yīng)變率及氫擴(kuò)散度指標(biāo)之間進(jìn)行平衡，單純降低氣孔率就可以獲得理想氫擴(kuò)散度及透氣度指標(biāo)的磚。
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