CN112748017A - 一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，属于力学性能测试领域。本发明采用与待检测的混泥土界面的两边一致的组成材料分别作为先浇混凝土与后浇混凝土，制备具有与待测界面相同界面的试件，然后用压力试验机进行测试测试，通过得到的油缸位移、试验荷载、试件破坏过程影像以及试件下边缘断裂位置等参数，经过比较和模拟分析即可得到界面的抗压强度。
Description
技术领域
本发明属于混凝土性能测试领域，具体涉及一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法。
背景技术
随着隧道工程的发展，新材料、新技术、新工艺的研发应用成为趋势，新建隧道后浇装配式结构、运营隧道高性能材料填充处治等多种应用场景都涉及到新旧混凝土结合。受限于先浇混凝土材料或先浇高性能混凝土材料已完全凝结，新旧混凝土之间形成的界面成为相对薄弱的部位，由此新旧混凝土之间形成的界面的力学性能的好坏决定着整个复合结构承载能力。
对于混凝土材料，抗压强度是决定材料性能的关键指标，对于后浇结构，界面抗剪、界面抗拉力学特性最为关键。然而目前为止，尚无后浇复合结构界面性能测试方法的相关规范或标准提出，从而在很大程度上制约了新材料、新技术、新工艺在工程方面的应用。
因此，需要进行相关试验方法与试验流程来测试复合结构混凝土界面抗拉性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，所述方法如下步骤：
(1)条件确认：根据待检测的界面抗压强度的要求确认以下参数：界面角度、先浇混凝土和后浇混凝土的材料配比以及模具；
(2)模具隔离：按照步骤(1)中的界面角度将所述模具用垫块隔离形成先浇部位和后浇部位；
(3)界面制备：首先在所述先浇部位中浇筑养护形成先浇混凝土，然后进行界面处理，最后在所述后浇部位中浇筑养护形成后浇混凝土；
(4)试件制备：将步骤(3)中界面制备后形成的混凝土取出制备并养护形成试件，所述试件为100mm×100mm×300mm的标准棱柱体试件、200mm×200mm×400mm的非标准棱柱体试件或者
的圆柱体非标准试件；
(5)界面抗压强度试验：首先将步骤(4)中制备的试件直立放置在压力试验机的下压板或钢垫板上，并使所述试件的轴心对准所述下压板的中心，然后开启所述压力试验机进行实验，记录实验过程中的油缸位移、试验荷载、试件破坏过程影像；
(6)将步骤(5)中的所述试验荷载与标定组的试验荷载进行比较，若所述试验荷载≥标定组的试验荷载则说明界面粘接良好；若所述试验荷载＜标定组的试验荷载，则采用数值模拟对不同角度实验进行模拟分析，通过对比实验与模拟的荷载及破坏过程，分析得到所述界面的抗压强度。
优选的，所述界面与所述模具的对称面垂直且沿模具的对称面进行角度偏转。
优选的，步骤(1)中所述界面角度为0°、15°、30°或45°。
优选的，步骤(1)中所述先浇混凝土为传统混凝凝土。
进一步优选的，所述传统混凝凝土为C25、C30、C35或C40中的任意一种。
进一步优选的，所述C30由质量比为376:704:1148:4.5:184的普通硅酸盐水泥、砂、碎石、外加剂和水组成。
优选的，所述后浇混凝土为超高性能混凝土。
进一步优选的，所述超高性能混凝土为Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC)。
进一步优选的，所述超高性能混凝土(UHPC)由质量比为3000:180:50:216的预混料、水、外加剂和钢纤维组成。
优选的，步骤(1)中所述模具为用于混凝土力学性能试验的模具；所述模具为方形模具或柱形模具。
优选的，步骤(2)中所述垫块为成型钢块、木块、塑料块或混凝土块中的任意一种；所述垫块的厚度≥3mm。
优选的，步骤(2)中所述先浇部位位于方形模具右边或者柱形模具的下部。
优选的，步骤(3)中所述界面处理具体为：首先除去垫块；然后清理所述先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物；最后对界面处进行凿毛处理后刷界面胶。
进一步优选的，所述界面胶为乳液型界面胶或者粉末型界面胶。
进一步优选的，所述界面胶为环氧树脂。
优选的，所述养护时间为28d。
优选的，步骤(5)中在所述试件在放置在压力试验机上之前进行以下预处理过程：打磨所述试件表面使其表面平整，然后将所述试件的表面或者所述压力试验机的上下承压板擦拭干净。
优选的，步骤(5)中所述试验过程中，通过调整所述压力试验机的球座使所述压力试验机的上压板与所述试件或钢垫板的接触处于均衡状态；所述试验过程中进行连续均匀加荷。
更优选的，所述加荷速度按照以下方式决定：比较先浇混凝土和后浇混凝土的等级，将较低等级的混凝土作为低等级混凝土，当所述低等级混凝土＜C30时，采用的加荷速度为0.3～0.5MPa/s；当所述低等级混凝土≥C30且＜C60时，采用的加荷速度为0.5～0.8MPa/s；当所述低等级混凝土≥C60时，采用的加荷速度为0.8～1.0MPa/s。
本发明的有益效果在于：本发明在传统混凝土材料力学性能测试的基础上，引入先后浇、界面角、界面处理等试验流程，指明相关流程试验辅助器材需求与制作方式，提出界面力学特性判定与计算方法，可应用于界面力学性能测试、界面处理材料测试、界面处治工艺测试等，可作为后浇装配式复合结构设计、运营隧道空洞病害填充处治、运营隧道衬砌裂缝修等设计、施工的基础资料，对于推进新材料、新技术、新工艺的工程应用，具有重要工程意义与社会价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为方形模具中界面加度为0°的试件图；
图2为实施例1中试件破坏过程图；
图3为方形模具中界面加度为10°的试件图；
图4为实施例2中试件破坏过程图；
图5为柱形模具中界面加度为30°的试件图；
图6为实施例1中试件破坏过程图；
图7为柱形模具中界面加度为45°的试件图；
图8为实施例1中试件破坏过程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，具体方法包括如下步骤：
(1)条件确认：根据待检测的界面抗压强度的要求确认以下参数：界面角度(0°)、先浇混凝土的材料配比(可以采用C25、C30、C35或C40等任意传统混凝凝土，本次实验采用由质量比为376:704:1148:4.5:184的泥、砂、碎石、外加剂和水组成的C40)、后浇混凝土的材料配比(采用超高性能混凝土，本次实验采用Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC)，具体由质量比为3000:180:50:216的预混料、水、外加剂和钢纤维组成)以及模具(方形磨具)；
(2)模具隔离：采用厚度在3mm以上的成型钢块作为垫块将模具隔离形成界面角度为0°的先浇部位和后浇部位；
(3)界面制备：首先在模具右边的先浇部位浇注C30的混凝土、养护28d形成先浇混凝土，然后进行界面处理(具体方法为首先除去垫块；然后清理先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物；最后对界面处进行凿毛处理后刷环氧树脂)，最后在模具左边的后浇部位中浇筑UHPC组成的混凝土、养护28d形成后浇混凝土(如图1所示)；
(4)试件制备：将步骤(3)中界面制备后形成的混凝土取出制备并养护形成试件，所述试件为100mm×100mm×300mm的标准棱柱体试件；
(5)界面抗压强度试验：首先将步骤(4)中制备的试件直立放置在压力试验机的下压板或钢垫板上，并使所述试件的轴心对准所述下压板的中心，然后开启所述压力试验机进行实验，记录实验过程中的油缸位移为4.55mm、试验荷载442.4kN、试件破坏过程如图2所示(从左到右分别为持续破坏过程下试件的不同状态)；
(6)将步骤(5)中的所述试验荷载与标定组的试验荷载进行比较，若所述试验荷载≥标定组的试验荷载则说明界面粘接良好；若所述试验荷载＜标定组的试验荷载，则采用数值模拟对不同角度实验进行模拟分析，通过对比实验与模拟的荷载及破坏过程，分析得到所述界面的抗压强度。根据破坏模式图(图2)及表1中测试得到的标定组与实施例1中的界面(NU-0)粘结强度的对比结果，0°界面角的复合试件破坏模式为传统混凝土达到极限抗压强度而破坏，实施例1中形成的复合试件的粘结强度大于标定组的粘结强度，说明通过本发明采用的方法能够测试得到C40与UHPC形成的界面(NU-0)间的抗压强度高于标定组的抗压强度。
表1标定组与实施例1中NU-0-3的粘结强度对比
| 试件编号 | 粘结强度/MPa | 与标定组粘结强度比值/％ |
| 标定组 | 41.98 | 100％ |
| NU-0 | 44.24 | 105.4％ |
实施例2
一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，具体方法包括如下步骤：
(1)条件确认：根据待检测的界面抗压强度的要求确认以下参数：界面角度(15°)、先浇混凝土的材料配比(先浇混凝土为传统混凝凝土，可以采用C25、C30、C35或C40中的任意一种，本次实验采用由质量比为376:704:1148:4.5:184的普通硅酸盐水泥、砂、碎石、外加剂和水组成的C40为先浇混凝土材料)，后浇混凝土的材料配比(后浇混凝土为超高性能混凝土，本次实验采用由质量比为3000:180:50:216的预混料、水、外加剂和钢纤维组成的Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC)，)以及模具(具有15°倾斜角的方形磨具)；
(2)模具隔离：采用厚度在3mm以上的成型钢块材料作为垫块将模具隔离形成界面角度为15°的先浇部位和后浇部位；
(3)界面制备：首先在模具右边的先浇部位中浇筑C40的混凝土，养护28d形成先浇混凝土，然后进行界面处理(具体方法为首先除去垫块；然后清理先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物；最后对界面处进行凿毛处理后刷环氧树脂)，最后在模具左边的后浇部位中浇筑UHPC组成的混凝土，养护28d形成后浇混凝土(如图3所示)；
(4)试件制备：将步骤(3)中界面制备后形成的混凝土取出制备并养护形成试件，所述试件为100mm×100mm×300mm的标准棱柱体试件；
(5)界面抗压强度试验：首先将步骤(4)中制备的试件直立放置在压力试验机的下压板或钢垫板上，并使试件的轴心对准所述下压板的中心，然后开启压力试验机进行实验，记录实验过程中的油缸位移为4.44mm、试验荷载399.20kN、试件破坏过程如图4所示(从左到右分别为持续破坏过程下试件的不同状态)；
(6)将步骤(5)中的试验荷载与标定组的试验荷载进行比较，若试验荷载≥标定组的试验荷载则说明界面粘接良好；若试验荷载＜标定组的试验荷载，则采用数值模拟对不同角度实验进行模拟分析，通过对比实验与模拟的荷载及破坏过程，分析得到界面的抗压强度。根据破坏模式图(图4)及表2中测试得到的标定组与实施例2中的界面(NU-15)粘结强度的对比结果，15°界面角的复合试件破坏模式为传统混凝土达到极限抗压强度而破坏，实施例1中形成的复合试件的粘结强度小于标定组的粘结强度，说明通过本发明采用的方法能够测试得到C40与UHPC形成的界面(NU-15)间的抗压强度低于标定组的抗压强度。
表2标定组与实施例2中的界面(NU-15)粘结强度的对比粘结强度汇总表
| 试件编号 | 粘结强度/MPa | 与标定组粘结强度比值/％ |
| 标定组 | 41.98 | 100％ |
| NU-15 | 38.57 | 91.9％ |
实施例3
一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，具方法包括如下步骤：
(1)条件确认：根据待检测的界面抗压强度的要求确认以下参数：界面角度(30°)、先浇混凝土的材料配比(先浇混凝土为传统混凝凝土，可以采用C25、C30、C35或C40等，本次实验采用由质量比为376:704:1148:4.5:184的普通硅酸盐水泥、砂、碎石、外加剂和水组成的C40为先浇混凝土材料)、后浇混凝土的材料配比(后浇混凝土为超高性能混凝土，本次实验采用Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC)，具体由质量比为3000:180:50:216的预混料、水、外加剂和钢纤维组成)以及模具(具有30°倾斜角的方形磨具)；
(2)模具隔离：采用厚度在3mm以上的成型成型钢块作为垫块将模具隔离形成界面角度为30°的先浇部位和后浇部位；
(3)界面制备：首先在模具下部的先浇部位中浇筑C40的混凝土，养护28d形成先浇混凝土，然后进行界面处理(具体方法为首先除去垫块；然后清理先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物；最后对界面处进行凿毛处理后刷环氧树脂)，最后在模具上部的后浇部位中浇筑由UHPC组成的混凝土，养护28d形成后浇混凝土(如图5所示)；
(4)试件制备：将步骤(3)中界面制备后形成的混凝土取出制备并养护形成试件，所述试件为100mm×100mm×300mm的标准棱柱体试件；
(5)界面抗压强度试验：首先将步骤(4)中制备的试件直立放置在压力试验机的下压板或钢垫板上，并使试件的轴心对准所述下压板的中心，然后开启压力试验机进行实验，记录实验过程中的油缸位移为4.06mm、试验荷载为370.28kN、试件破坏过程如图6所示(从左到右分别为持续破坏过程下试件的不同状态)；
(6)将步骤(5)中的试验荷载与标定组的试验荷载进行比较，若试验荷载≥标定组的试验荷载则说明界面粘接良好；若试验荷载＜标定组的试验荷载，则采用数值模拟对不同角度实验进行模拟分析，通过对比实验与模拟的荷载及破坏过程，分析得到所述界面的抗压强度。根据破坏模式图(图6)及表3中测试得到的标定组与实施例1中的界面(NU-30)粘结强度的对比结果，30°界面角的复合试件破坏模式为传统混凝土达到极限抗压强度而破坏，实施例3中形成的复合试件的粘结强度小于标定组的粘结强度，说明通过本发明采用的方法能够测试得到C40与UHPC形成的界面(NU-30)间的抗压强度小于标定组的抗压强度。
表3标定组与实施例1中NU-30的粘结强度对比
| 试件编号 | 粘结强度/MPa | 与标定组粘结强度比值/％ |
| 标定组 | 41.98 | 100％ |
| NU-30 | 32.08 | 76.4％ |
实施例4
一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，具体方法包括如下步骤：
(1)条件确认：根据待检测的界面抗压强度的要求确认以下参数：界面角度(45°)、先浇混凝土的材料配比(先浇混凝土为传统混凝凝土，可以采用C25、C30、C35或C40等，本次实验采用的C40，具体由质量比为376:704:1148:4.5:184的普通硅酸盐水泥、砂、碎石、外加剂和水组成)、后浇混凝土的材料配比(后浇混凝土为超高性能混凝土，本次实验采用Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC)，具体由质量比为3000:180:50:216的预混料、水、外加剂和钢纤维组成)以及模具(具有45°倾斜角的方形磨具)；
(2)模具隔离：采用厚度在3mm以上的成型钢块作为垫块将模具隔离形成界面角度为45°的先浇部位和后浇部位；
(3)界面制备：首先在模具下部的先浇部位中浇筑C30的混凝土，养护28d形成先浇混凝土，然后进行界面处理(具体方法为首先除去垫块；然后清理先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物；最后对界面处进行凿毛处理后刷环氧树脂)，最后在模具上部的后浇部位中浇筑由UHPC组成的混凝土，养护28d形成后浇混凝土(如图7所示)；
(4)试件制备：将步骤(3)中界面制备后形成的混凝土取出制备并养护形成试件，所述试件为100mm×100mm×300mm的标准棱柱体试件；
(5)界面抗压强度试验：首先将步骤(4)中制备的试件直立放置在压力试验机的下压板或钢垫板上，并使试件的轴心对准所述下压板的中心，然后开启所述压力试验机进行实验，记录实验过程中的油缸位移为3.57mm、试验荷载279.62kN、试件破坏过程如图8所示(从左到右分别为持续破坏过程下试件的不同状态)；
(6)将步骤(5)中的试验荷载与标定组的试验荷载进行比较，若试验荷载≥标定组的试验荷载则说明界面粘接良好；若试验荷载＜标定组的试验荷载，则采用数值模拟对不同角度实验进行模拟分析，通过对比实验与模拟的荷载及破坏过程，分析得到所述界面的抗压强度。根据破坏模式图(图8)及表4中测试得到的标定组与实施例1中的界面(NU-45)粘结强度的对比结果，45°界面角的复合试件破坏模式为传统混凝土达到极限抗压强度而破坏，实施例4中形成的复合试件的粘结强度小于标定组的粘结强度，说明通过本发明采用的方法能够测试得到C40与UHPC形成的界面(NU-45)间的抗压强度低于标定组的抗压强度。
表1标定组与实施例1中NU-45的粘结强度对比
| 试件编号 | 粘结强度/MPa | 与标定组粘结强度比值/％ |
| 标定组 | 41.98 | 100％ |
| NU-45 | 19.77 | 47.1％ |
由此可以看出，本发明在传统混凝土材料力学性能测试的基础上，引入先后浇、界面角、界面处理等试验流程，指明相关流程试验辅助器材需求与制作方式，提出界面力学特性判定与计算方法，可应用于界面力学性能测试、界面处理材料测试、界面处治工艺测试等，可作为后浇装配式复合结构设计、运营隧道空洞病害填充处治、运营隧道衬砌裂缝修等设计、施工的基础资料，对于推进新材料、新技术、新工艺的工程应用，具有重要工程意义与社会价值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种复合结构混凝土界面抗压强度的测试方法，其特征在于，所述方法如下步骤：
(1)条件确认：根据待检测的界面抗压强度的要求确认以下参数：界面角度、先浇混凝土和后浇混凝土的材料配比以及模具；
(2)模具隔离：按照步骤(1)中的界面角度将所述模具用垫块隔离形成先浇部位和后浇部位；
(3)界面制备：首先在所述先浇部位中浇筑养护形成先浇混凝土，然后进行界面处理，最后在所述后浇部位中浇筑养护形成后浇混凝土；
(4)试件制备：将步骤(3)中界面制备后形成的混凝土取出制备并养护形成试件，所述试件为100mm×100mm×300mm的标准棱柱体试件、200mm×200mm×400mm的非标准棱柱体试件或者
的圆柱体非标准试件；
(5)界面抗压强度试验：首先将步骤(4)中制备的试件直立放置在压力试验机的下压板或钢垫板上，并使所述试件的轴心对准所述下压板的中心，然后开启所述压力试验机进行实验，记录实验过程中的油缸位移、试验荷载、试件破坏过程影像；
(6)将步骤(5)中的所述试验荷载与标定组的试验荷载进行比较，若所述试验荷载≥标定组的试验荷载则说明界面粘接良好；若所述试验荷载＜标定组的试验荷载，则采用数值模拟对不同角度实验进行模拟分析，通过对比实验与模拟的荷载及破坏过程，分析得到所述界面的抗压强度。
2.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，所述界面与所述模具的对称面垂直且沿模具的对称面进行角度偏转。
3.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，步骤(1)中所述界面角度为0°、15°、30°或45°。
4.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，步骤(1)中所述先浇混凝土为传统混凝凝土；所述后浇混凝土为超高性能混凝土。
5.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，步骤(1)中所述模具为用于混凝土力学性能试验的模具；所述模具为方形模具或柱形模具。
6.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，步骤(2)中所述垫块为成型钢块、木块、塑料块或混凝土块中的任意一种；所述垫块的厚度≥3mm；
步骤(2)中所述先浇部位位于方形模具右边或者柱形模具的下部。
7.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，步骤(3)中所述界面处理具体为：首先除去垫块；然后清理所述先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物；最后对界面处进行凿毛处理后刷界面胶，所述界面胶为乳液型界面胶或者粉末型界面胶。
8.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，所述养护时间为28d。
9.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，步骤(5)中在所述试件在放置在压力试验机上之前进行以下预处理过程：打磨所述试件表面使其表面平整，然后将所述试件的表面或者所述压力试验机的上下承压板擦拭干净；
步骤(5)中所述试验过程中，通过调整所述压力试验机的球座使所述压力试验机的上压板与所述试件或钢垫板的接触处于均衡状态；所述试验过程中进行连续均匀加荷。
10.根据权利要求9所述测试方法，其特征在于，所述加荷速度按照以下方式决定：比较先浇混凝土和后浇混凝土的等级，将较低等级的混凝土作为低等级混凝土，当所述低等级混凝土＜C30时，采用的加荷速度为0.3～0.5MPa/s；当所述低等级混凝土≥C30且＜C60时，采用的加荷速度为0.5～0.8MPa/s；当所述低等级混凝土≥C60时，采用的加荷速度为0.8～1.0MPa/s。
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