CN112748020A - 一种复合结构混凝土界面抗弯强度的测试方法 - Google Patents

一种复合结构混凝土界面抗弯强度的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合结构混凝土界面抗弯强度的测试方法,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弯强度。

Description

一种复合结构混凝土界面抗弯强度的测试方法
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弯强度的测试方法。
背景技术
近些年来,新旧混凝土的粘结被广泛用于隧道工程中,如新建隧道的装配式结构和运营隧道病害处治加固。超高性能混凝土具有极低的渗透率、优异的力学性能和耐久性能,采用超高性能混凝土粘结普通混凝土成为了当今土木建筑工程中的主要方向,而新旧混凝土的界面的状况被认为是影响粘结强度最主要的因素。超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)的界面抗剪强度是实际的应用工程中一项重要的设计指标,开展新旧混凝土的界面的力学性能测试具有重要的工程意义。
因此为了保证超高性能混凝土与普通混凝土可以共同工作,需要提供一种能够测试超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)之间的界面的抗弯强度。
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弯强度的测试方法。
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弯强度的测试方法,所述方法包括如下步骤:
(1)条件确认:根据待检测的界面抗弯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)界面制备:先在所述模具中浇筑养护形成先浇混凝土,然后进行界面处理,最后在所述模具中浇筑养护形成后浇混凝土,所述先浇混凝土与后浇混凝土形成的界面角度为0°;
(3)试件制备:将步骤(2)中界面制备后形成的复合结构混凝土取出制备并养护形成试件,所述试件为100mm×100mm×600mm的标准棱柱体试件、100mm×100mm×550mm的标准棱柱体试件或者100mm×100mm×400mm的非标准棱柱体试件;
(4)界面抗压强度试验:首先将步骤(3)中制备的试件平躺放置在压力试验机的支座上,使所述支座和承压板与所述试件进行平稳均匀地接触,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、试件破坏过程影像以及试件下边缘断裂位置;
(5)将步骤(4)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,通过对比试验与模拟的荷载及破坏过程,分析得到所述界面的抗弯强度。
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(2)中所述先浇混凝土与后浇混凝土在所述模具中的位置为上下分布或者左右分布,其中上下分布的模具中所述先浇混凝土与后浇混凝土的高度之比为1:1,左右分布的模具中所述先浇混凝土与后浇混凝土的长度之比为1:1。
进一步优选的,当所述先浇混凝土与后浇混凝土在所述模具中的位置为左右分布时在浇筑形成先浇混凝土之前采用垫块在模具中间进行隔离,将所述模具形成等长度的先浇部位和后浇部位。
进一步优选的,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)中所述界面处理具体为:首先清理所述先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物;然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。
优选的,所述养护时间为28d。
优选的,步骤(4)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(4)中所述试验过程中进行连续均匀加荷。
进一步优选的,所述加荷的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0.02~0.05MPa/s;当所述低等级混凝土≥C30且<C60时,采用的加荷速度为0.05~0.08MPa/s;当所述低等级混凝土≥C60时,采用的加荷速度为0.08~0.1MPa/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,对于在隧道工程中装配式结构的应用和隧道结构病害处治具有实际意义。
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为实施例1中先浇混凝土与后浇混凝土为上下位置关系的界面模具图;
图2为实施例1中的复合试件破坏模式图;
图3为实施例2中先浇混凝土与后浇混凝土为左右位置关系的界面模具图;
图4为实施例2中的复合试件破坏模式图。
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
测试后浇装配式结构中界面的抗剪强度,具体测试过程如下所示:
(1)根据待检测抗弯强度的后浇装配式结构的界面,确认以下参数:界面角度为0°、先浇混凝土的材料与装配式管片材料对应(即超高性能混凝土,如本次实验采用Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC),具体的材料组成为:预混料、水、外加剂和钢纤维,相应的质量比为3000:180:50:216),后浇混凝土的材料与灌浆材料一致(即传统混凝土,采用的C30,具体材料组成为:普通硅酸盐水泥、砂、碎石、外加剂和水,相应的质量比为376:704:1148:4.5:184),采用先浇混凝土与后浇混凝土上下分布的模具(该模具中形成的界面与模具的对称面垂直,如图1所示),同时确定先浇混凝土与后浇混凝土的高度之比为1:1;
(2)界面制备:先在步骤(1)中选择的模具中将装配式管片材料进行浇筑养护形成先浇混凝土(即将UHPC进行浇筑然后在养护箱中养护28d),然后进行界面处理,最后在准备的模具中浇筑养护形成后浇混凝土(即将C30进行浇筑然后在养护箱中养护28d),先浇混凝土与后浇混凝土形成的界面角度为0°;
(3)试件制备:将步骤(2)中界面制备后形成的复合结构混凝土取出制备并养护形成100mm×100mm×400mm的标准棱柱体试件;
(4)界面抗压强度试验:首先将步骤(3)中制备的试件平躺放置在压力试验机的支座上(放置之前进行如下的预处理:打磨试件表面使其表面平整,然后将试件的表面或者压力试验机的上下承压板擦拭干净),使压力试验机的支座和承压板与试件进行平稳均匀地接触,然后开启压力试验机进行实验,记录实验过程中的跨中挠度为2.7mm、试验荷载为87.41kN、试件破坏过程影像以及试件下边缘断裂位置,如图2所示;
(5)将步骤(4)中的所述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,通过对比试验与模拟的荷载及破坏过程,分析得到界面的抗弯强度。根据表1中测试得到的标定组与实施例1中的界面(UN-HY)的抗弯强度对比结果,实施例1中通过界面水平浇筑的复合试件可以有效提高试件的抗弯强度,抗弯强度在标定组的基础上提高19%。
表1标定组与实施例1中UN-HY的抗弯强度对比
试件标号 抗弯强度/MPa 与标定组的比值/%
标定组 5.98 100%
UN-HY 7.43 124.2%
实施例2
测试后浇装配式结构中界面的抗剪强度,具体测试过程如下所示:
(1)根据待检测抗弯强度的后浇装配式结构的界面,确认以下参数:界面角度为0°、先浇混凝土的材料与运营隧道衬砌结构混凝土标号一致(即传统混凝凝土,采用的C40,具体材料组成为:普通硅酸盐水泥、砂、碎石、外加剂和水,相应的质量比为376:704:1148:4.5:184),后浇混凝土的材料与处治用注浆材料一致(即超高性能混凝土,如本次实验采用Ductal提供的超高性能混凝土(UHPC),具体的材料组成为:预混料、水、外加剂和钢纤维,相应的质量比为3000:180:50:216),采用先浇混凝土与后浇混凝土左右分布的模具(模具中形成的界面与采用的模具对称面平行,如图3所示),同时确定先浇混凝土与后浇混凝土的长度之比为1:1;
(2)界面制备:先在步骤(1)中选择的模具中加上垫块(垫块为成型钢块、木块、塑料块或混凝土块中的任意一种)形成长度之比为1:1的两部分,在模具的一边进行浇筑养护形成先浇混凝土(先将C40混凝土进行浇筑然后在养护箱中养护28d),然后进行界面处理,最后在所述模具中的另一边浇筑养护形成后浇混凝土(先将UHPC进行浇筑然后在养护箱中养护28d),先浇混凝土与后浇混凝土形成的界面角度为0°;
(3)试件制备:将步骤(2)中界面制备后形成的复合结构混凝土取出制备并养护形成100mm×100mm×400mm的非标准棱柱体试件;
(4)界面抗压强度试验:首先将步骤(3)中制备的试件平躺放置在压力试验机的支座上(放置之前进行如下的预处理:打磨试件表面使其表面平整,然后将试件的表面或者压力试验机的上下承压板擦拭干净),使压力试验机的支座和承压板与试件进行平稳均匀地接触,然后开启压力试验机进行实验,记录实验过程中的跨中挠度为0.29mm、试验荷载为31.83kN、试件破坏过程影像以及试件下边缘断裂位置,如图4所示;
(5)将步骤(4)中的所述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,通过对比试验与模拟的荷载及破坏过程,分析得到所述界面的抗弯强度。根据表2中测试得到的标定组与实施例2中的界面(UN-VY)的抗弯强度汇总表,实施例2中通过垂直界面浇筑的复合试件抗弯强度远低于标定组,粘结性能较差。
抗弯强度汇总表
试件标号 抗弯强度/MPa 与标定组的比值/%
标定组 5.98 100%
UN-VY 1.08 18.1%
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,对于在隧道工程中装配式结构的应用和隧道结构病害处治具有实际意义。
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弯强度的测试方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)条件确认:根据待检测的界面抗弯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)界面制备:先在所述模具中浇筑养护形成先浇混凝土,然后进行界面处理,最后在所述模具中浇筑养护形成后浇混凝土,所述先浇混凝土与后浇混凝土形成的界面角度为0°;
(3)试件制备:将步骤(2)中界面制备后形成的复合结构混凝土取出制备并养护形成试件,所述试件为100mm×100mm×600mm的标准棱柱体试件、100mm×100mm×550mm的标准棱柱体试件或者100mm×100mm×400mm的非标准棱柱体试件;
(4)界面抗压强度试验:首先将步骤(3)中制备的试件平躺放置在压力试验机的支座上,使所述支座和承压板与所述试件进行平稳均匀地接触,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、试件破坏过程影像以及试件下边缘断裂位置;
(5)将步骤(4)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,通过对比试验与模拟的荷载及破坏过程,分析得到所述界面的抗弯强度。
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(2)中所述先浇混凝土与后浇混凝土在所述模具中的位置为上下分布或者左右分布,上下分布的模具中所述先浇混凝土与后浇混凝土的高度之比为1:1,左右分布的模具中所述先浇混凝土与后浇混凝土的长度之比为1:1。
4.根据权利要求3所述测试方法,其特征在于,当所述先浇混凝土与后浇混凝土在所述模具中的位置为左右分布时在浇筑形成先浇混凝土之前采用垫块在模具中间进行隔离,将所述模具形成等长度的先浇部位和后浇部位。
5.根据权利要求4所述测试方法,其特征在于,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。
6.根据权利要求1所述测试方法,其特征在于,步骤(2)中所述界面处理具体为:首先清理所述先浇混凝土界面处的油污、灰尘和附着物;然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。
7.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。
8.根据权利要求1所述测试方法,其特征在于,步骤(4)中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。
9.根据权利要求1所述测试方法,其特征在于,步骤(4)中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,所述加荷的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0.02~0.05MPa/s;当所述低等级混凝土≥C30且<C60时,采用的加荷速度为0.05~0.08MPa/s;当所述低等级混凝土≥C60时,采用的加荷速度为0.08~0.1MPa/s。
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