高强钢绞线网增强ECC与混凝土界面性能测试方法

本发明属于高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面粘结性能测试方法领域，尤其涉及静载作用下基于混凝土梁式试件的高强钢绞线网增强工程用水泥基复合材料与混凝土界面粘结性能。

背景技术：

工程用水泥基复合材料（engineeredcementitiouscomposite，简称ecc）力学性能优异，为解决混凝土结构耐久性、工程结构抗裂防震以及对旧结构翻新和加固等方面提供了更好的解决途径，被广泛用于混凝土结构加固技术试验研究，而ecc与混凝土界面间的粘结性能是两者共同工作的关键。高强钢绞线网强度高，其标准强度约为普通筋材的5倍，采用高强钢绞线网增强ecc对混凝土梁进行的抗弯或抗剪方面的加固，效果良好，并且可以显著提高构件刚度，这是碳纤维加固技术所不具备的。

目前，研究ecc与混凝土界面粘结锚固的试验方法分为两类，一类是轴向拉伸试验（详见参考文献：田俊.超高韧性水泥基复合材料加固混凝土结构的界面力学性能与耐久性能研究[d].东南大学,2017）；另一类是面内剪切试验，包括单剪试验、双剪试验、斜剪试验（详见参考文献：崔启飞.ecc-混凝土层间界面性能试验研究[d].扬州大学,2016.）。其中：

如图1所示为轴向拉伸试验，此方法通过拉力机直接获得粘结强度，拉力机的夹头101上设置钢制的垫块102，垫块102之间夹紧螺栓103，螺栓103有两根，其中一根的头部预埋在ecc试件104中，另一根的头部预埋在混凝土试件105中，但得到的粘结强度很难评估ecc与混凝土粘结面在剪切和弯曲状态下的力学性能；

如图2-4所示为单剪试验、双剪试验等面内剪切试验均是将混凝土面与ecc进行粘结，通过竖向加载来测得混凝土与ecc之间的粘结强度，混凝土与ecc的粘结面受到平行于该面的粘结剪应力的作用。其中，如图2所示的单剪试验方法采用两个相互扣合的l型的钢模具201，钢模具201的竖部开设有凹槽，一钢模具201的凹槽内成型有ecc试件202，另一钢模具201的凹槽内成型有混凝土试件203，ecc试件202和混凝土试件203采用平面粘接方式连接，该粘接平面平行或重合于加载力的加载方向；如图3所示的双剪试验方法采用位于中间的混凝土试件301及其相对两侧平面粘接连接的ecc试件302，混凝土试件301的顶部抵顶连接上钢垫块303，两个ecc试件302的下方抵顶连接下钢垫块304；如图4所示的斜剪试验方法采用斜面配合的ecc试件401和混凝土试件402，混凝土试件402位于ecc试件401斜上方，混凝土试件402顶部抵顶连接有上钢垫块403，ecc试件401的底部抵顶连接下钢垫块404。

但是，在高强钢绞线网增强ecc加固混凝土构件中，钢绞线锚固区除受拉以外，通常同时作用有弯矩和剪力，而以上试件不能反映这种情况，为了更好的模拟高强钢绞线网增强ecc加固混凝土梁这一复杂的受力情况，可采用梁式试件。

如图5所示，根据rilem-fip-ceb建议的用于对筋材和混凝土粘结性能进行测试的改进梁式试件，梁式试验是两个相同的混凝土试块501通过铰点502连接在一起，在混凝土梁式试件中部或底面粘结加固材料，具体而言如图5所示的，在两个混凝土试块501中部预埋穿装钢筋503，并在钢筋503的穿入和穿出位置套接塑料套管504。通过梁顶加载来测试粘结力学性能。该方法的优点是可以考虑混凝土梁的受弯或受剪影响，符合加固材料加固混凝土梁的实际受力状态。但高强钢绞线网增强ecc作为混凝土加固材料来进行界面粘结性能研究的梁式试验试件还未存在，因此，这就需要一种适合于高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面粘结性能测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于梁式试件的高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面粘结性能测试方法，解决现有高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面粘结性能装置存在的问题与不足，满足真实反映高强钢绞线网增强ecc加固混凝土梁受力状态的要求。

该方法的技术方案如下：

高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面性能测试方法，包括：

1）浇筑成型两块形状相同的混凝土试块；

2）将两混凝土试块间隔的相对分布，并在两混凝土试块下方空悬放置绑扎成型的钢绞线网；

3）在两混凝土试块各自底面浇筑成型ecc试块，ecc试块与混凝土试块固连，所述钢绞线网的相对两侧预埋固定在ecc试块中；

4）在两混凝土试块之间的间隔空间顶部安装铰链，铰链的两端各自固定在两混凝土试块的相向侧，并在两ecc试块中至少一个上连接检测应力和/或位移的传感元件，以获得试验试件；

5）将试验试件放置在两个简支支点上，两简支支点分别支撑在两混凝土试块底面的相互远离侧；

6）从试验试件的上方施加载荷，载荷同时作用在两混凝土试块顶面的相向侧。

优选地，铰链通过粘钢胶粘接在混凝土试块上，并在试验完成后，从粘接位置将铰链从混凝土试块上割下。

优选地，传感元件包括贴在ecc试块和/或混凝土试块上的电阻应变片以及连接在ecc试块和非所处混凝土试块之间的位移传感器，电阻应变片和位移传感器连接多通道动态应变记录仪。

优选地，两混凝土试块中一个上设有用于使所述一个与该侧ecc试块连接强度大于另一个与另一侧ecc试块连接强度的加固结构，另一个上设有用于检测所述另一侧ecc试块形变和/或位移的传感元件。

本发明的有益效果：

本发明以两个相互铰接的混凝土试块模拟高强钢绞线网增强ecc加固受弯构件时的真实受力状况，在混凝土试块上方的荷载作用下，界面剪切作用为钢构件受拉所引起的；进一步加强荷载后，弯曲的钢构件将在ecc试块和混凝土试块之间产生正应力，故荷载下钢构件承受拉力作用，以对ecc试块和混凝土试块的连接界面产生拉伸力，从而同时对ecc试块和混凝土试块的连接界面剪切力和拉伸力作用，真实反映静载作用下高强钢绞线网增强ecc加固梁界面粘结性能，真实模拟此加固梁受力状态。

进一步地，本发明采用开设有安装豁口的“l”型混凝土试验试块，可保证在加载过程中混凝土试块不会产生弯剪或弯曲裂缝，同时节约了混凝土用量，减少了混凝土自重。

进一步地，本发明相比已有的ecc与混凝土界面粘结测试的面内剪切试验方法，更有效的避免加载不对称的影响，保证数据的可靠性，高精度的测试结果提高了检测结果的可信性。

进一步地，本发明设计的铰链可重复使用，不仅节省了成本，而且保证了两侧混凝土试块的均匀受力。试块制作方便，试验操作简单，解决了大批量的高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面粘结力学性能的试验测试问题。

附图说明

图1是现有技术中轴向拉伸试验方法示意图；

图2是现有技术中单剪试验方法示意图；

图3是现有技术中双剪试验方法示意图；

图4是现有技术中斜剪试验方法示意图；

图5是现有技术中钢筋与混凝土界面性能梁式试验试件示意图；

图6是本发明实施例1测试装置的示意图；

图7是图6的a-a剖视图；

图8是图6的b-b剖视图；

图9是图6的仰视图；

图10是本发明实施例1测试装置的ecc试块锚固结构示意图；

图11是图6中铰座的示意图；

图12是本发明实施例2测试装置的示意图；

图13是图11的仰视图；

图14是图13中ecc试块的示意图；

图15是本发明实施例3测试装置的示意图。

具体实施方式

实施例1：

该高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面性能测试方法主要包括如下步骤：

为保证高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面粘结性能测试方法的顺利进行和测试结果的精确可靠，该测试方法按下列步骤进行：

1）按照尺寸设计要求浇筑混凝土试块，并标准养护，一般为28天；

2）待混凝土试块达到预期强度后，对两混凝土试块底部进行界面处理，之后进行钢绞线网的固定与绑扎；

3）浇筑ecc，标准养护，一般为28天；

4）待ecc达到预期强度后，在两混凝土试块之间用粘钢胶粘结铰链，等待粘钢胶硬化。

5）待试件养护好后，按照设计要求在ecc块试块侧面与混凝土试块底面粘结电阻应变片，在试件两侧安装位移传感器，连接多通道动态应变记录仪。

6）按照加载设计要求，采用液压万能试验机进行加载试验。

具体而言，参见图6至图11所示，该高强钢绞线网增强ecc与混凝土界面性能测试装置主要由试验试件和试验装置两部分组成。

试验试件包括左右相同且对称放置的两个“l”形混凝土试块，两个混凝土试块中间粘结一个铰链，铰链包括相互搭接且相同的两个铰座及两者之间的转动连接的铰轴，其中两混凝土试块之间还设有位于铰链604下方的铰缝603。为方便说明两混凝土试块下方结构，在此定义位于左侧的混凝土试块为左混凝土试块601，位于右侧的混凝土试块为右混凝土试块602。在右混凝土试块602的底部居中偏左位置划定出粘结测量区，相互对称的，在左混凝土试块601底部居中偏右位置划定出粘结非测量区，粘结测量区和粘结非测量区为尺寸相同的，根据试验需要确定ecc厚度、长度和宽度，在本实例中粘结测量区与粘结非测量区宽度均为90mm，长度120mm，高25mm。在粘结测量区和粘结非测量区现浇成型ecc试块，并在ecc中锚固高强钢绞线620网作为预埋钢构件。粘结非测量区和粘结测量区的ecc试块均为长方体状，纵向钢绞线620跨越铰缝603，将左右两侧ecc试块连接，横向钢绞线620与纵向钢绞线620以绑扎的方式固定在ecc中。右混凝土试块602和左混凝土试块601的各个尺寸值相同，分别为底部宽150mm，长350mm，顶部长300mm，顶部到台阶处的距离为70mm，台阶处高50mm，宽50mm。如图11所示，铰座605包括粘接固定在混凝土试块上的基座及其上凸设的翼板，两铰座605的翼板相互搭接、并在翼板上开设有供铰轴穿过的铰孔，基座采用不锈钢材质。铰座605如图11所示，是由钢块组装而成，具有≥10°的转动能力，铰座605分为左右对称的两个，并通过直径为8mm的钢制铰轴串接而成。如图6所示，用铰链604连接两混凝土试块（左混凝土试块601和右混凝土试块602）的上部，铰链604的两侧面分别与对应两混凝土用粘钢胶粘结。

试验装置包括各自支撑在左混凝土试块601和右混凝土试块602下方的下支点606、以及支撑在两混凝土试块和分配梁611之间且对称设置的上支点607，上支点607和下支点606均采用简支点，分配梁611上方设有100kn加载设备，使用压力传感器对加载量测值的大小进行记录。下支点606距离对应上方的混凝土试块的内侧一端端部不小于50mm。所述上支点607距离对应下方的混凝土试块的内侧一端端部不小于30mm。粘结测量区ecc试块两侧边较为平滑的位置沿边缘均匀粘结两排电阻应变片616，并在对应混凝土试块底侧粘结一排电阻应变片616。

实施例2：

如图12和图13所示，在实施例1中试验试件的基础上，本实施例增加了对ecc试块进行位移变化测量的结构。在右ecc试块靠近铰缝603一侧粘贴铁片615，使左混凝土试块601上固定的位移传感器617接触铁片615，对右侧粘结测量区ecc的位移变化进行记录。

该测试装置在使用时，主要包含试件制作、测点布置和试验加载三个步骤，下面逐一进行说明。

1.试件制作

如图6-9所示，试验试件为梁式试件，包括两个形状相同对称放置的混凝土试块，左混凝土试块601和右混凝土试块602，两个混凝土试块的截面均为长150mm，宽120mm的长方形，左混凝土试块601和右混凝土试块602的底部绑扎高强钢绞线620网以及现浇制作的ecc试块，高强钢绞线620的直径和分布办法、ecc试块的宽度、厚度及长度根据试验需要确定。左混凝土试块601和右混凝土试块602下部设有铰缝603，上部用铰链604连接。左混凝土试块601和右混凝土试块602的各个尺寸值相同，分别为底部宽150mm，长350mm，顶部长300mm，顶部到台阶处的距离为70mm，台阶处高50mm，宽50mm。

粘结非测量区设在左混凝土试块601底部的中间位置，粘结测量区设在右混凝土试块602的底部中间位置。在粘结非测量区与粘结测量区之间连接纵向高强钢绞线620，跨越铰缝603，铰缝603的宽度为5mm。粘结非测量区与粘结测量区的宽度相同，根据测试需要确定粘结测量区的粘结宽度h与长度l。粘结非测量区、粘结测量区上对应区域浇筑ecc试块（定义为左ecc试块609和右ecc试块608），根据试验需要确定ecc试块的厚度。在浇筑ecc试块之前进行钢绞线620网的绑扎。将如图3所示“l”形角铁613进行打孔处理，与混凝土试块接触面设两个孔位，另一面孔位数量与大小根据试验需要确定，根据角铁孔位，在左混凝土试块601和右混凝土试块602上相应位置钻孔，在与粘结非测量区和粘结测量区分别距离20mm处进行角铁的安装固定，固定工具为螺钉。纵向钢绞线620两端分别穿过两侧角铁孔位，但只有粘结测量区一侧的钢绞线620使用铝环618固定，即用于增强右ecc试块608的高强钢绞线620网与角铁之间用铝环618固定，非粘结测量区用于增强左ecc试块609的高强钢绞线620网与角铁之间用螺栓619套紧，铝环618固定后拧紧螺母。横向钢绞线620通过扎丝绑扎的方式与纵向钢绞线620连接。

通过对梁式试件顶部钢垫板612施加向下的荷载而产生ecc与混凝土粘结面的界面应力，可真实模拟ecc加固梁跨中弯曲裂缝处粘结层的受力性能。并将试件梁的左混凝土试块601用相同ecc加固，以保证剥离破坏发生在指定的粘结测量区。铰链604可以循环使用，当一试验试件加载结束后，可用切割机将铰链604沿粘结胶层切下，经打磨除去铰座605侧面残余胶层后，铰链604可在之后的试验试件中继续使用。

2.测点布置

按如图13-14所示进行测点布置：采用电阻应变片616测量右ecc试块608的应变，从右ecc试块608侧面分别沿上下边缘由密到疏布置两排电阻应变片616，电阻应变片616间距可根据试验需要设置，在本实施例中电阻应变片616有5-6片，并从左至右由密到疏贴对称分布。在右混凝土试块602外边缘与右ecc试块608长度平行处布置与ecc试块下边缘相同的应变片，以测量右混凝土试块602底面的应变。使用多通道动态应变记录仪进行应变数据的采集。为了测定左混凝土试块601和右混凝土试块602与ecc试块的相对滑移，在左混凝土试块601两侧面靠近铰缝603处分别粘贴正方形“l”型角铁614，将直线可变位移传感器617固定于角铁上接触右混凝土试块602底部的铁片615，该铁片615粘贴在右ecc试块608左侧。

3.试验加载

按如图11所示进行试验加载：试验试件简支于两支座610上，下支点606距试件梁端l3≥50mm，根据试验测试需要来确定净跨l4，本实例中l4为605mm；上支点607距混凝土试块靠内侧一端的距离l5≥30mm。在试件跨中顶面用加载装置通过分配梁611施加荷载p，为避免混凝土局部压碎，各支点处均放置垫板612。荷载加载（试验加载装置）采用液压试验机。一般工程结构所承受的荷载频率在1-5hz之间，可根据需要设置加载频率。

试验结果表明：基于所提梁式界面粘结试验方案所测得的试验数据与传统拉伸、剪切界面粘结试验所测结果存在一定差异。差异产生原因：相较于传统界面粘结拉伸、剪切试验，梁式界面粘结试件界面处应力状态更为复杂进而导致误差产生。

实施例3：

如图15所示，本实施例在实施例2的基础上，加强了左ecc试块609和左混凝土试块601之间的连接强度，也就是在左ecc试块609和左混凝土试块601之间设置了加固结构，该加固结构包括竖向设置的加固螺栓621，加固螺栓621的下段预埋在左ecc试块中，上段预埋固定在左混凝土试块中。加固螺栓621的上端连接在所述一个混凝土试块上方固定的角钢式的上连接件622上，下端连接在所述一侧ecc试块底面固定的角钢式的的下连接件623上。荷载作用下，钢绞线620内正应力将分别传至粘结测量区及粘结非测量区界面。为防止粘结非测量区先于粘结测量区发生剥离破坏，所提试验模型于加载前预先使用角钢将粘结非测量端固定。则加载过程中，粘结非测量区界面处将不再产生相对滑移。对于加固构件，荷载下加固材料与基体材料界面剥离破坏原因多为加固层与基层间的粘结正应力与剪应力产生了高于混凝土/加固材料极限抗拉强度的应力。但传统拉伸、剪切试验仅可确定剪应力下界面粘结锚固特性，故基于上述方案所得结果与实际情况吻合较差。而所提梁式界面粘结加载试验模型界面受力特征与实际情况吻合度较高，可准确反映弯曲状态下新型复合材料与混凝土的界面粘结受力状态。故建议以所提试验模型为基础，对高强钢绞线620网增强ecc与混凝土界面粘结性能进行试验研究，进而为高强钢绞线620网增强ecc应用于rc结构加固提供理论基础。

以上仅就本发明应用较佳的实例做出了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，本发明的结构可以有其他变化，不局限于上述结构。总之，凡在本发明的独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在发明的保护范围内。