無機膠粘材料剪切強度試驗的破壞機理分析.

1、前言無機膠粘材料的剪切強度是其力學(xué)性能指標(biāo)中一個非常重要的項目，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?？梢哉f,剪切強度的高低在部分程度上決定了建筑物裝飾層的質(zhì)量。對于無機膠粘材料的剪切強度，在實驗室實際檢 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，由于這些不確定因素使置信度不高。分析剪切強度試驗的試件可以看出，試件破壞時，在同一組檢測數(shù)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

2、次試驗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，測試其剪切強度及破壞形式。最終分析試件的剪切強度、 破壞形式對結(jié)果評價的綜合影響。1試驗部分1.1試驗原料混凝土界面處理劑PI JC/T907-2002,杭州中鑫 建材廠。1.2試驗設(shè)備液壓式壓力試驗機YE-1000,精度1級,浙江競遠(yuǎn)機械設(shè)備有限公司。無機膠粘材料剪切強度試驗的破壞機理分析李國慶1夏輝華2厲興2(1.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站,浙江杭州310012; 2.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究 院,浙江杭州310012【摘要】剪切強度是無機膠粘材料的一個重要特性，對于該項目的檢測分析， 往往由于檢出值的較大

3、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理對結(jié)果評價 的影響，提出了一些建議。【關(guān)鍵詞】無機膠粘材料；剪切強度【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 Mecha nics An alysis of Non-organic Glue During Sheari ng Stren gth TestLI Guo-qi ng 1XIA Hui-hua 2LI Xi ng 2(1.Zhejia ngbuild ing con

4、struct ion quality in spect ion statio n, Han gzhou 310012, China ; 2.Zhejia ng academy of build ing research &desig n redya. Ltd., Han gzhou Zhejiang 310012, ChinaAbstract:Shear stre ngth is an importa nt characteristic of inorganic glue material. For the test method about them resulting in mor

5、e discreteness, evaluation criterion is hard to integrate. this article gives a detailed analysis about the destructional forms and the failure mecha nism react ing to the result, and put forward some suggesti ons.Keywords:i norganic glue material; shear stre ngth第30卷2012年第2期質(zhì)量檢測uality Test20-G 星麼 匠

6、蚩虧IF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剪切強度（MPa 2.351.901.202.301.311.441.092.461.351.4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值T =1.6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-2S

7、TR-3STR-3STR-2STR- 3STR-3STR-3STR-3 剪切強度（MPa 1.611.371.281.561.711.031.851.901.511.75寸平 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t =1.5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-3STR-2STR-3STR-3STR-2STR-2STR- 3STR-3STR-3STR-3 剪切強度（MPa 2.021.251.782.181.611.462.151.972

8、.091.5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t =1.8樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差S =17.71.3試驗設(shè)計對無機膠粘材料剪切強度樣品的成型制作方法和試驗方法，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的材 料。成型制備時，以不同的膠粘層厚度制作三種不同的類型:即膠粘層厚度為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)試驗條件下養(yǎng) 護14d后進(jìn)行試驗。1.4測試與表征1剪切強度的結(jié)果計算剪切強度的

9、計算公式在不同的國家規(guī)范中基本是統(tǒng)一的,即T =F Q /A 1式中t剪切強度（MPa ;F Q壓縮剪切力（N ; A剪切面積（mm 2。2剪切強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，磚體強度未達(dá)標(biāo)的情況。當(dāng)壓力試驗機加壓時，在膠粘層尚未發(fā)生 破壞時,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

10、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。這種形式的破壞用STR -3表示（見圖3。3試驗結(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,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ST

11、R -3型皆有不同數(shù)量的 發(fā)生；當(dāng)膠層增至4.0mm厚時,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的破壞機理 。從模型圖看出，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,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,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

12、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)力2。試驗機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型破壞時的力。從以上的分析可以看出，剪切強度的界面破壞形 式取決于膠粘劑內(nèi)聚力與界面界面剪切力的大小主要影響因素有幾下幾點：界面的處理。在剪切實驗中， 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 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

13、。膠粘劑內(nèi)聚力的大小主要取決于：材料本身的 性能,即無機膠粘材料本體的拉伸粘結(jié)強度；膠層的厚度,當(dāng) 膠粘芯層處于拉伸狀態(tài)時，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型試件剪切強度平均值 是最高的。膠層厚度為4.0mm的C型試件剪切強度數(shù)值離散性最高，最高的可達(dá) 46%。無機膠粘材料規(guī)范中對膠粘材料剪切強度 的結(jié)果評價有以下幾種： 試驗 時如瓷磚未發(fā)生破壞，且數(shù)據(jù)在該組數(shù)據(jù)平均值的 ±0%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，重新實驗” 4,從以上兩種結(jié)果評價中可以看出，規(guī)范側(cè)重于數(shù)據(jù)的誤差范圍，未考慮到剪切強度的破壞模式因素對數(shù)據(jù)大小的影 響。而在實際的破壞結(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，是極限偏差的主要原因。3結(jié)1無機膠粘劑的剪切強度實驗中，剪切破壞分成 好幾種類型。不同類型反映了 不同的破壞機理，也代表著不同類型的強度。2現(xiàn)有的國家規(guī)范對剪切強度的結(jié)果評