再生混凝土的強(qiáng)度特征研究

陳靈敏

摘要：結(jié)合國內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果，本文對再生混凝土的強(qiáng)度特征進(jìn)行了詳細(xì)的綜述與分析。主要內(nèi)容包括再生混凝土的抗壓強(qiáng)度及其變異特征、棱柱體強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系、再生混凝土的抗折和抗拉強(qiáng)度以及與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。最后建議了關(guān)于再生混凝土強(qiáng)度特征有待于進(jìn)一步研究的問題。本文的研究結(jié)果對再生混凝土在實(shí)際中的推廣應(yīng)用具有重要的價值。

關(guān)鍵詞：再生混凝土；強(qiáng)度特征；綜述分析

1 前言

與當(dāng)前混凝土繁榮興旺的工程應(yīng)用相對照，大量廢棄混凝土建筑物和構(gòu)筑物被拆除。據(jù)統(tǒng)計，我國目前每年由于建筑物拆除產(chǎn)生的廢棄混凝土已達(dá)1360萬噸。再生混凝土技術(shù)不但可以有效回收利用資源，且可解決部分環(huán)境問題，具有明顯的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，已經(jīng)成為混凝土研究領(lǐng)域中的一個熱點(diǎn)問題。本文基于國內(nèi)外大量的試驗(yàn)結(jié)果，詳細(xì)綜述分析了再生混凝土強(qiáng)度特征。對推動再生混凝土的進(jìn)一步研究以及工程應(yīng)用具有一定的意義和價值。

2 再生混凝土的強(qiáng)度特征

2.1 抗壓強(qiáng)度

Nixon、B.C.S.J、Ravindrarajah等、Gerardo]、Hansen、Ramamurthy和Mandal的試驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較普通混凝土降低，降低幅度分別為20%、14% -32%、8% -24%、5%、5%-24%、15%-42%和15%。Wesche 綜合分析了Buck ,Malhotra以及Frondistou-Yannas 等人的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較普通混凝土降低約10%。刑振賢、肖建莊等的試驗(yàn)也得出了類似的結(jié)果。一般認(rèn)為，再生混凝土抗壓強(qiáng)度較普通混凝土降低的主要原因是：再生骨料孔隙含量較多，在承受軸向力時容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象；再生混凝土抗壓強(qiáng)度的主要原因是由于再生骨料與新舊砂漿之間存在的較為薄弱的粘結(jié)區(qū)域；再則再生骨料的強(qiáng)度本身較天然骨料低。

Yoda則發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較普通混凝土高出8.5%。Ridzua的試驗(yàn)結(jié)果也表明再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土高2%到20%。

Gupta還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水灰比較低時，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度；但是當(dāng)水灰比較高時，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度反而高于普通混凝土。而且，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度并不嚴(yán)格隨水灰比的增大而減小。

不同研究者結(jié)論的差異來源于采用的再生骨料、試驗(yàn)條件以及試驗(yàn)方法的差異，關(guān)于這方面的研究仍有待于進(jìn)一步研究。

2.2 抗壓強(qiáng)度的變異特性

B.C.S.J發(fā)現(xiàn)由試驗(yàn)室試驗(yàn)得到的再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)與普通混凝土差別不大。Hansen、Coquillat、顏聰、Mukherjee等以及Larranag等人也得到了類似的結(jié)果。李佳彬完成了大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變異特性與普通混凝土無顯著差別，同時發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度服從正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布。

值得注意的是，上述這些試驗(yàn)中采用的再生粗骨料均來源單一且質(zhì)量較為均勻，對于實(shí)際工程中再生粗骨料來源不同的情況，廢棄混凝土的性能可能差異較大，此時再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變異性將會有所增加。

2.3 棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

試驗(yàn)表明，再生混凝土軸壓強(qiáng)度試驗(yàn)呈現(xiàn)的破壞過程與普通混凝土存在一定的差別，主要表現(xiàn)為更大的脆性。由于再生混凝土材疏質(zhì)脆，在軸向荷載的作用下，再生混凝土立方體試件橫向約束作用較普通混凝土弱，導(dǎo)致再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體強(qiáng)度相比增加不多，表現(xiàn)為再生混凝土軸壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值較普通混凝土增加，許多試驗(yàn)都證實(shí)了這一點(diǎn)。

Xiao試驗(yàn)給出的兩者間的關(guān)系為:

fc=0.80fcu（1）

前蘇聯(lián)給出的兩者之間的關(guān)系為:

fc=0.845fcu（2）

式中，fc和fcu分別為再生混凝土的棱柱體和立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）。

綜合Ravindrarajah、Xiao、宋燦、de Oliverira]和施鐘毅]等人的試驗(yàn)結(jié)果，本文建議再生混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系為:

fc=0.824fcu（R=0.86）（3）

2.4 抗拉與抗折強(qiáng)度

Coquillat的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與普通混凝土差別不大。Muka的試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。Kawamura 和Torii的試驗(yàn)表明再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與普通混凝土幾乎相同，對于抗折強(qiáng)度，也有類似的結(jié)論。Ahmad的試驗(yàn)也證實(shí)了上述結(jié)論。Ikeda等人則發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗拉強(qiáng)度較普通混凝土約降低6%，而抗折強(qiáng)度卻沒有降低。

Gerardu則發(fā)現(xiàn)再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度較普通混凝土降低10%。Ravindrarajah和Tam的試驗(yàn)表明，再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度均較普通混凝土降低10%。Malhotra的試驗(yàn)得出了再生混凝土的抗折強(qiáng)度較普通混凝土降低的結(jié)論。Mandal 和Gupta的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)再生混凝土各齡期的抗折強(qiáng)度均低于普通混凝土，平均降低幅度為12%。

另一方面，B.C.S.J.的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的抗折強(qiáng)度約為其抗壓強(qiáng)度的1/5～1/8，這與普通混凝土基本類似。Sagoe-Crentsil等的試驗(yàn)表明再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值略高于普通混凝土。Tavioli的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系與普通混凝土不同。Salem的研究發(fā)現(xiàn)ACI規(guī)范中關(guān)于普通混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的計算公式也適用于再生混凝土，但關(guān)于普通混凝土抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式則偏于保守。Gupta的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)水灰比較低時，再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度低于普通混凝土，而水灰比較高時，再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度則高于普通混凝土，同時發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗折強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度隨齡期的增長規(guī)律與普通混凝土相同。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，可以看出再生混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度較普通混凝土降低0-10%，結(jié)合前述關(guān)于抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)再生混凝土的拉壓比和折壓比要較普通混凝土高。

2.5粘結(jié)強(qiáng)度

混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度提供了兩者共同工作的基礎(chǔ)，因此再生混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度對于評價再生混凝土能否作為結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件至關(guān)重要。

Mukai等人發(fā)現(xiàn)在靜力和疲勞荷載作用下，再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度均與普通混凝土差別不大。Kakizaki指出再生混凝土與豎向鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度為橫向鋼筋的2.4-3.7倍。王濱生的試驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度高于普通混凝土，但特征滑移長度增加。Roos、顏聰和Jau等均發(fā)現(xiàn)再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度低于普通混凝土。Jau等還發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗折強(qiáng)度的變異性較普通混凝土高。

綜合以上研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)再生混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度并不比普通混凝土顯著降低。因此，從這個角度來講，再生混凝土用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件是可行的。

3 結(jié)論與建議

本文在國內(nèi)外大量相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對再生混凝土的強(qiáng)度特征進(jìn)行了較為系統(tǒng)的綜述分析。目前的研究未涉及再生混凝土多軸應(yīng)力下的強(qiáng)度特征，關(guān)于再生混凝土重復(fù)荷載作用下的疲勞強(qiáng)度特征的研究也甚為薄弱，為了推動再生混凝土在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用，有必要進(jìn)一步開展上述這些方面的試驗(yàn)研究。

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