閆 煦，華玉彬

(1.沈陽建筑大學(xué)，遼寧沈陽 110168;2.沈陽長天建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，遼寧沈陽 110168)

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展和國家對(duì)節(jié)能、環(huán)保工作的重視，再生混凝土作為廢棄混凝土的一種循環(huán)再利用技術(shù)，日益受到關(guān)注。它是指將生產(chǎn)過程中或使用后被廢棄的混凝土經(jīng)破碎、清洗與分級(jí)后，按一定的比例與級(jí)配加工成再生混凝土骨料，應(yīng)用到新配制的混凝土中去的一種方法［1］。

目前，國內(nèi)外對(duì)再生混凝土的材料性能和結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)進(jìn)行了大量研究［2-8］，但對(duì)于其與傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件的性能對(duì)比尚未見報(bào)道。因此，本文進(jìn)行了再生混凝土梁與普通混凝土梁正截面強(qiáng)度的對(duì)比試驗(yàn)研究，以進(jìn)一步完善再生混凝土梁的理論研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 混凝土配合比的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用梁的混凝土均為C25，為了方便對(duì)比，再生混凝土中骨料取代率采用100%。再生混凝土來自沈陽建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室的廢棄構(gòu)件混凝土，將其人工破碎后，按一定比例和級(jí)配混合而成。普通混凝土的粗骨料選用河石。兩者的細(xì)骨料均選用河砂配制，骨料均清洗后使用。配制水泥均為42.5級(jí)，拌合水用自來水。具體配合比見表1。

表1 混凝土配合比

1.2 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)共進(jìn)行了14根混凝土簡支梁的正截面強(qiáng)度試驗(yàn)，梁的截面尺寸均為2 100 mm×120 mm×240 mm。其中設(shè)計(jì)再生混凝土適筋梁3根、超筋梁2根、少筋梁2根，普通混凝土梁的種類及數(shù)量與之對(duì)應(yīng)。其中，適筋梁、超筋梁、少筋梁的配筋率分別為7.9%，19.7%，0.46%。各混凝土梁的編號(hào)和配筋情況見表2。其中，RC代表再生混凝土，CC代表普通混凝土。在編號(hào)前加S代表適筋梁，加E代表超筋梁，加L代表少筋梁。

表2 梁的編號(hào)和配筋

對(duì)鋼筋進(jìn)行材料力學(xué)性能試驗(yàn)，測量得出其屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 鋼筋的材料力學(xué)性能

1.3 試驗(yàn)裝置和主要測試內(nèi)容

本次試驗(yàn)在沈陽建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用500 kN液壓千斤頂加載，為排除剪應(yīng)力的存在對(duì)試件正截面受力性能的影響，試驗(yàn)時(shí)利用分配梁在跨中形成600 mm長度的純彎段。

試驗(yàn)加載全程采用荷載控制，首先進(jìn)行預(yù)加載，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)加載值取為開裂荷載計(jì)算值的70%，預(yù)載結(jié)束后應(yīng)卸載。對(duì)于適筋梁，在開裂前取每級(jí)荷載5 kN，接近開裂荷載或者受拉區(qū)混凝土應(yīng)變增長過快時(shí)，每級(jí)荷載減至2 kN，當(dāng)混凝土梁開裂至接近破壞時(shí)荷載減至1 kN。在試件開裂前，每級(jí)加載后停約3 min左右觀察有無裂縫出現(xiàn);裂縫出現(xiàn)后，每級(jí)加載后停留10 min，以便裂縫發(fā)展穩(wěn)定下來［9］。對(duì)于超筋梁，每級(jí)荷載取值為20 kN;而對(duì)于少筋梁，則取0.5 kN為一級(jí)荷載。

適筋梁各受力階段純彎段混凝土的應(yīng)變采用20 mm×100 mm紙基應(yīng)變片測量;適筋梁中各受拉主筋跨中鋼筋的應(yīng)變采用20 mm×30 mm的膠基應(yīng)變片測量;各形式梁的跨中撓度采用位移傳感器量測。測量數(shù)據(jù)由UCAM-70A數(shù)據(jù)采集分析儀采集。測點(diǎn)及測量儀器布置見圖1。

圖1 測點(diǎn)布置

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

通過試驗(yàn)觀察可知，再生混凝土適筋梁試件的開裂與屈服均要早于普通混凝土適筋梁，但是其破壞過程與形態(tài)與普通混凝土適筋梁類似。在加載初期，荷載較小時(shí)，幾乎沒有出現(xiàn)變化;隨著荷載逐漸增大，受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應(yīng)變均逐漸增大;當(dāng)荷載增大至開裂荷載時(shí)，在跨中出現(xiàn)垂直裂縫;隨著荷載繼續(xù)增加，裂縫寬度也逐漸加大;當(dāng)達(dá)到極限荷載時(shí)，試驗(yàn)梁達(dá)到極限承載力，試驗(yàn)結(jié)束。

再生混凝土超筋梁試件的破壞過程為:在加載初期直至加載后其沒有明顯的破壞，但是在極限荷載時(shí)，梁的核心受壓區(qū)突然發(fā)生碎裂，表現(xiàn)出明顯的脆性特征。這與其對(duì)應(yīng)的普通混凝土構(gòu)件破壞現(xiàn)象一致。圖2(a)為ERC2試件的破壞形態(tài)。

LRC構(gòu)件的破壞也表現(xiàn)為典型的脆性破壞特征，主要表現(xiàn)在極限荷載時(shí)，梁在跨中位置斷為兩截，與LCC試件的破壞形態(tài)幾乎一致。LRC1破壞形態(tài)見圖2(b)。

圖2 試件破壞形態(tài)

2.2 裂縫的分布情況

在試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)SRC構(gòu)件和SCC構(gòu)件的裂縫發(fā)展基本相同。第一條裂縫均出現(xiàn)在梁底部跨中附近或者加載點(diǎn)附近，然后向上發(fā)展。隨著荷載增加，裂縫數(shù)量不斷增加，寬度不斷增大，并逐漸向上延伸，直到混凝土梁破壞。SRC2裂縫分布和破壞形態(tài)如圖3所示。

2.3 正截面強(qiáng)度的主要特征參數(shù)比較

試件各階段承載力見表4?？梢钥闯觯琒RC構(gòu)件的正截面強(qiáng)度參數(shù)中的極限承載力、開裂荷載與屈服荷載要稍小于SCC構(gòu)件，且在超筋梁與少筋梁的承載力分析中，這種現(xiàn)象更加明顯?？傮w上看，再生混凝土的構(gòu)件正截面強(qiáng)度比普通混凝土試件要小11%左右。

圖3 SRC2的裂縫形態(tài)

表4 試件各階段實(shí)測荷載值

2.4 試件的荷載—位移(P－f)曲線

圖4為SRC構(gòu)件與SCC構(gòu)件的P－f曲線，由圖中可以看出再生混凝土試件與普通混凝土試件的曲線變化趨勢基本一致。接近開裂時(shí)曲線出現(xiàn)折點(diǎn)，進(jìn)入塑性階段，位移開始增大。在開裂前，兩種梁的曲線發(fā)展基本呈直線狀，處于彈性階段;開裂后荷載增大變緩，位移增大加劇;進(jìn)入屈服階段后，荷載幾乎不增加，位移急劇增大，直至達(dá)到承載力的極限，構(gòu)件破壞。對(duì)比發(fā)現(xiàn)SRC構(gòu)件進(jìn)入屈服階段后，其位移增長明顯大于SCC構(gòu)件，可見屈服后，在保持剛度穩(wěn)定性方面再生混凝土構(gòu)件要好于普通混凝土構(gòu)件。

2.5 平截面假定的適用性

為了解再生混凝土構(gòu)件的平截面適用性，并與普通混凝土構(gòu)件進(jìn)行對(duì)比，在兩組試件中各選一組具有代表性的數(shù)據(jù)來進(jìn)行說明，如圖5所示。

圖4 構(gòu)件的P－f曲線

圖5 跨中應(yīng)變沿高度變化

由圖5可以看出，SRC構(gòu)件與SCC構(gòu)件的跨中應(yīng)變沿高度變化趨勢基本一致。在加載初期，荷載較小時(shí)中性軸在梁的中截面附近;隨著加載的進(jìn)行，中性軸逐漸向梁的受壓區(qū)移動(dòng);至屈服荷載后，中性軸基本穩(wěn)定，直至梁被破壞。這與梁的受力特點(diǎn)是一致的?？梢?，SRC構(gòu)件與SCC構(gòu)件相同，依然適用平截面假定。

2.6 鋼筋應(yīng)變

為了進(jìn)一步對(duì)比SRC構(gòu)件與SCC構(gòu)件的受力特點(diǎn)，對(duì)構(gòu)件中的受拉主筋進(jìn)行了分析，見圖6。

圖6 試件主筋的荷載—應(yīng)變曲線

由圖6可以看出，SRC構(gòu)件的受拉主筋屈服階段明顯要早于SCC構(gòu)件，其它階段兩種構(gòu)件的變化基本一致，都是在荷載較小時(shí)呈線性變化，直至進(jìn)入屈服階段，這與梁的正截面強(qiáng)度發(fā)展是一致的?？梢姡缰惺芾摻顚?duì)再生混凝土構(gòu)件正截面強(qiáng)度的影響與普通混凝土構(gòu)件相同。

3 結(jié)論

1)從再生混凝土構(gòu)件與普通混凝土構(gòu)件正截面強(qiáng)度特征參數(shù)比較分析來看，再生混凝土梁正截面強(qiáng)度要略小于普通混凝土梁。

2)再生混凝土梁的破壞形式及過程與普通混凝土梁相似，仍分為彈性、塑性、屈服及破壞等階段，裂縫發(fā)展的過程也一致。

3)由構(gòu)件的荷載—撓度曲線來看，再生混凝土梁在進(jìn)入屈服階段后，在保持剛度穩(wěn)定性方面要好于普通混凝土梁。

4)再生混凝土梁跨中應(yīng)變沿截面高度的變化情況與普通混凝土梁相同，說明其仍適用平截面假定;跨中鋼筋應(yīng)變的變化與梁的受力特點(diǎn)一致，說明再生混凝土與鋼筋能很好地協(xié)同工作。

［1］張亞梅，秦虹根，孫偉，等.再生混凝土配合比設(shè)計(jì)初探［J］.混凝土與水泥制品，2002(1):7-9.

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