粘结指数的测定

方法提要

粘结指数又称 GR·I·指数 (G 指数) ，是中国煤分类的指标之一。将一定质量的试验煤样和专用无烟煤，在规定的条件下混合，快速加热成焦，所得焦块在一定规格的转鼓内进行强度检验，用规定的公式计算粘结指数，以表示试验煤样的粘结能力。测定粘结指数专用无烟煤 (简称专用无烟煤) ，符合 GB 14181—1997 规定要求。

仪器装置

高温炉 具有均匀加热带，恒温区 (850 ±10) ℃，长度不小于 120mm。

转鼓试验装置 包括两个转鼓、一台变速器和一台电动机，转鼓转速必须保证(50 ± 2) r /min。转鼓内径 200mm、深 70mm，壁上铆有两块相距 180°、厚为 3mm 的挡板。

压力器 以 6kg 质量压紧试验煤样与专用无烟煤混合物的仪器。

坩埚和坩埚盖 瓷质，坩埚直径 (40 ± 1.5) mm高 (40 ± 1.5) mm坩埚盖直径42mm，有边缘。

搅拌丝 由直径 1～1.5mm 的硬质金属丝制成。

压块 镍铬钢制成，质量为 110～115g。

圆孔筛 筛孔直径 1mm。

坩埚架 由直径 3～4mm 镍铬丝制成。

秒表。

带手柄平铲或夹子 送取盛样坩埚架出入高温炉用。手柄长 600～700mm，平铲外形尺寸 (长 × 宽 × 厚) 约为 200mm ×20mm ×1.5mm。

煤样要求

试验煤样按 GB 474—2008 《煤样的制备方法》制备成粒度小于 0.2mm 的空气干燥煤样，其中0.1～0.2mm 的煤粒占全部煤样的20%～35%。煤样粉碎后并在试验前应混合均匀。试验煤样应装在密封的容器中，制样后到试验时间不应超过一星期。如超过一星期，应在报告中注明制样和试验时间。

分析步骤

先称取 5g 专用无烟煤，再称取 1g 试验煤样放入坩埚，质量应精确至 0.001g。

用搅拌丝将坩埚内的混合物搅拌 2min。搅拌方法: 坩埚做 45°左右倾斜，逆时针方向转动，转速 15r/min，搅拌丝按同样倾角作顺时针方向转动，转速约 150r/min，搅拌时搅拌丝的圆环接触坩埚壁与底相连接的圆弧部分。经 105s后，一边继续搅拌，一边将坩埚与搅拌丝逐渐转到垂直位置，约 2min 时，搅拌结束，亦可用达到同样搅拌效果的机械装置进行搅拌。在搅拌时，应防止煤样外溅。

搅拌后，将坩埚壁上煤粉用刷子轻轻扫下，用搅拌丝将混合物小心地拨平，并使沿坩埚壁的层面略低 1～2mm，以便压块将混合物压紧后，使煤样表面处于同一平面。用镊子夹压块于坩埚中央，然后将其置于压力器下，将压杆轻轻放下，静压 30s。加压结束后，压块仍留在混合物上，加上坩埚盖。注意从搅拌时开始，带有混合物的坩埚应轻拿轻放，避免受到撞击与振动。

将带盖的坩埚放置在坩埚架中，用带手柄的平铲或夹子托起坩埚架，放入预先升温至850℃ 的高温 炉 内 的 恒温 区。要求 6min 内，炉 温 应 恢 复 到 850℃ ，以 后 炉 温 应 保 持 在(850 ± 10) ℃。从放入坩埚开始计时，焦化 15min 之后，将坩埚从高温炉中取出，放置冷却至室温。若不立即进行转鼓试验，则将坩埚放入干燥器中。高温炉温度测量点，应在两行坩埚中央。炉温应定期校正。

从冷却后的坩埚中取出压块。当压块上附有焦屑时，应刷入坩埚内。称量焦渣总质量，然后将其放入转鼓内，进行第一次转鼓试验，转鼓试验后的焦块用 1mm 圆孔筛进行筛分，再称量筛上物质量，然后，将其放入转鼓进行第 2 次转鼓试验，重复筛分、称量操作。每次转鼓试验 5min 即 250 转。称量均精确至 0.01g。

按下式计算粘结指数:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:G为粘结指数m1为第1次转鼓试验后筛上物的质量，gm2为第2次转鼓试验后筛上物的质量，gm为焦化处理后焦渣总质量，g。

计算结果至小数点后一位。

补充试验

当测得的G<18时，需重做试验。此时，试验煤样和专用无烟煤的比例改为3∶3，即3g试验煤样与3g专用无烟煤。其余测定步骤均相同，测定结果按下式计算。

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

计算结果至整数。

以重复试验结果的算术平均值作为最终结果，报出结果取整数。

注意事项

1) 试样混合后严禁撞击或振动，焦化后所得焦块也不得受到撞击，以免造成人为破碎而影响转鼓试验结果。

2) 试样必须严格防止氧化，从制样到测定不得超过 7d。

3) 用搅拌丝搅拌煤样时，用力应均匀，防止煤样溅出坩埚。

4) 煤中灰分含量增多，粘结指数值随之减小。对不同种类的煤，其影响程度是不同的。灰分对中等粘结性煤的测定值影响最大，相对来说，对强粘结煤与弱粘结煤测定值的影响较小。

5) 煤阶、显微组成和氧化程度是影响粘结指数的内在因素。

6) 根据在相同焦化时间 (15min) 、不同焦化温度 (830℃ 、850℃ 、870℃ ) 下的试验结果，证明随焦化温度的升高，粘结指数有偏高的趋势而且煤种不同，偏高的幅度也不相同。

7) 同一焦化温度 (850℃ ) 、不同焦化时间 (10min、13min、15min 和 17min) 的试验证明，随着焦化时间的延长，粘结值略有偏高，但不显著。

8) 按照国家标准方法规定，当煤样放入高温炉后 6min 以内，炉温应恢复到 850℃ ，因为回升速度的快慢，直接影响到在有效的焦化温度下的焦化时间，从而影响试验结果。回升速度慢，有效焦化温度下的焦化时间短，测定结果就会偏低。

9) 为了提高测定结果的准确度，必须小心制样，最好用逐级破碎的方法，尽量减少小于0.1mm 粒级的比例，使0.1～0.2mm 粒级的比例达到20%～35%。如果0.1～0.2mm粒级的质量小于 20%，意味着在试样中小于 0.1mm 的分量较多，粒度组成偏细，粘结值有偏高的趋势，但偏高的幅度随煤种不同而异反之，如 0.1～0.2mm 粒度级的质量大于35% ，说明试样粒度组成偏粗，粘结值有偏低的可能。

10) 当用机械搅拌器时，必须预先进行对比试验，确认其试验结果与人工搅拌一致，且精密度良好，方可使用。在气温高、湿度大的地区，试验煤样容易结块，在机械搅拌前，要先将结块的煤弄碎，然后再用机械搅拌装置将试验煤样与专用无烟煤混合，否则会因搅拌不匀造成结果超差。

11) 粘结指数是表示煤样在规定条件下所成焦块的耐磨强度或对破坏抗力大小的指标，而转速和时间与研磨力或破坏力的大小有关，速度越快，时间越长，焦块所受的研磨力也越大，粘结值就越小。

12) 压块的作用是施加一个外力，促使熔融的煤粒去粘结无烟煤。压块质量越大，粘结越好，粘结值也会偏高。国际规定压块质量为 110～115g。由于经多次试验后，压块会因氧化作用而剥蚀，其质量会减轻，所以应经常检验压块的质量，当质量小于 110g 时，就不宜再使用。

如何测混凝土的粘结强度？

飞秒检测发现粘结强度是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。在粘合部分施加载荷使之断裂时的强度。随载荷种类不同有抗拉强度，弯曲强度，剪切强度。此外，剥离（Peeling）试验用单位幅宽的强度来表示。测定包括：拉伸性能，拉伸强度与变形率，拉断力，抗撕裂性能，热封强度性能，滚筒剥离试验，90度剥离，绳类拉断力，裤型撕裂力，180度剥离，压缩试验，弯曲试验，剪切试验，顶破试验等

（一）剪切和抗拉强度： 

1、剪切强度：胶接头在单位面积上能承受平行于胶接面的最大负荷。根据受力方式分为：拉伸剪切、压缩剪切、扭转剪切和弯曲剪切。 

2、剪切强度的测试方法： 

A、单搭接拉伸剪切强度测试方法：此法为最常用的铝片单面搭接方法，其标准尺寸： 试片在测定时应不少于5对，取其算术平均值并观察试片的破坏特征。 

B、压缩剪切强度测试方法： 该法用于厚的非金属板材的胶接强度测试。 

3、胶接头抗剪强度的因素。 

A、胶粘剂的应力集中：由于胶接头的应力分布是不均匀的，剪切加载测试中应力集中在搭接头的端部，渐渐地引起破坏。 

B、被粘物和胶粘剂的影响：被粘物的模量E和厚度越大，则应力集中系数越小，胶接头的抗剪强度越大。胶粘剂模量高，应力集中严重，胶接头的抗剪强度就越小。 

C、胶粘剂层厚度的影响：根据应力分布：胶层越厚，接头应力集中系数越小，抗剪强度越大。然而，胶层越厚抗剪强度越低。这是因为胶层越厚，内部缺陷呈指数关系增加，使胶层内聚强度下降；胶层越厚，由于温度变化引起收缩应力和热应力等内应力的产生，导致内聚强度的损失。 这并不是说胶层越簿越好，胶层太簿就容易造成缺胶，致使胶接强度下降。因此，一个均匀的簿胶层厚度最好控制在0.03-0.15mm之内。 

D、搭接长度的影响 由应力分布可知，应力集中系数随着搭接长度的增加而增加，接头的抗剪强度却下降了。因此，必须确定最佳的搭接测试。 

4、抗拉强度的测试 

4.1、抗拉强度是指胶接头在单位面积上所能承受垂直于胶接面的最大负荷。 

4.2、影响抗拉强度的因素：根据应力分布知，接头的应力集中在胶接边缘上，当边缘应力集中达到一个临界值以上，边缘区胶层发生开裂，裂缝瞬间扩展到整个胶接面。

（二）、剥离和不均匀扯离强度 

1、剥离强度：当应力集中在试片胶缝边缘时的拉伸强度。刚性材料（如金属）与柔性材料如橡胶、织物胶接时，需测定剥离强度。 

2、剥离强度和不均匀扯离强度的测试方法： 

2.1、剥离强度的测试方法：“T”型180度剥离也是标准的“T”剥离。 

2.2、不均匀扯离强度的测试方法： 

3、影响剥离强度的因素： 

3.1、胶接头“线受力”的应力分布 

3.2、剥离角对剥离强度的影响 剥离强度随剥离角度的增加而迅速下降，当剥离角接近90度后剥离强度就趋于一个定值。 

3.3、胶层厚度的影响 胶层越厚，胶接强度就越低，但不能太薄。

（三）、冲击和持久强度 

1、冲击强度：胶粘剂在冲击负荷作用下，产生破坏时单位面积上所做的功。“T”剥离冲去实验主要用来测试胶粘剂的韧性。 

2、持久强度：又称蠕变性能，指胶粘剂固化后及反抗恒定负荷随时间作用的能力。 

其实验时间较长均需在103H以上。

（四）疲劳强度 

1、疲劳强度：由于受到不断循环交变的应力作用而使胶头产生疲劳以至被破坏。即在给定条件下对胶接头重复施加一定载荷至规定次数不同引起破坏的最应力，循环次数为107次。 

2、影响疲劳强度的因素 

2.1、疲劳强度S与疲劳寿命的关系：S=A-KtgN A,K为常数。 

2.2、疲劳寿命N与温度的关系：tgN=A+B/T A，B为常数 

2.3、应力复变的频率对疲劳强度的影响：tgN=tgb-mtgf b,m为常数，f为频率 

因此，疲劳强度随频率减少而有所降低。

单纯拉伸试验是负荷作用垂直于胶层平面并通过粘接面中心的试验。ASTM D897 粘接接头拉伸强度测试方法是保留在 ASTM 中有关胶粘剂最古老的方法之一。对于试验所用试件和夹具的制作必须给予重视，由于设计不妥，试验时会产生边缘应力，有很大的应力集中，所得到的应力数据进行类推求算不同粘接面积或不同构形接头的强度很可能是不真实的。因此，D897 已被 D2095 （条型和圆棒试件拉伸强度测试方法）所代替。这种试件按照 ASTM D2094 （粘接试验中条型和圆棒试件的制备）标准制作，很容易调整同心度。如果正确地制作试件和进行试验，便能较精确地测定拉伸粘接强度。拉伸试验是评价胶粘剂最普通的试验，尽管是有经验人员设计的接头，也不能保证加荷时完全是拉伸形式。大多数结构材料都比胶粘剂的拉伸强度高。拉伸试验的优点之一是能得到最基本的数据，如拉伸应变、弹性模量和拉伸强度。

加利福尼亚理工学院的维谦斯及其同事对拉伸试验的应力分布进行了分析，发现除非是当胶粘剂与被粘物的模量相匹配时，应力在整个试件里的分布是不均匀的。这种模量的差异造成了剪切应力沿界面传递。

剪切

单纯剪切应力是平行于粘接面所产生的应力。单搭接剪切试件不能代表剪切，但却很实用，制作比较简单，测得的数据有实用价值、重复性好。

剪切试验是很普通的试验（对比下列的几种试验），因其试件制备容易，且几何形状和操作条件对很多结构胶粘剂都适用。与拉伸试验一样，剪切试验的应力分布也是不均匀的，破坏应力是按常规方法将负荷除以粘接面积而得，胶层里承受的最大应力要比平均应力高得很多，胶 层受到的应力与纯剪切不同。粘接的“剪切”接头的破坏形式与胶层厚度和被粘物的刚度有关，有时以剪切破坏为主，有时以拉伸破坏为主。

目前所用的剪切试验方法，除了ASTM D1002 之外，还有ASTM D3163 ，它与ASTM D1002 相比，构形几乎相同，只是厚度不同。该方法解决了胶粘剂易从边缘挤出来的问题。ASTM D3165 （层压复合的胶粘剂们拉伸剪切强度测试方法）说明了如何制备试件来测定夹层结构的拉伸剪切强度。双搭接剪切试的标准为ASTM D3528 （双搭接粘接接头拉伸剪切强度测试方法），其优点是受力比较均衡，从而减小了单搭接试验中的劈裂应力和剥离应力。但也带来了新的问题，测试时两个或更多的胶层同时受力，比较试验就可能复杂化。

压缩剪切试通常也用，ASTM D2182 （金属对金属粘接压缩剪切强度测定方法）对试件与搭接剪切的相似性和压缩剪切试验设备进行了说明。ASTM D905 （粘接接头压缩剪切强度测试方法）是测定木材（硬木等）剪切强度的试验。ASTM E229 是测定扭转剪切强度和扭转剪切模量的试验。如果试件合适，且加荷时同心度良好，则在E229 中胶层比搭接剪切试验应力分布更均匀。

国家标准 

UDC 661.182:620.176 

GB 7124-86 

胶粘剂粘结力测试方法

使用粘结强度检测仪测混凝土的粘结强度。

高精度粘结强度检测仪，适用于检测外墙饰面砖、外墙外保温材料、马赛克、各种板材和油漆等材料粘结强度。

适用标准

JGJ110-97《建筑工程饰面砖粘接强度检验标准》

JGJ126-2000《外墙饰面砖工程施工及验收规程》

JGJ144-2004《外墙外保温工程技术规程》

JG158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》

JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》

请问：建筑工程中抹灰层与结构层的‘粘结强度’如何检测？以何为标准？

常用的是拉伸强度、剪切强度和剥离强度等。

剥离，是胶粘制品接头常见的破坏形式之一。何谓剥离，形象地说，就像宰杀牛羊时剥皮的那样，把两个被粘物互相剥开来。

剥离和扯离不同之处在于：剥离是从界面的边缘开始的，而扯离是整个黏合面同时受力。

其特点是：胶接接头在受外力作用时，力不是作用在整个胶接面上，而只是集中在接头端部的一个非常狭窄的区域，这个区域似乎是一条线，胶黏剂所受到的这种应力，就是我们所讲的线应力。

当作用在这一条线上的外力大于胶黏剂的胶接强度时，接头受剥离力作用便沿着胶接面而发生破坏。

剥离力的单位是牛顿每米，根据试样的结构和剥离结构的不同，它又分为：90度剥离强度试验180度剥离强度试验T形剥离强度试验Bell剥离强度试验(浮滚剥离)。

接(粘合、粘接、胶结、胶粘)是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术，具有应力分布连续，重量轻，或密封，多数工艺温度低等特点。

胶接特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。胶接近代发展最快，应用行业极广，并对高新科学技术进步和人民日常生活改善有重大影响。因此，研究、开发和生产各类胶粘剂十分重要。

一般来说，抹灰是不需要做粘结强度试验的，只需要做抹灰砂浆的强度试验就好了，如果是贴砖，就要做粘结强度试验了，是用粘结强度检测仪做的，具体检测方法请参考《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准 JGJ110-97》。

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