一種水泥基復合材料加固混凝土界面剪切試驗裝置的制作方法

本實用新型屬于建筑用試驗設備技術領域，具體涉及一種水泥基復合材料加固混凝土界面剪切試驗裝置。

背景技術：

已有建筑結構受環境和荷載長期作用后易受損、劣化，對其進行加固修復可有效保障原結構的安全性和使用功能。采用高性能水泥基復合材料(如纖維網、鋼筋網增強水泥基復合材料)對混凝土結構進行加固是目前加固工程領域廣泛關注的一種新型加固方法，該方法中加固層通常為薄層結構，這有利于維持原結構截面尺寸且不增加自重。

與傳統的采用膠黏劑粘貼FRP和鋼板加固方法相比，水泥基復合材料與原結構基材間有更好的相容性，彌補了普通粘貼加固方法不宜用于潮濕、高溫等復雜環境的缺陷。混凝土加固工程中，加固層材料與原混凝土結合面處必須具有足夠的粘結強度才能保證二者協同受力變形，否則新舊材料在受力過程中可能會出現脫粘、滑移及變形不協調等，進而導致加固失效。新舊材料間的粘結強度通常采用界面抗剪強度試驗進行測定，傳統的界面抗剪強度試驗是將兩個分別由新舊混凝土構成的“L”字型試件正反疊合澆筑成“Z”字型試件，再在試件上下表面施加壓力使新舊混凝土在結合面處產生錯動、形成剪應力，根據試件結合面面積A和破壞時的極限壓力F確定界面抗剪強度(τ＝F/A)。盡管采用上述方法測定界面抗剪強度比較簡單，但該方法重在強調兩種不同材料結合面的粘結情況，未直接考慮實際加固層的真實受力情況、不同的粘結破壞形態以及加固層中增強材料(纖維網或鋼筋網)和厚度等因素對界面粘結性能的影響，而這對于高性能水泥基復合材料加固混凝土結構技術的有效應用尤為重要。盡管目前已有部分研究者通過在壓力試驗機上配置簡易的“凹形”或“凸形”底座，讓豎向壓力作用下兩側粘貼水泥基復合材料的混凝土加固試件在凹形或凸形底座內外形成錯動，完成加固層和舊混凝土間的雙面剪切試驗，但該試驗結果受被加固試件澆筑時的尺寸精度控制、兩側加固層的施工質量、兩側結合面的處理情況及加載偏心等的影響很大，試驗中極易因兩側加固層受力不均勻出現單側加固層首先脫粘或破壞的現象，從而無法準確測定加固層和舊混凝土二者的界面抗剪強度。

因此，針對水泥基薄板加固層與原混凝土界面之間的粘結性能試驗，需要采用專門的剪切試驗裝置進行界面抗剪強度測試，但目前此類試驗裝置還尚未見報道。

技術實現要素：

針對上述現有技術中的不足，本實用新型提供了一種結構簡單、操作方便、測試準確度更高的適用于水泥基薄板加固層與舊混凝土界面粘結性能測試的剪切試驗裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：

一種水泥基復合材料加固混凝土界面剪切試驗裝置，包括加固的舊混凝土與水泥基復合材料加固層試樣、底座、固定機構、加載機構、固定于底座的四角位置以支撐加載機構的支撐螺桿；

所述固定機構包括可移動前擋板和定位后擋板，二者通過連接螺桿連接并將舊混凝土部分固定于底座上；

所述加載機構包括升降式滑軌、軌道式滑框、受拉鋼索及定滑輪；所述軌道式滑框底面與水泥基復合材料加固層結合面齊平，所述升降式滑軌可自由升降的固定在支撐螺桿上，所述軌道式滑框可滑動的固定在升降式滑軌上，所述定滑輪固定于升降式滑軌一端并通過受拉鋼索與軌道式滑框連成一體，從而通過受拉鋼索和定滑輪將豎向荷載轉化為水平拉力施加于軌道式滑框上，使水泥基復合材料加固層與舊混凝土沿二者粘結面即界面發生交錯運動。

優選的，所述底座設為長方形厚鋼板；所述定位后擋板焊接固定于底板上，所述可移動前擋板與底座構成前擋板在底座內可前后移動的工位配合。

進一步的，所述底座上設有多排均勻分布的倒“T”型內嵌式滑槽，所述可移動前擋板底部設有多個“工”字形板支，且“工”字形板支與倒“T”型內嵌式滑槽的數量相同，從而所述可移動前擋板與底座通過“工”字形板支與倒“T”型內嵌式滑槽實現前擋板和后擋板之間距離的調整。

優選的，所述底座上的可移動前擋板與定位后擋板通過連接螺桿在試樣兩側連接，且通過調節連接螺桿對加固試件的舊混凝土部分進行夾緊、固定。

優選的，所述軌道式滑框通過兩側的卡槽與升降式滑軌連接；所述卡槽內嵌有在水平拉力作用下自由滾動的鋼珠，使軌道式滑框滑框沿升降式滑軌自由滑動。

優選的，所述升降式滑軌表面設有刻度尺。

本實用新型的有益效果在于：

1)、現有界面剪切試驗裝置大多適用于混凝土加固層采用較厚的塊體材料，重在測試兩種材料結合面處的粘結情況，未考慮加固層材料厚度、自身特性等對界面粘結性能的影響，因而不能準確反映實際加固層與舊混凝土界面間的真實受力情況，尤其是當混凝土加固層采用纖維增強高性能水泥基復合材料時。本實用新型的界面剪切試驗裝置可有效測試高性能水泥基薄板與原混凝土結構間的界面粘結性能，可直接針對水泥基薄板加固層與舊混凝土界面間的粘結情況進行試驗，能全面反映復合材料的截面尺寸、配筋率(或配網率)及強度等因素對界面粘結性能的影響，同時該試驗裝置也適用于混凝土加固層采用塊體材料的新舊材料界面粘結性能試驗。

2)、本實用新型的界面剪切試驗裝置是通過單面剪切試驗方法進行測試，且加載裝置可沿支撐螺桿調整高度，排除了雙面剪切試驗過程的不定因素對試驗結果的影響，可有效測定水泥基復合材料薄層與舊混凝土間的界面粘結性能。

3)、本實用新型的試驗裝置簡單，各裝置間連接可靠、合理，安裝、測試簡便；其中固定機構在底座范圍內可對不同尺寸的加固試件進行固定；加載機構可在支撐螺桿高度范圍內自由升降，即試驗不受加固試件澆筑和施工等導致的尺寸誤差影響，能確保在水平力作用下水泥基薄板加固層與舊混凝土結合面處能形成有效界面剪應力；此外，加載滑框與軌道間設有自由滾動的鋼珠，能有效減小二者間的摩擦力，使得所測結果準確、可靠，保障本實用新型應用的穩定可靠性。

4)、綜上所述，本實用新型裝置簡單、易操作，且便于組裝和測試，該裝置能有效測定水泥基復合材料加固混凝土結構的界面粘結性能，為加固工程中混凝土粘結面處理及新型復合材料的加固應用提供更為可靠的技術支持。

附圖說明

圖1為本實用新型水泥基復合材料加固混凝土界面剪切試驗裝置的結構示意圖。

圖2為圖1的主視圖。

圖3為圖1的俯視圖。

圖4為圖1的左視圖。

圖5為圖1的右視圖。

圖6為本實用新型中可移動前擋板的示意圖。

圖7為本實用新型軌道式滑框的內部結構示意圖。

圖8為升降式滑軌(帶刻度尺)的部分結構示意圖。

圖中標注符號的含義如下：

1.底座；2.定位后擋板；3.可移動前擋板；4.連接螺桿；5.舊混凝土；6.水泥基復合材料加固層；7.支撐螺桿；8.升降式滑軌；9.軌道式滑框；10.受拉鋼索；11.定滑輪；12.鋼珠；13.卡槽；14.刻度尺

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

應當說明的是，為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關的部分，它們并不代表其作為產品的實際結構。本文中可移動前擋板、定位后擋板的“前”、“后”并非對擋板方位進行限定，也可以相應的表示為可移動后擋板、定位前擋板；即此處的“前”、“后”僅為了區分兩個不同的擋板，并不構成對擋板的限定。

如圖1至5所示，為一種水泥基復合材料加固混凝土界面剪切試驗裝置，包括加固的舊混凝土5與水泥基復合材料加固層6試樣、底座1、固定機構、加載機構、錨固于底座1的四角位置以支撐加載機構的支撐螺桿7；

所述固定機構包括可移動前擋板3和定位后擋板2，二者通過連接螺桿4連接并將舊混凝土5部分固定于底座1上；

所述加載機構包括升降式滑軌8、軌道式滑框9、受拉鋼索10及定滑輪11；所述軌道式滑框9底面與水泥基復合材料加固層6結合面齊平，所述升降式滑軌8可自由升降的固定在支撐螺桿7上，所述軌道式滑框9可滑動的固定在升降式滑軌8上，所述定滑輪11固定于升降式滑軌8一端并通過受拉鋼索10與軌道式滑框9連成一體，從而通過受拉鋼索10和定滑輪11將豎向荷載轉化為水平拉力施加于軌道式滑框9上，使水泥基復合材料加固層6與舊混凝土5沿二者粘結面即界面發生交錯運動。

其中，所述底座1設為長方形厚鋼板；所述定位后擋板2焊接固定于底板1上，所述可移動前擋板3與底座1構成前擋板在底座1內可前后移動的工位配合。

結合圖6所示，所述底座1上設有多排均勻分布的倒“T”型內嵌式滑槽，所述可移動前擋板3底部設有多個“工”字形板支，且“工”字形板支與倒“T”型內嵌式滑槽的數量相同，從而所述可移動前擋板3與底座通過“工”字形板支與倒“T”型內嵌式滑槽實現前擋板和后擋板之間距離的調整。

所述底座1上的可移動前擋板3與定位后擋板2通過連接螺桿4在試樣兩側連接，且通過調節連接螺桿4對加固試件的舊混凝土5部分進行夾緊、固定。

結合圖7所示，所述軌道式滑框9通過兩側的卡槽13與升降式滑軌8連接；所述卡槽13內嵌有在水平拉力作用下自由滾動的鋼珠12，使軌道式滑框9滑框沿升降式滑軌8自由滑動。

如圖8所示，所述升降式滑軌8表面設有刻度尺14。

下面對本實用新型裝置的工作原理做進一步的說明。

在實際應用時，可將裝置的底座1固定于試驗臺上操作。

首先，將采用水泥基復合材料單面加固的混凝土試件放置于底座1上，將加固側朝上并讓試件一端緊貼定位后擋板2，根據試件尺寸調整可移動前擋板3與定位后擋板2的距離，再通過連接螺桿4將前、后擋板連接并固定牢靠，以充分固定加固試件的舊混凝土5部分；

然后，通過支撐螺桿7上的螺母調整整個加載機構的高度，保證升降式滑軌8的兩側軌道在同一水平位置，且軌道式滑框9的下邊緣與水泥基薄板加固層的界面齊平，使水泥基薄板加固層與舊混凝土5在水平拉力作用下可沿二者的結合面發生水平錯動，形成有效界面剪應力；再通過豎向加載設備如電機或加載砝碼在加載端對受拉鋼索10施加豎向荷載，并通過定滑輪11將豎向荷載轉化為水平拉力施加于軌道式滑框9上，滑框帶動水泥基薄板加固層在升降式滑軌8上自由滑動，直至加固層破壞或與舊混凝土間脫粘，停止加載。

上述試驗過程中，施加的荷載和試件加載端相應的滑移量可外加力傳感器和位移計同步測量，也可利用滑軌上刻度尺14適時記錄施加荷載所對應的位移量，最后繪制界面剪應力-滑移全曲線，并對結果進行分析。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。