无机胶粘材料剪切强度试验的破坏机理分析

1、前 言 无机胶粘材料的剪切强度是其力学性能指标中 一个非常重要的项目, 特别是在墙体材料中, 胶粘材 料承担着装饰层与主墙体的粘结作用, 如外立面瓷砖 铺贴用的瓷砖胶粘剂 、 混凝土墙体表面处理用的混凝 土界面处理剂, 以及石材湿铺用的石材粘合剂等 。 可以 说, 剪切强度的高低在部分程度上决定了建筑物装饰 层的质量 。对于无机胶粘材料的剪切强度, 在实验室实际检 测工作中, 同种材料, 同种条件下, 多组试件检出数据 相比, 数据波动大, 离散性高, 而且破坏形式多种多样 。 最终的结果评价, 由于这些不确定因素使置信度不高 。分析剪切强度试验的试件可以看出, 试件破坏时, 在同 一组检测数

2、据中, 不同的破坏形式正是产生力值波动 的主要原因 。本次试验的目的是选用同种类型的材料, 通过制 作不同厚度的胶粘层, 以产生不同类型的破坏模型, 测 试其剪切强度及破坏形式 。 最终分析试件的剪切强度 、 破坏形式对结果评价的综合影响 。 1试验部分 1.1试验原料混凝土界面处理剂 P JC/T907-2002, 杭州中鑫 建材厂 。 1.2试验设备液压式压力试验机 YE-1000, 精度 1级 , 浙江竞 远机械设备有限公司 。无机胶粘材料剪切强度试验的破坏机理分析李国庆 1夏辉华 2厉兴 2(1. 浙江省建设工程质量检验站, 浙江 杭州 310012; 2. 浙江省建筑科学设计研究院,

3、 浙江 杭州 310012【 摘 要 】 剪切强度是无机胶粘材料的一个重要特性, 对于该项目的检测分析, 往往由于检出值的较大离散性, 导致结果评定的不确定度较高 。 本文分析了检测过程中破坏形式和破坏机理对结果评价的影响, 提出了一些建议 。【 关 键 词 】 无机胶粘材料; 剪切强度 【 中 图 分 类 号 】 TU502+.6【 文 献 标 识 码 】 A【 文 章 编 号 】 1671-3702(201202-0020-03作者简介 :李国庆 , 男 , 工程师 , 主要从事建筑装饰材料方面的工作 。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期质量检测 uality Test20- 表 3胶层厚度为 4.0mm 的 C 型试件结果汇总样本编号 12345678910破坏模式 STR -3STR -3STR -2STR -3STR -2STR -2STR -2STR -3STR -2STR -2剪切强度 (MPa 2.351.901.202.301.311.441.092.461.351.43对平均值偏差 (%+39.9+13.1-28.6+36.9-22.0-14.3-35.1+46.4-19.6-14.9综合分析样本的平均

7、值 =1.68样本标准偏差 S =31.0表 1胶层厚度为 1.5mm 的 A 型试件结果汇总样本编号 12345678910破坏模式 STR-3STR -3STR-2STR-3STR-3STR-2STR-3STR-3STR-3STR-3剪切强度 (MPa 1.611.371.281.561.711.031.851.901.511.75对平均值偏差 (%+3.2-12.2-17.9+9.6-34.0+18.6+21.8-3.2+12.2综合分析样本的平均值 =1.56样本标准偏差 S =17.3表 2胶层厚度为 3.0mm 的 B 型试件结果汇总样本编号 12345678910破坏模式 STR

8、-3STR-2STR-3STR-3STR-2STR-2STR-3STR-3STR-3STR-3剪切强度 (MPa 2.021.251.782.181.611.462.151.972.091.59对平均值偏差 (%+11.6-30.9-1.7+20.4-11.0-19.3+18.8+8.8+15.5-12.2综合分析样本的平均值 =1.81样本标准偏差 S =17.71.3试验设计对无机胶粘材料剪切强度样品的成型制作方法和 试验方法, 国家规范有几种不同类型的规定 。 本文就墙 体建材中常用的混凝土界面处理剂作为本次试验的材 料 。 成型制备时, 以不同的胶粘层厚度制作三种不同的 类型:即胶粘层

9、厚度为 1.5mm 的 A 型试件 、 胶粘层厚 度为 3.0mm 的 B 型试件 、胶粘层厚度为 4mm 的 C 型 试件, 每组试件数量为 10个, 在标准试验条件下养护 14d 后进行试验 。 1.4测试与表征1 剪切强度的结果计算剪切强度的计算公式在不同的国家规范中基本是 统一的, 即=F Q /A 1式中 剪切强度 (MPa ;F Q 压缩剪切力 (N ; A 剪切面积 (mm 2 。 2 剪切强度破坏类型的表示方法对于试件的破坏形式, 国家规范并无明确的分类, 本文综合实际情况按以下方法表示破坏类型: 陶质无釉砖失效破坏此种情况多发生于市售的陶砖质量较差, 砖体强度未达标的情况 。

10、 当压力试验机加压时, 在胶粘层尚未发生 破坏时, 无釉砖即发生失效, 如棱角破碎 、 砖体开裂 、 砖体 破碎等 。 这种形式的破坏用 INV -1表示 (见图 1 。 胶粘界面单面剪切此种情况是指剪切完毕后, 陶质无釉砖未发生任 何破坏 。 试件打开后, 胶粘层与陶砖的界面发生完全剥 离, 即试件其中一块陶质无釉砖的粘贴面未粘附有胶 粘剂, 且胶粘层本身未发生破坏 。 这种形式的破坏用 STR -2表示 (见图 2 。 胶粘界面双面拉伸剪切此种情况是指剪切完毕后, 陶质无釉砖未发生任 何破坏 。 试件打开后, 胶粘层一部分与陶砖发生界面剥 离, 另外一部分的本体出现内聚破坏 。 这种形式的

11、破坏 用 STR -3表示 (见图 3 。3 试验结果 (见表 1表 3 。图 1INV -1图 2STR -2图 3STR -321-2结果与讨论 2.1破坏类型的讨论从表 1表 3可以看出, 胶层为 1.5mm 的剪切试 件, 在受力破坏时, 多发生界面双面拉伸剪切, 即 STR -3型; 胶层为 3.0mm 的剪切样本, 在界面的破坏形式为 混合多发, 即 STR -2型与 STR -3型皆有不同数量的 发生; 当胶层增至 4.0mm 厚时, 剪切界面为单面剪切, 即 STR -2型 。 为了探究其原因, 下面建立了一个简单 模型 (见图 4 , 用以分析胶层在受力时的破坏机理 。从模型

12、图看出, 当试件受压 、 陶砖刚性体未破坏的 情况下, 荷载通过砖体传递至胶粘材料, 在界面剪切力 的作用下, 胶粘材料发生剪切拉伸变形, 而不仅仅是剪 切变形 。 根据胶粘剂内聚力与界面剪切力的大小进行 博弈, 将发生如下不同的破坏形式 。1 当界面剪切力小于胶粘材料的内聚力时, 多发 生 STR -2型破坏, 即单面发生完全剥离 。2 当界面剪切力大于胶粘材料内聚力时, 多发生 STR -3型破坏, 即界面双面拉伸剪切 。 此种条件下, 剪 切试样在受剪切面上除了剪切力作用外, 还有附加力 偶, 致使试样发生旋转 。 这种旋转倾向只靠试样本身所 产生的反力来克服, 于是提高了试样芯层的正应

13、力 2。 试验机检出的不仅仅是单面剪切力, 而且还包含了胶 粘剂部分界面剪切力和胶粘剂芯层的正应力 (即内聚 力 , 是一个复合力 。 这个复合力值明显高于 STR -2型 破坏时的力 。从以上的分析可以看出, 剪切强度的界面破坏形 式取决于胶粘剂内聚力与界面剪切力的比较, 各自的 大小又有其不同的决定因素 。界面剪切力的大小主要影响因素有几下几点: 界面的处理 。 在剪切实验中, 陶质砖表界面处理得干净 与否, 砖体的浸润及保湿是否有效, 决定了后期界面强 度增长的高低; 界面的面积 。 同样的剪切应力条件下, 胶粘面积越大, 剪切力自然越大 。胶粘剂内聚力的大小主要取决于: 材料本身的 性

14、能, 即无机胶粘材料本体的拉伸粘结强度; 胶层的 厚度, 当胶粘芯层处于拉伸状态时, 胶层越厚, 受拉的 横截面积越大, 内聚力越高 。 2.2检出力值的讨论从三张表的检出数据可以看出, 胶层厚度为 3.0mm 的 B 型试件剪切强度平均值是最高的 。 胶层厚度为 4.0mm 的 C 型试件剪切强度数值离散性最高, 最高的 可达 46%。 无机胶粘材料规范中对胶粘材料剪切强度 的结果评价有以下几种: “ 试验时如瓷砖未发生破坏, 且数据在该组数据平均值的 ±20%之内,则认为该数 据有效 ” 3。 “ 求 10个数据的平均值; 舍弃超出平均值 20%范围的数据, 若仍有 5个或更多的数据被保留, 求新的平均值; 若少于 5个数据被保 留, 重新实验 ” 4, 从以上两种结果评价中可以看出, 规范侧重于数据的误差范围, 未考虑到剪切强度的破坏 模式因素对数据大小的影响 。 而在实际的破坏结果中, 数据大范围波动, 往往是跟样本的破坏形式紧密相关 的 。 不同破坏形式的数值在同一种标准中评价, 是极限 偏差的主要原因 。 3结语1 无机胶粘剂的剪切强度实验中, 剪切破坏分成 好几种类型 。 不同类型反映了不同的破坏机理, 也代表 着不同类型的强度 。2 现有的国家规范对剪切强度的结果评价