CN109297787B - 测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具 - Google Patents

测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具，所述组合试件制备模具包含旧混凝土试件制备模具和新混凝土灌注模具；旧混凝土试件制备模具包括模具外围板、模具内围板、带凹槽底板、提升拉环、扣件一和扣件固定端一，可用于制备“回”字形中空的立方体旧混凝土试件。新混凝土灌注模具包括模具前挡板、后挡板、中隔板、侧挡板、底板、扣件二和扣件固定端二，可用于制备由自密实混凝土灌注形成的“凸”字形新混凝土试件；本发明组合试件制备简单，模具可拆卸使得试件脱模较方便，不易使试件受到损伤。组合试件可通过操作便捷的加压测量试验测得自密实混凝土和旧混凝土粘结面的剪切性能参数。

Description

测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具，具体涉及一种模拟自密实混凝土与旧混凝土界面粘结剪切滑移性能的组合试件制备模具。
背景技术
自密实混凝土具有较高的流动性、均匀性和稳定性，在浇筑过程中仅靠自重作用而无需振捣，即可充满模板和包裹钢筋，硬化后具有良好的力学性能和耐久性能，是一种新型高技术混凝土。在我国高速铁路建设技术的发展过程中，自密实混凝土由于其具有独特的性能优势，现阶段作为CRTSIII型板式无砟轨道充填层材料，已逐渐被广泛使用。
如图1所示，在CRTSIII型板式无砟轨道结构中，自密实混凝土充填层位于预制轨道板和支撑层之间，具有调整、支撑、传力等功能。服役过程中，在温度应力、疲劳荷载及自密实混凝土本身与轨道板粘结力薄弱等因素影响下，轨道板可能与自密实混凝土充填层之间分离，称为轨道结构层间离缝。离缝会导致轨道几何尺寸发生改变，在上部列车荷载反复作用下，自密实混凝土充填层将遭受反复“拍打”而破坏，甚至无砟轨道系统也可能失效。这要求预制轨道板和自密实混凝土充填层间需要具有良好的粘结性能。因此，合理分析和评价粘结界面间的剪切受力性能具有重要意义。
施工时，自密实混凝土通过后期浇注到预制轨道板和支撑层之间形成充填层。因此，自密实混凝土充填层与轨道板间的粘结性能，其本质是新旧混凝土的粘结问题。国内外关于新旧混凝土粘结强度的试验形式基本可分为检验抗拉和抗剪强度两大类，具体试验方法有直接拉伸法、拉拔法、直剪法、斜剪法和弯拉法等。但是，这些方法不免存在试件成型复杂、加载繁琐、需要的装备特殊或不能充分反映新旧混凝土间剪力传递模式等缺点。不同试验方法所需要的混凝土试件形式有所区别，故所需的试件制备模具也不尽相同。此外，自密实混凝土主要依靠自身高强的流动性而与轨道板自然粘结，而现有的方法未充分考虑自密实混凝土与旧混凝土粘结面的形成条件。因此，需要开发一种试件制备简单、可轻易组装拆卸的模具，其能够制得符合自密实混凝土水平填充特点的组合试件，试件通过简单加压试验便能测得粘结面剪切性能参数。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具；该模具制备的组合试件是水平充填而成，粘结面是灌注形成的自然成型面，模具可自由组装拆卸，组合试件制备简单，加载操作便捷，通过操作便捷的加压测量试验测得自密实混凝土和旧混凝土粘结面的剪切滑移性能参数，为自密实混凝土的工程应用提供参考。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述组合试件制备模具包含旧混凝土试件制备模具和新混凝土灌注模具；
所述旧混凝土试件制备模具包括模具外围板、模具内围板、底板一、提升拉环、扣件一和扣件固定端一，可用于制备“回”字形中空的立方体旧混凝土试件。
所述的模具外围板和模具内围板均由两块L形钢板组成，可拼接为两个中空容纳腔，拼接处分别设有相互配合滑槽和凸边，拼接时可紧密贴合。所述底板一底面为正方形，底板一中部设有一个“口”字形凹槽，模具内围板可插入凹槽紧密贴合；所述模具外围板、模具内围板和底板一可拼接为一个“回”字形中空的立方体容纳腔。
所述模具内围板顶面的中部固定有提升拉环，提升拉环可使模具内围板沿竖直方向移动。
所述底板一的四个侧面中部各设有一个扣件一，扣件上有可调节方向的螺丝，模具外围板侧面底部设有开口的扣件固定端一，螺丝可旋转到扣件固定端，模具外围板通过调节螺丝拼接固定在底板一上；模具外围板两块L形钢板外侧面拼接处中部分别设有扣件一和扣件固定端一，可使两块钢板拼接固定。
所述新混凝土灌注模具包括模具前挡板、后挡板、中隔板、两块侧挡板、底板二、扣件二和扣件固定端二，可用于制备由自密实混凝土灌注形成的“凸”字形的新混凝土试件。
所述的模具前挡板、后挡板、中隔板、两块侧挡板、底板二均为钢质材料，可相互拼接内部形成一个立方体浇注腔和一个立方体放置腔。
所述模具中隔板12为两块L形钢板，两块L形钢板的长边与前挡板10拼接，两块L形钢板的直角处与两块侧挡板13拼接；中隔板12L形钢板的短边可相互拼接，短边拼接后中部设有一个正方形可贯通立方体浇注腔19和立方体放置腔20的连接孔17；
所述模具后挡板11两侧与两块侧挡板13拼接，中部设有一个正方形贯通立方体放置腔20和外界的排气孔18；
所述模具底板二14侧面设有六个扣件二15，前挡板10、中隔板12的两块L形钢板的长边、两块侧挡板13和后挡板11的下端中部均有与底板二14侧面的扣件二15对应的扣件固定端二16；所述模具中隔板12的两块L形钢板的短边拼接处上方两侧分别设有扣件二15和扣件固定端二16，两块L形钢板的长边中部设有与两块侧挡板13和前挡板10中部扣件固定端二16相对应的扣件二15；所述模具后挡板11中部两端设有与两块侧挡板13中部扣件固定端二16相对应的扣件二。
本发明通过模具制备的组合试件是水平充填而成，粘结面是灌注形成的自然成型面，反映出自密实混凝土无需振捣的特点。组合试件制备简单，模具可拆卸使得试件脱模较方便，不易使试件受到损伤。组合试件可通过操作便捷的加压测量试验测得自密实混凝土和旧混凝土粘结面的剪切性能参数，作为工程实践中结构设计的参考。
采用上述结构后，本发明所述的测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具，具有以下有益效果：
一、本发明中两个模具都是通过不同配件进行组合拼装，并通过扣件和扣件固定端进行安装固定，并配有提升拉环，可实现自由拆卸功能，在试件成型后脱模较方便，不易损伤试件，保证试件的完整性和试验的成功性；
二、通过本发明制得的组合试件是基于自密实混凝土在浇筑过程中仅靠自重作用可充填模板的实际应用特点，使自密实混凝土依靠自身流动性灌注空心旧混凝土内部水平充填形成自然成型粘结面，模拟现场施工工艺成型试件，具有一定的合理性和科学性。
三、与现有直接拉伸法、拉拔法、直剪法、斜剪法和弯拉法等对比，本发明所制得的试件可采取竖向加压进行直接剪切试验，此试验简单，操作便捷，所需的加压仪器也较为常见，通过粘结面滑移破坏所需的最大荷载计算粘结面剪切强度，获得自密实混凝土和旧混凝土粘结面的剪切性能参数，能为自密实混凝土的工程应用提供一定的参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是高速铁路板式无砟轨道结构型式示意图；
图2是组合试件加载测量示意图；
图3是旧混凝土试件制备模具立体结构示意图；
图4是新混凝土试件制备模具立体结构示意图；
附图标记说明：
1-旧混凝土试件制备模具；2-新混凝土灌注模具；3-加载测量装置；4-模具外围板；5-模具内围板；6-底板一；7-提升拉环；8-扣件一；9-扣件固定端一；10-前挡板；11-后挡板；12-中隔板；13-两块侧挡板；14-底板二；15-扣件二；16-扣件固定端二；17-连接孔；18-排气孔；19-立方体浇注腔；20-立方体放置腔；21-预制轨道板；22-自密实混凝土充填层；23-混凝土支撑层；101-旧混凝土试件；201-新混凝土试件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参看如图2-4所示，本具体实施方式所述组合试件制备模具包含旧混凝土试件制备模具1和新混凝土灌注模具2。
参见图3，旧混凝土制备模具1包括模具外围板4、模具内围板5、底板一6、提升拉环7、扣件一8和扣件固定端一9，可用于制备“回”字形中空的立方体旧混凝土试件101。模具外围板4为两块L形钢板，厚度为10mm，高度为150mm，两块外围板可以拼接为边长为150mm的正方形中空容纳腔。模具内围板5为两块L形钢板，厚度为10mm，高度为155mm，两块内围板可以拼接为边长为50mm的正方形中空容纳腔。底板一6底面为170mm正方形，厚度为10mm；底板一6中部设有一个“口”字形凹槽，深度为5mm，宽度为10mm。模具外围板4和模具内围板5拼接处分别设有相互配合的滑槽和凸边，一块板的凸边和另一块板的滑槽紧密贴合。所述的模具外围板4和底板一6可拼接，外围板4的侧面与底板一6相应侧面位于同一竖直平面。模具内围板5和底板一6可拼接，内围板5的底面与底板一6凹槽部分紧密贴合。模具外围板4、模具内围板5和底板一6可拼接为一个“回”字形中空的立方体容纳腔，外围板4顶面和内围板5顶面位于同一水平面。模具内围板5顶面的中部固定有提升拉环7，拉环可使模具内围板5沿竖直方向移动。底板一6的四个侧面中部各设有一个扣件一8，扣件上有可调节方向的螺丝，模具外围板4侧面底部设有开口的扣件固定端一9，螺丝可旋转到扣件固定端，调节螺丝可使模具外围板4拼接固定在底板一6上；模具外围板4两块L形钢板外侧面拼接处中部分别设有扣件一8和扣件固定端一9，可使两块钢板拼接固定。由此模具制得的旧混凝土试件101为“回”字形中空的立方体试件，其外尺寸边长为150mm，中空内尺寸长×宽×高为70mm×70mm×150mm，内、外表面距离为40mm。
参见图4，新混凝土灌注模具2包括模具前挡板10、后挡板11、中隔板12、两块侧挡板13、底板二14、扣件二15和扣件固定端二16，可用于制备由自密实混凝土灌注形成的“凸”字形的新混凝土试件201。模具前挡板10、后挡板11、中隔板12、两块侧挡板13、底板二14均为厚度10mm的钢质材料，可相互拼接内部形成一个150mm立方体浇注腔19和一个150mm立方体放置腔20。模具中隔板12为两块L形钢板，两块L形钢板的长边为150mm，短边为75mm；中隔板12两块L形钢板的长边与前挡板10拼接；中隔板12的两块L形钢板的直角处与两块侧挡板13拼接；中隔板12的两块L形钢板的短边可相互拼接，短边拼接后中部设有一个70mm正方形可贯通立方体浇注腔19和立方体放置腔20的连接孔17。模具后挡板11两侧与两块侧挡板13拼接，中部设有一个70mm正方形贯通立方体放置腔20和外界的排气孔18。底板二14侧面设有六个扣件二15，前挡板10、中隔板12两块L形钢板的长边、两块侧挡板13和后挡板11的下端中部均有与扣件二15对应的扣件固定端二16。模具中隔板12L形短边拼接处上方两侧分别设有扣件二15和扣件固定端二16，两块L形钢板的长边中部设有与两块侧挡板13和前挡板10中部扣件固定端二16相对应的扣件二15。模具后挡板11中部两端设有与两块侧挡板13中部扣件固定端二16相对应的扣件二15。由此模具制得的新混凝土试件201为“凸”字形试件，其未凸起部分为150mm立方体，凸起部分尺寸长×宽×高为70mm×70mm×150mm，凸起部分的底面与未凸起部分的顶面粘结，粘结面为70mm正方形，凸起部分的侧面到与未凸起部分的侧面距离为40mm。新混凝土试件凸起部分的四个侧面与旧混凝土试件中空内表面粘结形成组合试件，每个粘结面尺寸长×宽为140mm×70mm。新混凝土试件凸起部分顶面与旧混凝土试件顶面距离为10mm，新混凝土试件未凸起部分顶面与旧混凝土试件底面距离为10mm。
本具体实施方式所述测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具的具体操作如下：
S1.制作旧混凝土试件101：将旧混凝土试件制备模具1中的模具内围板5的两块L形钢板拼接，插入底板一6的凹槽内，再将模具外围板4的两块L形钢板拼接，置于底板一6上方，将扣件一8扣在模具外围板4对应的扣件固定端一9上，拧紧螺栓；将配置好的混凝土灌注入模具内外模板之间的空隙中，经振捣养护完成后通过提升拉环7将模具内围板5抽出，再将外模具外围板4和底板一6间的扣件打开，可得到所需的“回”字形的旧混凝土试件101；
S2.浇注新混凝土，制作组合试件：将新混凝土试件制备模具2拼接，拧紧外侧的扣件二15及其对应的扣件固定端二16；将旧混凝土试件置于模具的立方体放置腔内20，试件的开口两侧分别对准连接孔17和排气孔18，且尽量保持试件外表面和放置腔内表面紧密接触；将配置好的自密实混凝土向模具中的立方体浇注腔19内缓慢灌注，自密实混凝土将依靠自身重力和流动性填充浇筑腔底部，逐渐通过连接孔17灌入旧混凝土试件的内部；当排气孔18流出适当的自密实混凝土后，用10mm深的矩形木塞将排气孔充分塞紧保证浆体不再流出，待新混凝土灌满旧混凝土内部和浇筑腔停止；进行养护后拆模，可得到组合试件；
S3.剪切试验(如图2所示)：将混凝土组合试件竖直放置于平台上，下方为新混凝土试件201，上方为旧混凝土试件101；加载测量装置3选择普通的压力机，从上而下逐渐施加静压力P，待组合试件粘结界面出现错动而破坏时停止，记录下此时极限荷载的大小；通过名义剪应力公式τ＝Pmax/A可近似得到粘结面的剪应力，其中Pmax为极限荷载，A为四个粘结面的总面积，本实例中为4×70×140＝39200mm2。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具，其特征在于：所述组合试件制备模具包含旧混凝土试件制备模具(1)和新混凝土灌注模具(2)；
所述旧混凝土试件制备模具(1)包括模具外围板(4)、模具内围板(5)、底板一(6)、提升拉环(7)、扣件一(8)和扣件固定端一(9)；
所述的模具外围板(4)和模具内围板(5)均由两块L形钢板组成，可拼接为两个中空容纳腔，拼接处分别设有相互配合滑槽和凸边，拼接时紧密贴合；所述底板一(6)底面为正方形，底板一(6)中部设有一个“口”字形凹槽，模具内围板(5)可插入凹槽紧密贴合；所述模具外围板(4)、模具内围板(5)和底板一(6)可拼接为一个“回”字形中空的立方体容纳腔；
所述模具内围板(5)顶面的中部固定有提升拉环(7)，提升拉环(7)可使模具内围板(5)沿竖直方向移动；
所述底板一(6)的四个侧面中部各设有一个扣件一(8)，扣件一(8)上设有可调节方向的螺丝，模具外围板(4)侧面底部设有开口的扣件固定端一(9)，螺丝可旋转到扣件固定端一(9)处，模具外围板(4)通过调节螺丝拼接固定在底板一(6)上；模具外围板(4)的两块L形钢板外侧面拼接处中部分别设有扣件一(8)和扣件固定端一(9)，可使两块钢板拼接固定；
所述新混凝土灌注模具(2)包括模具前挡板(10)、后挡板(11)、中隔板(12)、两块侧挡板(13)、底板二(14)、扣件二(15)和扣件固定端二(16)，可用于制备由自密实混凝土灌注形成的“凸”字形的新混凝土试件(201)；
所述的模具前挡板(10)、后挡板(11)、中隔板(12)、两块侧挡板(13)、底板二(14)均为钢质材料，可相互拼接内部形成一个立方体浇注腔(19)和一个立方体放置腔(20)；所述模具中隔板(12)为两块L形钢板，两块L形钢板的长边与前挡板(10)拼接，两块L形钢板的直角处与两块侧挡板(13)拼接；中隔板(12)L形钢板的短边可相互拼接，短边拼接后中部设有一个正方形可贯通立方体浇注腔(19)和立方体放置腔(20)的连接孔(17)；所述模具后挡板(11)两侧与两块侧挡板(13)拼接，中部设有一个正方形贯通立方体放置腔(20)和外界的排气孔(18)；
所述模具底板二(14)侧面设有六个扣件二(15)，前挡板(10)、中隔板(12)的两块L形钢板的长边、两块侧挡板(13)和后挡板(11)的下端中部均有与底板二(14)侧面的扣件二(15)对应的扣件固定端二(16)；所述模具中隔板(12)的两块L形钢板的短边拼接处上方两侧分别设有扣件二(15)和扣件固定端二(16)，两块L形钢板的长边中部设有与两块侧挡板(13)和前挡板(10)中部扣件固定端二(16)相对应的扣件二(15)；所述模具后挡板(11)中部两端设有与两块侧挡板(13)中部扣件固定端二(16)相对应的扣件二(15)。
2.根据权利要求1所述的测试新旧混凝土界面剪切滑移性能的组合试件制备模具，其特征在于：所述组合试件制备模具的具体操作如下：
(S1).制作旧混凝土试件：将旧混凝土试件制备模具中的模具内围板(5)的两块L形钢板拼接，插入底板一(6)的凹槽内，再将模具外围板(4)的两块L形钢板拼接，置于底板一(6)上方，将扣件一(8)扣在模具外围板(4)对应的扣件固定端一(9)上，拧紧螺栓；将配置好的混凝土灌注入模具内外模板之间的空隙中，经振捣养护完成后通过提升拉环(7)将模具内围板(5)抽出，再将模具外围板(4)和底板一(6)间的扣件打开，可得到所需的“回”字形的旧混凝土试件(101)；
(S2).浇注新混凝土，制作组合试件：将新混凝土试件制备模具拼接，拧紧外侧的扣件二(15)及其对应的扣件固定端二(16)；将旧混凝土试件置于模具的立方体放置腔内(20)，试件的开口两侧分别对准连接孔(17)和排气孔(18)，且尽量保持试件外表面和放置腔内表面紧密接触；将配置好的自密实混凝土向模具中的立方体浇注腔(19)内缓慢灌注，自密实混凝土将依靠自身重力和流动性填充浇筑腔底部，逐渐通过连接孔(17)灌入旧混凝土试件的内部；当排气孔(18)流出适当的自密实混凝土后，用10mm深的矩形木塞将排气孔充分塞紧保证浆体不再流出，待新混凝土灌满旧混凝土内部和浇筑腔停止；进行养护后拆模，可得到组合试件；
(S3).剪切试验：将混凝土组合试件竖直放置于平台上，下方为新混凝土试件(201)，上方为旧混凝土试件(101)；加载测量装置(3)选择普通的压力机，从上而下逐渐施加静压力，待组合试件粘结界面出现错动而破坏时停止，记录下此时极限荷载的大小；通过名义剪应力公式可近似得到粘结面的剪应力。
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