一种测量界面粘结应力的装置及方法

1.本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种测量界面粘结应力的装置及方法。


背景技术：

2.随着经济的发展，人们对居住环境的要求不断提高，建筑能耗不断增加。相变材料作为一种廉价高效的储能材料已经被证明可以提高能源利用效率，从而达到减少建筑能源消耗的目的。然而将相变材料直接掺入混凝土中，会导致混凝土强度迅速下降。此外，固
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液相变材料在融化过程中伴随着体积的不连续变化，容易发生泄漏问题。因此当前多采用陶粒、空心钢球等封装技术将相变材料封装后再以替换骨料的形式加入混凝土中，这样可以有效地避免泄漏问题的发生，提高相变循环的稳定性和安全性。但是不管采用何种封装方式，将封装后的相变材料以骨料形式加入混凝土中工作时，由于材料化学、物理等特性的不同，其与胶凝材料间的界面粘结与原有的骨料石子有所不同，这将对混凝土的受力特性产生影响。为了分析这种替代骨料材料对混凝土的强度带来的影响，除了要对比这种不同骨料材料本身的强度变化外，还需要研究这种不同骨料材料与砂浆之间的粘结问题，尤其是粘结剪切强度与粘结抗拉强度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种测量界面粘结应力的装置及方法，以测量砂浆与不同材料的界面粘结剪切应力和粘结拉应力。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明提供一种测量界面粘结应力的装置，包括：
6.底座；
7.支撑组件，设置于所述底座上，在测量界面粘结剪切应力时，所述支撑组件用于支撑沿竖直方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样；
8.加载组件，设置于所述底座上，所述加载组件包括轮轴，所述轮轴能够以恒定的速率沿第一方向移动，所述轮轴能够沿竖直方向移动，以调节所述轮轴的高度；
9.测力组件，所述测力组件包括抵接部，所述抵接部活动设置于所述底座上，所述抵接部能够抵接于所述待测材料试样，所述测力组件用于测量砂浆试样和待测材料试样的界面粘结剪切应力和粘结拉应力；及
10.夹固组件，设置于所述底座上，用于夹固沿水平方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样。
11.该测量界面粘结应力的装置，包括底座、支撑组件、加载组件、测力组件和夹固组件：支撑组件设置于底座上，在测量界面粘结剪切应力时，支撑组件用于支撑沿竖直方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样；加载组件设置于底座上，加载组件包括轮轴，轮轴能够以恒定的速率沿第一方向移动，用于给测试样品施加力，轮轴能够沿竖直方向移动，以调节轮轴的高度；测力组件包括抵接部，抵接部活动设置于底座上，抵接部能够抵接于待测材料
试样，测力组件用于测量砂浆试样和待测材料试样的界面粘结剪切应力和粘结拉应力；夹固组件设置于底座上，用于夹固沿水平方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样。
12.作为优选，所述支撑组件包括：
13.支撑台，固定于所述底座上；及
14.移载部，活动设置于所述支撑台上，在测量界面粘结剪切应力时，所述砂浆试样和所述待测材料试样活动设置于所述移载部上，在测界面粘结拉应力时，所述测力组件活动设置于所述移载部上。
15.当测量粘结剪切应力时，移载部能够减小砂浆试样和待测材料试样之间的摩擦，以便砂浆试样和待测材料试样沿水平方向移动，同时还能提升测量的精度；当测量粘结拉应力时，测力组件放置于移载部上，减小测力组件的摩擦，提升测量的精度。
16.作为优选，所述测力组件还包括：
17.固定部；
18.量力环，所述抵接部设置于所述量力环上，所述量力环通过抵接部与固定部设置于所述底座上，所述固定部与所述抵接部相对设置；及
19.百分表，设置于所述固定部上，所述百分表的测量头抵接于所述抵接部，所述百分表用于测量所述量力环的形变量。
20.量力环受到一定的推力或压力后会发生形变，百分表能够测量出量力环的形变量，再将形变量带入到计算公式中进行计算，以得试样的界面粘结剪切应力和粘结拉应力，量力环和百分表较为常见，该测力组件的结构较为简单，成本较低。
21.作为优选，所述底座上还设置有支撑部，所述支撑部用于支撑所述抵接部。
22.作为优选，所述夹固组件包括固定支架、四组紧固螺杆和四组抵接件，一组所述紧固螺杆能够穿过所述固定支架与对应的一组所述抵接件相连，每两组所述抵接件能够通过对应的所述紧固螺杆相互靠近或远离，以夹固沿水平方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样。
23.作为优选，所述测量界面粘结应力的装置还包括：
24.驱动组件，用于驱动所述轮轴沿所述第一方向移动。
25.本发明还提供一种测量界面粘结应力的方法，使用测量界面粘结应力的装置来测量砂浆与不同材料的界面粘结剪切应力以及粘结拉应力，当测量粘结剪切应力时，所述方法包括以下步骤：
26.s11、制作沿竖直方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样；
27.s12、将制好的所述砂浆试样和所述待测材料试样放置在支撑组件的移载部上，并使所述待测材料试样与抵接部相接触；
28.s13、调节加载组件的轮轴高度，以使所述轮轴能够抵接于所述砂浆试样，使驱动组件驱动所述轮轴朝向所述砂浆试样移动；
29.s14、在步骤s13的基础上，驱动所述加载组件朝向所述砂浆试样持续移动，同时，使用录像设备摄录百分表的读数，直至砂浆试样和待测材料试样的粘结界面发生剪切破坏；
30.s15、观看步骤s14中的百分表读数录像，记录百分表的初始读数和砂浆试样与待测材料试样的粘结界面发生剪切破坏时的读数，以得到量力环的形变量；
31.s16、通过步骤s15中所得到量力环的形变量，计算得到砂浆与不同材料的界面粘结剪切应力；
32.当测量粘结拉应力时，所述方法包括以下步骤：
33.s21、制作对称粘结相连的砂浆试样和待测材料试样；
34.s22、将活动测力组件移动放置到支撑组件上，调节加载组件的轮轴高度，使所述加载组件的轮轴与所述测力组件的加载位置相接；
35.s23、将制好的所述砂浆试样和所述待测材料试样放置在夹固组件的移载部上，转动紧固螺杆用抵接件将上下对称的砂浆试样夹固紧；
36.s24、驱动测力组件朝向所述待测材料试样移动，并使所述测力组件的抵接部抵接于所述待测材料试样；
37.s25、在步骤s24的基础上，驱动所述测力组件朝向所述待测材料试样持续移动，同时，使用录像设备摄录百分表的读数，直至砂浆试样和待测材料试样的粘结界面拉坏；
38.s26、观看步骤s25中的百分表读数录像，记录百分表的初始读数和砂浆试样与待测材料试样的粘结界面发生拉坏时的读数，以得到量力环的形变量；
39.s27、通过步骤s26中所得到量力环的形变量，计算得到砂浆与不同材料的界面粘结拉应力。
40.作为上述的测量界面粘结应力的方法的一种优选方案，所述步骤s11包括：
41.s111、制作待测材料试样；
42.s112、在制好的待测材料试样上安装浇筑模具，将砂浆倒入所述浇筑模具中，以制成所述砂浆试样；
43.s113、将步骤s112中的所述砂浆试样养护至合适龄期，拆除所述浇筑模具。
44.作为上述的测量界面粘结应力的方法的一种优选方案，所述步骤s112中，所述浇筑模具的浇筑总面积小于或等于35平方厘米。
45.本发明的有益效果：
46.本发明提出的测量界面粘结应力的装置，包括底座、支撑组件、加载组件、测力组件和夹固组件：支撑组件设置于底座上，在测量界面粘结剪切应力时，支撑组件用于支撑沿竖直方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样；加载组件设置于底座上，加载组件包括轮轴，轮轴能够以恒定的速率沿第一方向移动，用于给测试样品施加力，轮轴能够沿竖直方向移动，以调节轮轴的高度；测力组件包括抵接部，抵接部活动设置于底座上，抵接部能够抵接于待测材料试样，测力组件用于测量砂浆试样和待测材料试样的界面粘结剪切应力和粘结拉应力；夹固组件设置于底座上，用于夹固沿水平方向粘结相连的砂浆试样和待测材料试样。本发明提出的测量界面粘结应力的方法，用于测量砂浆与不同材料的界面粘结剪切应力以及粘结拉应力，该测量方法科学合理，简单易行，测试结果精确。
附图说明
47.图1是本发明提出的测量界面粘结应力的装置测量界面粘结剪切应力时的侧视图；
48.图2是本发明提出的测量界面粘结应力的装置测量界面粘结剪切应力时的俯视图；
49.图3是本发明提出的测量界面粘结应力的装置测量界面粘结拉应力时的侧视图；
50.图4是本发明提出的测量界面粘结应力的装置测量界面粘结拉应力时的俯视图；
51.图5是图3中夹固组件沿a
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a线的剖视图。
52.图中：
53.100、砂浆试样；200、待测材料试样；
54.1、底座；2、支撑组件；3、加载组件；4、测力组件；5、夹固组件；
55.11、支撑部；21、支撑台；22、移载部；31、轮轴；41、抵接部；42、量力环；43、百分表；44、固定部；51、固定支架；52、紧固螺杆；53、抵接件。
具体实施方式
56.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
57.实施例一
58.本实施例提供一种测量界面粘结应力的装置，如图1
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图4所示，该装置包括底座1、支撑组件2、加载组件3、测力组件4和夹固组件5：支撑组件2设置于底座1上，在测量界面粘结剪切应力时，支撑组件2用于支撑沿竖直方向粘结相连的砂浆试样100和待测材料试样200；加载组件3设置于底座1上，加载组件3包括轮轴31，轮轴31能够以恒定的速率沿第一方向(图1
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图4中箭头b所指的方向或反方向)移动，用于给测试样品施加力，轮轴31能够沿竖直方向移动，以调节轮轴31的高度；测力组件4包括抵接部41，抵接部41活动设置于底座1上，抵接部41能够抵接于待测材料试样200，测力组件4用于测量砂浆试样100和待测材料试样200的界面粘结剪切应力和粘结拉应力；夹固组件5设置于底座1上，用于夹固沿水平方向粘结相连的砂浆试样100和待测材料试样200。
59.具体地，支撑组件2包括支撑台21和移载部22，支撑台21固定于底座1上；移载部22活动设置于支撑台21上，在测量界面粘结剪切应力时，砂浆试样100和待测材料试样200活动设置于移载部22上，在测量界面粘结拉应力时，测力组件4活动设置于移载部22上；当测量粘结剪切应力时，移载部22能够减小砂浆试样100和待测材料试样200之间的摩擦，以便砂浆试样100和待测材料试样200沿水平方向移动，同时还能提升测量的精度；当测量粘结拉应力时，测力组件4放置于移载部22上，减小测力组件4的摩擦，提升测量的精度。
60.如图5所示，夹固组件5包括固定支架51、四组紧固螺杆52和四组抵接件53，一组紧固螺杆52能够穿过固定支架51与对应的一组抵接件53相连，每两组抵接件53能够通过对应的紧固螺杆52相互靠近或远离，以夹固沿水平方向粘结相连的砂浆试样100和待测材料试样200；此外，固定支架51通过靠近底座1的相对的两组紧固螺杆52固定在底座1上；为了便于砂浆试样100和待测材料试样200能够沿第一方向移动，固定支架51的底部还设置了多个滚珠，砂浆试样100和待测材料试样200能够支撑于多个滚珠上，以便砂浆试样100和待测材料试样200移动。
61.优选地，本实施例中的支撑台21采用了塑料板，移载部22采用了多个滚珠，多个滚珠嵌设于支撑台21上的凹槽内，该凹槽沿水平方向延伸，多个滚珠能够在该凹槽滚动，可选地，移载部22还可以采用多个滚针进行支撑。
62.在本实施例中，测力组件4采用测力计，该测力计包括抵接部41、量力环42、百分表43和固定部44；抵接部41设置于量力环42上，量力环42通过抵接部41与固定部44设置于底座1上，固定部44与抵接部41相对设置，百分表43设置于底座1上，百分表43的测量头抵接于抵接部41，百分表43用于测量量力环42的形变量。当轮轴31抵接于砂浆试样100，并持续朝向砂浆试样100移动时，待测材料试样200就会将推力传递给抵接部41(此时，抵接部41朝向量力环42移动)，并使量力环42发生变形；当量力环42受到一定的推力或压力后会发生一定的形变，百分表43能够测量出量力环42的形变量，再将形变量代入到计算公式中进行计算，以得到砂浆试样100和待测材料试样200的沿水平的界面粘结剪切应力，量力环42和百分表43较为常见，该测力组件4的结构较为简单，成本较低。
63.由于量力环42上的抵接部41的重量较重，因重力的影响，该抵接部41会出现一定的下垂变形；当抵接部41抵接于待测材料试样200上后，由于推力或压力的增加，抵接部41的下垂变形会被进一步放大；所以，本实施例在底座1上设置了支撑部11，以对抵接部41进行支撑。具体地，支撑部11采用了多个滚珠，以对抵接部41进行一定的支撑，同时还便于抵接部41朝向量力环42移动。
64.为了使轮轴31能够沿水平移动，该测量界面粘结应力的装置还设置了驱动组件。具体地，驱动组件包括传动部和驱动部，传动部与轮轴31传动相连；驱动部与传动部动力相连，优选地，本实施例中的驱动部采用了手轮，传动部采用了减速器，操作人员能够通过转动手轮，再经传动部使轮轴31沿水平方向移动，当然，驱动部还可以采用驱动电机进行驱动。
65.实施例二
66.本实施例提供一种测量界面粘结应力的方法，使用测量界面粘结应力的装置来测量砂浆与不同材料的界面粘结剪切应力以及粘结拉应力，当测量粘结剪切应力时，方法包括以下步骤：
67.s11、制作沿竖直方向粘结相连的砂浆试样100和待测材料试样200；
68.s12、将制好的砂浆试样100和待测材料试样200放置在支撑组件2的移载部22上，并使待测材料试样200与抵接部41相接触；
69.s13、调节加载组件3的轮轴31高度，以使轮轴31能够抵接于砂浆试样100，使驱动组件驱动轮轴31朝向砂浆试样100移动；
70.s14、在步骤s13的基础上，驱动加载组件3朝向砂浆试样100持续移动，同时，使用录像设备摄录百分表43的读数，直至砂浆试样100和待测材料试样200的粘结界面发生剪切破坏；
71.s15、观看步骤s14中的百分表43读数录像，记录百分表43的初始读数和砂浆试样100与待测材料试样200的粘结界面发生剪切破坏时的读数，以得到量力环42的形变量；
72.s16、通过步骤s15中所得到量力环42的形变量，计算得到砂浆与不同材料的界面粘结剪切应力；
73.当测量粘结拉应力时，方法包括以下步骤：
74.s21、制作对称粘结相连的砂浆试样100和待测材料试样200；
75.s22、将活动测力组件4移动放置到支撑组件2上，调节加载组件3的轮轴31高度，使加载组件3的轮轴31与测力组件4的加载位置相接；
76.s23、将制好的砂浆试样100和待测材料试样200放置在夹固组件5的移载部22上，转动紧固螺杆52用抵接件53将上下对称的砂浆试样100夹固紧；
77.s24、驱动测力组件4朝向待测材料试样200移动，并使测力组件4的抵接部41抵接于待测材料试样200；
78.s25、在步骤s24的基础上，驱动测力组件4朝向待测材料试样200持续移动，同时，使用录像设备摄录百分表43的读数，直至砂浆试样100和待测材料试样200的粘结界面拉坏；
79.s26、观看步骤s25中的百分表43读数录像，记录百分表43的初始读数和砂浆试样100与待测材料试样200的粘结界面发生拉坏时的读数，以得到量力环42的形变量；
80.s27、通过步骤s26中所得到量力环42的形变量，计算得到砂浆与不同材料的界面粘结拉应力。
81.优选地，步骤s11包括：
82.s111、制作待测材料试样200；
83.s112、在制好的待测材料试样200上安装浇筑模具，将砂浆倒入浇筑模具中，以制成砂浆试样100；
84.s113、将步骤s112中的砂浆试样100养护至合适龄期，拆除浇筑模具。
85.优选地，步骤s112中，浇筑模具的浇筑总面积小于或等于35平方厘米，以制成面积小于或等于35平方厘米的砂浆试样100。
86.优选地，步骤s112中，在将砂浆倒入浇筑模具前，可在模具的内壁各放置一层白纸，以便脱模。
87.在步骤s16和s26中，得到量力环42的形变量后，根据公式τ＝(c
×
δs)/a计算得到砂浆试样100和待测材料试样200之间的界面粘结剪切应力和粘结拉应力，其中，c为测力计的率定系数，δs为百分表43的读数的变化量，a为试样粘结界面的面积。
88.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。