無機(jī)膠粘材料剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞機(jī)理分析

1、前 言 無機(jī)膠粘材料的剪切強(qiáng)度是其力學(xué)性能指標(biāo)中 一個非常重要的項(xiàng)目, 特別是在墻體材料中, 膠粘材 料承擔(dān)著裝飾層與主墻體的粘結(jié)作用, 如外立面瓷磚 鋪貼用的瓷磚膠粘劑 、 混凝土墻體表面處理用的混凝 土界面處理劑, 以及石材濕鋪用的石材粘合劑等 。 可以 說, 剪切強(qiáng)度的高低在部分程度上決定了建筑物裝飾 層的質(zhì)量 。對于無機(jī)膠粘材料的剪切強(qiáng)度, 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際檢 測工作中, 同種材料, 同種條件下, 多組試件檢出數(shù)據(jù) 相比, 數(shù)據(jù)波動大, 離散性高, 而且破壞形式多種多樣 。 最終的結(jié)果評價(jià), 由于這些不確定因素使置信度不高 。分析剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的試件可以看出, 試件破壞時(shí), 在同 一組檢測數(shù)

2、據(jù)中, 不同的破壞形式正是產(chǎn)生力值波動 的主要原因 。本次試驗(yàn)的目的是選用同種類型的材料, 通過制 作不同厚度的膠粘層, 以產(chǎn)生不同類型的破壞模型, 測 試其剪切強(qiáng)度及破壞形式 。 最終分析試件的剪切強(qiáng)度 、 破壞形式對結(jié)果評價(jià)的綜合影響 。 1試驗(yàn)部分 1.1試驗(yàn)原料混凝土界面處理劑 P JC/T907-2002, 杭州中鑫 建材廠 。 1.2試驗(yàn)設(shè)備液壓式壓力試驗(yàn)機(jī) YE-1000, 精度 1級 , 浙江競 遠(yuǎn)機(jī)械設(shè)備有限公司 。無機(jī)膠粘材料剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞機(jī)理分析李國慶 1夏輝華 2厲興 2(1. 浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站, 浙江 杭州 310012; 2. 浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院,

3、 浙江 杭州 310012【 摘 要 】 剪切強(qiáng)度是無機(jī)膠粘材料的一個重要特性, 對于該項(xiàng)目的檢測分析, 往往由于檢出值的較大離散性, 導(dǎo)致結(jié)果評定的不確定度較高 。 本文分析了檢測過程中破壞形式和破壞機(jī)理對結(jié)果評價(jià)的影響, 提出了一些建議 ?！?關(guān) 鍵 詞 】 無機(jī)膠粘材料; 剪切強(qiáng)度 【 中 圖 分 類 號 】 TU502+.6【 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 】 A【 文 章 編 號 】 1671-3702(201202-0020-03作者簡介 :李國慶 , 男 , 工程師 , 主要從事建筑裝飾材料方面的工作 。Destroy Mechanics Analysis of Non-organic G

4、lue During Shearing Strength TestLI Guo-qing 1XIA Hui-hua 2LI Xing 2(1.Zhejiangbuilding construction quality inspection station, Hangzhou 310012, China ; 2.Zhejiang academy of building research &design redya. Ltd., Hangzhou Zhejiang 310012, ChinaAbstract:Shear strength is an important characteri

5、stic of inorganic glue material. For the test method about them resulting in more discreteness, evaluation criterion is hard to integrate. this article gives a detailed analysis about the destructional forms and the failure mechanism reacting to the result, and put forward some suggestions.Keywords:

6、inorganic glue material; shear strength 第 30卷 2012年第 2期質(zhì)量檢測 uality Test20- 表 3膠層厚度為 4.0mm 的 C 型試件結(jié)果匯總樣本編號 12345678910破壞模式 STR -3STR -3STR -2STR -3STR -2STR -2STR -2STR -3STR -2STR -2剪切強(qiáng)度 (MPa 2.351.901.202.301.311.441.092.461.351.43對平均值偏差 (%+39.9+13.1-28.6+36.9-22.0-14.3-35.1+46.4-19.6-14.9綜合分析樣本的平均

7、值 =1.68樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 S =31.0表 1膠層厚度為 1.5mm 的 A 型試件結(jié)果匯總樣本編號 12345678910破壞模式 STR-3STR -3STR-2STR-3STR-3STR-2STR-3STR-3STR-3STR-3剪切強(qiáng)度 (MPa 1.611.371.281.561.711.031.851.901.511.75對平均值偏差 (%+3.2-12.2-17.9+9.6-34.0+18.6+21.8-3.2+12.2綜合分析樣本的平均值 =1.56樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 S =17.3表 2膠層厚度為 3.0mm 的 B 型試件結(jié)果匯總樣本編號 12345678910破壞模式 STR

8、-3STR-2STR-3STR-3STR-2STR-2STR-3STR-3STR-3STR-3剪切強(qiáng)度 (MPa 2.021.251.782.181.611.462.151.972.091.59對平均值偏差 (%+11.6-30.9-1.7+20.4-11.0-19.3+18.8+8.8+15.5-12.2綜合分析樣本的平均值 =1.81樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 S =17.71.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)對無機(jī)膠粘材料剪切強(qiáng)度樣品的成型制作方法和 試驗(yàn)方法, 國家規(guī)范有幾種不同類型的規(guī)定 。 本文就墻 體建材中常用的混凝土界面處理劑作為本次試驗(yàn)的材 料 。 成型制備時(shí), 以不同的膠粘層厚度制作三種不同的 類型:即膠粘層

9、厚度為 1.5mm 的 A 型試件 、 膠粘層厚 度為 3.0mm 的 B 型試件 、膠粘層厚度為 4mm 的 C 型 試件, 每組試件數(shù)量為 10個, 在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù) 14d 后進(jìn)行試驗(yàn) 。 1.4測試與表征1 剪切強(qiáng)度的結(jié)果計(jì)算剪切強(qiáng)度的計(jì)算公式在不同的國家規(guī)范中基本是 統(tǒng)一的, 即=F Q /A 1式中 剪切強(qiáng)度 (MPa ;F Q 壓縮剪切力 (N ; A 剪切面積 (mm 2 。 2 剪切強(qiáng)度破壞類型的表示方法對于試件的破壞形式, 國家規(guī)范并無明確的分類, 本文綜合實(shí)際情況按以下方法表示破壞類型: 陶質(zhì)無釉磚失效破壞此種情況多發(fā)生于市售的陶磚質(zhì)量較差, 磚體強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)的情況 。

10、 當(dāng)壓力試驗(yàn)機(jī)加壓時(shí), 在膠粘層尚未發(fā)生 破壞時(shí), 無釉磚即發(fā)生失效, 如棱角破碎 、 磚體開裂 、 磚體 破碎等 。 這種形式的破壞用 INV -1表示 (見圖 1 。 膠粘界面單面剪切此種情況是指剪切完畢后, 陶質(zhì)無釉磚未發(fā)生任 何破壞 。 試件打開后, 膠粘層與陶磚的界面發(fā)生完全剝 離, 即試件其中一塊陶質(zhì)無釉磚的粘貼面未粘附有膠 粘劑, 且膠粘層本身未發(fā)生破壞 。 這種形式的破壞用 STR -2表示 (見圖 2 。 膠粘界面雙面拉伸剪切此種情況是指剪切完畢后, 陶質(zhì)無釉磚未發(fā)生任 何破壞 。 試件打開后, 膠粘層一部分與陶磚發(fā)生界面剝 離, 另外一部分的本體出現(xiàn)內(nèi)聚破壞 。 這種形式的

11、破壞 用 STR -3表示 (見圖 3 。3 試驗(yàn)結(jié)果 (見表 1表 3 。圖 1INV -1圖 2STR -2圖 3STR -321-2結(jié)果與討論 2.1破壞類型的討論從表 1表 3可以看出, 膠層為 1.5mm 的剪切試 件, 在受力破壞時(shí), 多發(fā)生界面雙面拉伸剪切, 即 STR -3型; 膠層為 3.0mm 的剪切樣本, 在界面的破壞形式為 混合多發(fā), 即 STR -2型與 STR -3型皆有不同數(shù)量的 發(fā)生; 當(dāng)膠層增至 4.0mm 厚時(shí), 剪切界面為單面剪切, 即 STR -2型 。 為了探究其原因, 下面建立了一個簡單 模型 (見圖 4 , 用以分析膠層在受力時(shí)的破壞機(jī)理 。從模型

12、圖看出, 當(dāng)試件受壓 、 陶磚剛性體未破壞的 情況下, 荷載通過磚體傳遞至膠粘材料, 在界面剪切力 的作用下, 膠粘材料發(fā)生剪切拉伸變形, 而不僅僅是剪 切變形 。 根據(jù)膠粘劑內(nèi)聚力與界面剪切力的大小進(jìn)行 博弈, 將發(fā)生如下不同的破壞形式 。1 當(dāng)界面剪切力小于膠粘材料的內(nèi)聚力時(shí), 多發(fā) 生 STR -2型破壞, 即單面發(fā)生完全剝離 。2 當(dāng)界面剪切力大于膠粘材料內(nèi)聚力時(shí), 多發(fā)生 STR -3型破壞, 即界面雙面拉伸剪切 。 此種條件下, 剪 切試樣在受剪切面上除了剪切力作用外, 還有附加力 偶, 致使試樣發(fā)生旋轉(zhuǎn) 。 這種旋轉(zhuǎn)傾向只靠試樣本身所 產(chǎn)生的反力來克服, 于是提高了試樣芯層的正應(yīng)

13、力 2。 試驗(yàn)機(jī)檢出的不僅僅是單面剪切力, 而且還包含了膠 粘劑部分界面剪切力和膠粘劑芯層的正應(yīng)力 (即內(nèi)聚 力 , 是一個復(fù)合力 。 這個復(fù)合力值明顯高于 STR -2型 破壞時(shí)的力 。從以上的分析可以看出, 剪切強(qiáng)度的界面破壞形 式取決于膠粘劑內(nèi)聚力與界面剪切力的比較, 各自的 大小又有其不同的決定因素 。界面剪切力的大小主要影響因素有幾下幾點(diǎn): 界面的處理 。 在剪切實(shí)驗(yàn)中, 陶質(zhì)磚表界面處理得干凈 與否, 磚體的浸潤及保濕是否有效, 決定了后期界面強(qiáng) 度增長的高低; 界面的面積 。 同樣的剪切應(yīng)力條件下, 膠粘面積越大, 剪切力自然越大 。膠粘劑內(nèi)聚力的大小主要取決于: 材料本身的 性

14、能, 即無機(jī)膠粘材料本體的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度; 膠層的 厚度, 當(dāng)膠粘芯層處于拉伸狀態(tài)時(shí), 膠層越厚, 受拉的 橫截面積越大, 內(nèi)聚力越高 。 2.2檢出力值的討論從三張表的檢出數(shù)據(jù)可以看出, 膠層厚度為 3.0mm 的 B 型試件剪切強(qiáng)度平均值是最高的 。 膠層厚度為 4.0mm 的 C 型試件剪切強(qiáng)度數(shù)值離散性最高, 最高的 可達(dá) 46%。 無機(jī)膠粘材料規(guī)范中對膠粘材料剪切強(qiáng)度 的結(jié)果評價(jià)有以下幾種: “ 試驗(yàn)時(shí)如瓷磚未發(fā)生破壞, 且數(shù)據(jù)在該組數(shù)據(jù)平均值的 ±20%之內(nèi),則認(rèn)為該數(shù) 據(jù)有效 ” 3。 “ 求 10個數(shù)據(jù)的平均值; 舍棄超出平均值 20%范圍的數(shù)據(jù), 若仍有 5個或更多的數(shù)據(jù)被保留, 求新的平均值; 若少于 5個數(shù)據(jù)被保 留, 重新實(shí)驗(yàn) ” 4, 從以上兩種結(jié)果評價(jià)中可以看出, 規(guī)范側(cè)重于數(shù)據(jù)的誤差范圍, 未考慮到剪切強(qiáng)度的破壞 模式因素對數(shù)據(jù)大小的影響 。 而在實(shí)際的破壞結(jié)果中, 數(shù)據(jù)大范圍波動, 往往是跟樣本的破壞形式緊密相關(guān) 的 。 不同破壞形式的數(shù)值在同一種標(biāo)準(zhǔn)中評價(jià), 是極限 偏差的主要原因 。 3結(jié)語1 無機(jī)膠粘劑的剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中, 剪切破壞分成 好幾種類型 。 不同類型反映了不同的破壞機(jī)理, 也代表 著不同類型的強(qiáng)度 。2 現(xiàn)有的國家規(guī)范對剪切強(qiáng)度的結(jié)果評價(jià)