機制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承載力試驗研究

潘麗云，李廣欣，趙順波

(華北水利水電大學 土木與交通學院，河南 鄭州 450045)

國內外關于再生粗骨料混凝土的研究偏重于再生粗骨料取代率對混凝土性能的影響，并通過再生粗骨料混凝土梁和普通混凝土梁(細骨料均為天然砂)的對比試驗，認為再生混凝土梁的受剪承載力隨再生粗骨料取代率的增加而減?。?－4］.

筆者從綜合利用再生粗骨料和機制砂、充分展現(xiàn)生態(tài)混凝土性能的角度出發(fā)，開展了機制砂再生粗骨料混凝土的研究［5－7］.得出了采用100%再生粗骨料和機制砂配制的混凝土配筋梁的受剪承載力試驗結果.

1 試件概況

1.1 原材料

試驗采用的再生粗骨料來自土木與交通科學研究中心的廢棄混凝土構件(強度約為40 MPa)，經(jīng)人工與顎式破碎機破碎后，篩分成粒徑5～10 mm，10～20 mm，20～26.5 mm 單粒級，再按4∶3∶3 混合成連續(xù)級配粗骨料，基本性能見表1.

表1 再生骨料的基本性能

細骨料為碎石破碎原狀機制砂，表觀密度為2.697 kg/m3、細度模數(shù)為3.27.水泥采用焦作“堅固”牌P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，試驗用水為自來水.混凝土的設計強度等級為C40，配合比設計考慮了再生粗骨料的吸水率，1 m3混凝土各材料用量水∶水泥∶機制砂∶再生粗骨料=165∶366.7∶800.5∶1 086.2(kg).

縱向受拉鋼筋采用HRB335 級熱軋鋼筋，縱向架立鋼筋和箍筋均采用HPB235 級熱軋鋼筋，鋼筋的實測強度見表2.

表2 鋼筋的性能指標

1.2 試驗梁制作

制作了10 根機制砂再生粗骨料混凝土梁，設計截面尺寸為150 mm×400 mm，梁長3 200 mm.為了保證梁在試驗中發(fā)生受剪破壞而配置了足夠的縱筋，縱筋配筋率為1.8%.梁的配筋如圖1 所示.每批澆筑6 個邊長150 mm 的立方體試塊和6 個150 mm×150 mm×300 mm 的棱柱體試塊，用于測定立方體的抗壓強度、劈裂抗拉強度、軸心抗壓強度和彈性模量.實測梁的截面尺寸和混凝土強度見表3.

圖1 構件配筋圖

表3 試驗梁截面尺寸、配筋和材料性能試驗值

1.3 試驗方法

由兩個串聯(lián)的千斤頂對稱施加荷載，用荷載傳感器監(jiān)控.荷載控制特征值為斜截面開裂荷載、正常使用裂縫開展階段荷載和極限荷載.觀測內容:斜截面及裂縫發(fā)展形態(tài)、主要裂縫的寬度、梁的撓度等.

2 受剪承載力分析與計算

2.1 剪跨比和配箍率對梁受剪承載力的影響

圖2 繪出了機制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承載力與剪跨比的關系.可以看出，剪跨比是影響機制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承載力的重要因素，梁的受剪承載力隨著剪跨比的增大而降低.

圖2 試驗梁受剪承載力隨剪跨比的變化

圖3 為剪跨比1.5 時，機制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承載力隨配箍率的變化情況.可以看出，機制砂再生粗骨料混凝土梁的受剪承載力隨著配箍率的增大而提高.

圖3 試驗梁受剪承載力隨配箍率的變化

2.2 梁受剪承載力的計算

現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范中普通混凝土梁受剪承載力計算公式［7］為

普通混凝土梁的受剪承載力統(tǒng)計公式［8］為

式中:Vu為梁的受剪承載力;λ 為剪跨比;Asv為同一斜截面上箍筋的截面面積;fyv為箍筋的抗拉強度設計值(這里對應箍筋的屈服強度);ft為混凝土的抗拉強度;ρ 為縱向受拉鋼筋的配筋率;b 和h0分別為梁的截面寬度和有效高度.

表4 為該試驗的機制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承載力實測值與上述公式計算值的比較.按式(1)計算時，實測值與計算值之比的平均值為1.198，變異系數(shù)0.201.按式(2)計算時，實測值與計算值之比的平均值為0.995，變異系數(shù)0.154.該結果與普通混凝土梁受剪承載力的統(tǒng)計分析結果是一致的，由于式(2)為梁受剪承載力平均值的統(tǒng)計計算公式，實測值與計算值之比的平均值接近1.0，即表明兩者符合性良好.式(1)是考慮了受剪承載力可靠度以后，按統(tǒng)計結果選取的偏下限計算公式，實測值與計算值之比的平均值大于1.0，表明計算結果具有一定的安全儲備.因此，式(1)可用于機制砂再生粗骨料混凝土梁的受剪承載力設計，式(2)可用于預測機制砂再生粗骨料混凝土梁的實際受剪承載力.

表4 試驗梁受剪承載力試驗與計算結果比較

3 結語

可采用現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范中普通鋼筋混凝土梁受剪承載力計算公式，進行機制砂再生粗骨料混凝土梁的受剪承載力設計.可采用普通鋼筋混凝土梁受剪承載力統(tǒng)計計算公式，預測機制砂再生粗骨料混凝土梁的實際受剪承載力.

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