再生混凝土單軸力學性能指標統(tǒng)一計算方法

丁發(fā)興+方常靖+龔永智+余志武+胡莉娜

摘要：對大量再生混凝土單軸力學性能試驗資料進行整理分析，基于統(tǒng)計分析方法，在借鑒普通混凝土力學模型的基礎上，對不同取代率下再生混凝土的各種力學性能指標進行統(tǒng)一分析，提出了適用于不同取代率下再生混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度、劈裂抗拉強度、彈性模量、軸心受壓峰值應變和軸心受拉峰值應變的統(tǒng)一計算公式，建立了再生混凝土單軸受壓、受拉的應力-應變?nèi)€表達式，并將公式計算結果與試驗結果進行對比。結果表明：計算結果與試驗結果吻合較好；提出的再生混凝土單軸力學性能指標統(tǒng)一計算公式精度較高。

關鍵詞：再生混凝土；力學性能；取代率；應力-應變?nèi)€

中圖分類號：TU398 文獻標志碼：A

0 引 言

再生混凝土技術是實現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一，具有顯著的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。目前，各國學者對再生混凝土受壓、受拉等力學性能開展了較為廣泛的試驗研究，取得了一些重要的研究成果[1-2]。由于影響再生混凝土力學性能的因素較多，包括再生骨料取代率、配合比方法、再生粗骨料強度、再生混凝土來源、齡期等，導致再生混凝土力學性能的離散性較大，不同學者基于小樣本統(tǒng)計分析提出的計算公式適用性較局限。為了便于再生混凝土結構的計算分析，本文中通過對不同取代率下再生混凝土的基本力學性能試驗研究資料[3-35]進行分析，在普通混凝土力學性能指標研究成果的基礎上，提出考慮再生骨料取代率的再生混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度、劈裂抗拉強度、彈性模量、軸心受壓峰值應變和軸心受拉峰值應變等力學性能指標的統(tǒng)一計算公式，并建立不同取代率下的再生混凝土單軸受壓、受拉的應力-應變?nèi)€方程。

1 再生混凝土力學性能指標

1.1 立方體抗壓強度

文獻[3]中的研究表明，再生混凝土試件的尺寸效應有別于普通混凝土，小試件的強度反而低于大試件的強度。由于現(xiàn)有再生混凝土尺寸效應的試驗研究很少，文獻[4]中根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，取普通混凝土立方體抗壓強度fcu與邊長為100 mm的立方體抗壓強度fcu，10的比值fcu/fcu，10為0.95。

圖1為不同強度等級再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的立方體抗壓強度fcu（r）與相同配合比下無再生骨料時的普通混凝土立方體抗壓強度fcu比值的試驗結果變化規(guī)律。由圖1可以看出，再生骨料取代率對再生混凝土抗壓強度影響的離散性較大，但是大體上再生混凝土立方體抗壓強度與普通混凝土立方體抗壓強度的比值隨著再生骨料取代率的增加而降低。通過對圖1所示的124組研究資料進行分析可知，再生混凝土立方體抗壓強度fcu（r）與普通混凝土立方體抗壓強度fcu關系的計算公式為

1.2 軸心抗壓強度

圖2為不同強度等級再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的軸心抗壓強度fc（r）與相同配合比下 無再生骨料時的普通混凝土軸心抗壓強度fc比值的試驗結果變化規(guī)律。通過對圖2所示的87組研究資料進行分析得

肖建莊[1]建議的再生混凝土軸心抗壓強度fc（r）和立方體抗壓強度fcu（r）的換算關系為

李旭平[6]提出的再生混凝土軸心抗壓強度fc（r）和立方體抗壓強度fcu（r）的關系為

表1為式（4）～（6）計算所得軸心抗壓強度計算結果與試驗結果比較的特征值。從表1可以看出：當再生骨料取代率較小時，采用式（4）～（6）計算所得軸心抗壓強度都與試驗結果吻合較好；當再生骨料取代率r>0.7時，采用本文中提出的式（4）計算所得軸心抗壓強度與試驗結果的吻合程度優(yōu)于另外2個公式，且離散率較小。

1.3 軸心抗拉強度

圖3為不同強度等級再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的軸心抗拉強度ft（r）與相同配合比下無再生骨料時的普通混凝土軸心抗拉強度ft比值的試驗結果變化規(guī)律。通過對圖3所示的15組研究資料進行分析得 肖建莊等[7]建議的再生混凝土抗拉強度ft（r）和立方體抗壓強度fcu（r）的換算關系為

式（9），（10）的軸心抗拉強度計算結果特征值如表1所示。由表1可見，式（9）所得到的軸心抗拉強度更接近試驗結果。

1.4 劈裂抗拉強度

圖4為不同強度等級再生骨料混凝土在不同再生骨料取代率r下的劈裂抗拉強度fts（r）與相同配合比下無再生骨料時的普通混凝土劈裂抗拉強度fts比值的試驗結果變化規(guī)律。通過對圖4所示的71組研究資料進行分析，可得

根據(jù)式（13）～（15）計算的劈裂抗拉強度特征值如表1所示。由表1可以看出，式（13）計算所得到的劈裂抗拉強度更接近試驗結果，且離散率更小。

1.5 彈性模量

圖5為不同強度等級再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的彈性模量Ec（r）與相同配合比下無再生骨料時的普通混凝土彈性模量Ec比值的試驗結果變化規(guī)律，其中，E為混凝土彈性模量。通過對111組受壓彈性模量和10組受拉彈性模量試驗資料進行分析得

根據(jù)式（18），（19）計算的再生混凝土彈性模量與試驗結果的特征值如表1所示。由表1可以看出，采用式（18）計算所得結果較試驗值偏大，采用式（19）計算所得結果在取代率較小時比試驗值偏小，取代率較大時明顯比試驗值偏大，相比而言，式（18）計算結果較為理想。

1.6 受壓峰值應變

圖6為不同強度等級再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的受壓峰值應變εc（r）與相同配合比下無再生骨料時的普通混凝土受壓峰值應變εc比值的試驗結果變化規(guī)律。通過對圖6所示的49組研究資料進行分析得

1.7 受拉峰值應變

圖7為不同強度等級再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的受拉峰值應變εt（r）與相同配合比下無再生骨料時的普通混凝土受拉峰值應變εt比值的試驗結果變化規(guī)律。根據(jù)圖7所示的5組研究資料進行分析得endprint

圖8為不同強度等級下再生骨料取代率r=0，0.5，1時再生混凝土單軸受力應力-應變?nèi)€，其中，RC表示混凝土強度。由圖8可以看出，曲線形式與相同強度等級時無再生骨料取代的曲線形式一致。

圖8 不同強度等級再生混凝土應力-應變?nèi)€

Fig.8 Stress-strain Curves of Recycled Concrete

Under Different Strength Grades3 結 語

（1）本文中建立的不同強度等級再生混凝土立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度、劈裂抗拉強度、彈性模量、軸心受壓峰值應變、軸心受拉峰值應變等力學性能指標統(tǒng)一計算公式形式簡單，且計算精度較高。

（2）本文中提出的不同強度等級再生混凝土軸心受力的應力-應變關系統(tǒng)一計算公式形式簡單，與相同強度等級時無再生骨料取代的曲線形式一致，且上升段曲線避免了彈性模量衰減過快的缺點。

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