試驗分析再生粗骨料混凝土梁抗彎性能

丁雪艷

建設(shè)施工

試驗分析再生粗骨料混凝土梁抗彎性能

丁雪艷

再生粗骨料混凝土梁的抗彎性能，在很大程度上，直接影響整個項目工程的建設(shè)質(zhì)量，因此，需要在滿足項目工程建設(shè)需求的前提條件下，全面地提升再生粗骨料混凝土梁抗彎性能，但是在實際工作中，依然存在諸多的不足和問題，基于此，本文采用試驗方式，對再生粗骨料混凝土梁抗彎性能展開具體的論述，期望能夠產(chǎn)生一定的積極效用。

一、增強再生粗骨料混凝土梁抗彎性能的必要性

在大量的舊混凝土工程改造工作中，大量的廢棄混凝土引發(fā)嚴重的環(huán)境污染，并且會占用大量的耕地，增強項目工程建設(shè)成本，另外，舊混凝土工程改造工作應(yīng)當充分地體現(xiàn)出環(huán)保性、高效性，在和諧小康社會建設(shè)中，提升建筑的使用壽命，而且在混凝土的生產(chǎn)中，大量的砂石骨料往往時期主要構(gòu)成部分，直接決定著混凝土的使用性能，而且天然礦石的開采，往往是建立在破壞環(huán)境的基礎(chǔ)之上的，因此，需要科學(xué)合理地配置混凝土原材料，多利用再生骨料，以便有效地緩解混凝土生產(chǎn)中骨料供求矛盾（立足于環(huán)境保護），從而有效地減輕舊混凝土工程改造工作對環(huán)境的破壞與污染，通過全面地提升再生粗骨料混凝土梁抗彎性能，降低工程項目施工成本，推動環(huán)境保護型小康社會建設(shè)。

二、試驗研究

1.再生粗骨料混凝土的配置

本次試驗研究所采用的再生粗骨料混凝土均來自于廢棄混凝土破碎（上海某機場），而且經(jīng)多年的實踐經(jīng)驗證實，再生粗骨料的吸水率往往比天然骨料的吸水率高，因此，在不同要求下，需要添加不同的普通混凝土（降低吸水率，提升緊實度）。本次試驗研究所使用的再生粗骨料混凝土在用水量上，主要有兩種劃分方式，即：（1）吸附水——再生粗骨料所吸附的水分，并且再生粗骨料的吸水率表示吸附水的用量；（2）自由水——拌合用水量。另外，自由水與水泥用量之比即為水灰比，水灰比的表達公式為：w/c，水灰比決定再生粗骨料混凝土的強度。除此之外，本次試驗研究所采用的再生粗骨料混凝土均通過100·100·300（ram）棱柱體試塊和150·150·150（arm）立方體試塊，分別測得了再生粗骨料混凝土的彈性模量以及抗壓強度。為了有效地提升試驗研究的準確性，我們從縱向角度，進行鋼筋取樣，進行科學(xué)的抗拉試驗，并且利用相關(guān)工具，準確地測量出極限強度、屈服強度、彈性模量。

2.相關(guān)試件的設(shè)計及相關(guān)參數(shù)

本次試驗研究使用了3根粗骨料混凝土梁，其中1根屬于天然粗骨料對比梁，其編號為BFO，剩余的兩根均為再生粗骨料混凝土梁，且它們的粗骨料取代率分別為50%（編號為BF50）、100%（編號為BF100）。另外，為了有效地避免再生粗骨料混凝土正截面產(chǎn)生變形（在受力狀態(tài)下），需要對所有的樣本進行集中處理研究，并且試件需要采取相同的配筋，而且所有的受拉鋼筋的配筋率均需要控制在0.77%，另外，需要將剪彎區(qū)配筋率設(shè)置為1.1%。

3.試驗測量的內(nèi)容以及加載裝置的設(shè)計

本次試驗研究，為了有效地降低剪應(yīng)力對再生粗骨料混凝土梁的抗彎能力造成負面影響，本次試驗研究在分配梁上在跨度上采用了長度為1m的純彎段，與此同時，利用專業(yè)的工具，準確地測量了再生粗骨料混凝土梁各個受力階段的鋼筋應(yīng)變力、裂縫寬度、混凝土應(yīng)變力、構(gòu)建撓度等（基于純彎段的跨中）。另外，本次試驗研究的混凝土梁的應(yīng)變片型號為BX120、80AA（附：鋼筋應(yīng)變片型號設(shè)置為BX120、3AA），除此之外，在正式試驗研究之前，要將試驗裝置正確連接，正確的步驟為：加載方式：兩點集中對稱的同步分級，在試驗梁支座的一端連接固定鉸支座；并且在另一端連接滾動鉸支座（并且在水平方向適當?shù)囊苿訚L動鉸支座），而且在加載實施之前，需要先進行10kN的預(yù)加載，并且利用專業(yè)的儀器或者工具檢測各種試驗儀器的工作狀態(tài)，荷載與變形之間的穩(wěn)定性關(guān)系等，然后，在試驗中，需要利用計算機自動采樣系統(tǒng)收集各個測量儀表的數(shù)值新消息等，最終嚴格的按照（GB-50152-92）——《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》執(zhí)行相應(yīng)的操作。

三、結(jié)果

經(jīng)試驗研究（針對再生粗骨料混凝土梁抗彎性能），最終的研究結(jié)果顯示：本次試驗研究所采用的3根粗骨料混凝土梁具有強烈的相似性，均需要經(jīng)受開裂、彈性、屈服、極限4個階段（同時四大共同特點），并且這3根粗骨料混凝土梁均屬于適筋梁破壞（正截面先受縱拉筋屈服），然后再進行壓區(qū)混凝土壓碎（獲取試驗所需的再生粗骨料混凝土樣本），而且經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，在普通粗骨料混凝土中摻入再生粗骨料，能夠有效的降低混凝土梁的開裂荷載、極限荷載、屈服荷載等，探討再生粗骨料混凝土梁抗彎性能的受制因素（平截面的適用性、荷載之間的跨中撓度關(guān)系、荷載與跨中鋼筋的應(yīng)變、裂縫）。下面我們對試驗研究的結(jié)果展開具體的分析，如下：

1.分析平截面的適用性

本次試驗研究采用3根粗骨料混凝土梁，其中1根屬于天然粗骨料對比梁，其編號為BF0，剩余的兩根均為再生粗骨料混凝土梁，且它們的粗骨料取代率分別為50%、100%，所對應(yīng)的編號分別為BF50、BF100，嚴格的按照（GB-50152-92）——《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》執(zhí)行相應(yīng)的操作，發(fā)現(xiàn)：3根試驗梁的跨中截面所對應(yīng)的鋼筋、混凝土應(yīng)變沿截面的高度存在差異（根據(jù)荷載等級的不同），在分布上存在較大的差距，具體的表現(xiàn)在：整個過程：開始加載——縱向鋼筋屈服，再生粗骨料混凝土的取代率如何變化或者無論控制在哪個范圍，在某種特定的載荷作用下，中性軸之間的距離與截面上的各個點所對應(yīng)的鋼筋、混凝土應(yīng)變均呈明顯的正相關(guān)關(guān)系（正比），因此，再生粗骨料混凝土梁在任何狀態(tài)下（尤指發(fā)生彎曲），上述的平截面結(jié)論仍然成立。

2.分析荷載之間的跨中撓度關(guān)系

加載方式：兩點集中對稱的同步分級，在試驗梁支座的一端連接固定鉸支座；并且在另一端連接滾動鉸支座（并且在水平方向適當?shù)囊苿訚L動鉸支座），而且在加載實施之前，需要先進行10kN的預(yù)加載，進行了支座處位移的修正，使得再生粗骨料混凝土梁跨中撓度隨著荷載的變化發(fā)生相應(yīng)的變化。而且再生粗骨料混凝土與普通混凝土相比，均具有明顯的開裂、彈性、屈服、極限4個受力特點，并且可以根據(jù)實際需要，將其科學(xué)的劃分為彈性階段、破壞階段、帶裂縫工作階段等，其中在彈性階段，我們發(fā)現(xiàn)荷載撓度呈直線上升的趨勢，并且再生粗骨料混凝土梁在開裂之后，其荷載撓度均呈非線性變化，但是，在發(fā)生縱向鋼筋屈服之后，相應(yīng)的荷載撓度則會呈水平狀態(tài)。

另外，我們對比分析本次試驗所采用的3根混凝土梁的荷載、跨中撓度，發(fā)現(xiàn)：梁在未開裂的狀態(tài)下，并且在相同荷載支持下，這三根混凝土梁中，BF100的再生粗骨料混凝土梁的荷載撓度最大，其次為BF50再生粗骨料混凝土梁，最后為BF0混凝土梁，追究其原因，發(fā)現(xiàn)：與普通混凝土相比，再生粗骨料混凝土的彈性模量低，而且再生粗骨料混凝土的取代率往往與彈性模量之間呈負相關(guān)關(guān)系（反比），即：彈性模量越低，再生粗骨料混凝土的取代率越高，便于施工安全。另外，試件開裂——試件縱向鋼筋屈服前，整個變化過程中，再生粗骨料混凝土梁的剛度往往與荷載呈負相關(guān)關(guān)系（反比），即：隨著荷載的增加，再生粗骨料混凝土梁的剛度越小，但是在這種狀態(tài)下，減小速率往往存在較大的差異。因此，最終得出：再生粗骨料混凝土梁的抗彎剛度降低最快，而BF100與BF0兩者之間的抗彎剛度下降速度相近，普通混凝土梁BF0的撓度最小，最終容易導(dǎo)致試驗梁在比較接近屈服彎矩時，再生粗骨料混凝土BF50與再生粗骨料混凝土BF100梁之間的撓度比較相近。另外，本次試驗研究我們還發(fā)現(xiàn)：50%的再生粗骨料混凝土梁的取代率往往是影響其抗彎性能的第一要素占主導(dǎo)作用，100%的再生粗骨料混凝土梁的取代率僅次于50%，另外，在發(fā)生縱向鋼筋屈服后，本次試驗研究所采用的3根混凝土梁均表現(xiàn)出良好的延性，且生粗骨料混凝土BF50、 BF100梁兩者的延性更高。

3.荷載與跨中鋼筋的應(yīng)變

直線段、曲線段、水平段是本次試驗研究所采用的3根混凝土梁在荷載、跨中鋼筋應(yīng)變的三種呈現(xiàn)狀態(tài)，并且這三種類型的表現(xiàn)，能夠讓我們看出：在縱向鋼筋發(fā)生屈服之前，2根再生粗骨料混凝土梁與1根普通混凝土梁之間的應(yīng)變差異不大，但是，相比普通混凝土梁，再生粗骨料混凝土梁的鋼筋應(yīng)變急劇增大（在縱向鋼筋發(fā)生屈服之后），并且其增大率往往與再生粗骨料混凝土梁的取代率呈正相關(guān)關(guān)系（正比），即：再生粗骨料混凝土梁的取代率越大，所對應(yīng)的鋼筋應(yīng)變增加值越大，這樣的研究結(jié)果反映出：再生粗骨料混凝土梁的延性高于普通混凝土梁。

4.裂縫

3根混凝土梁的裂縫開展形態(tài)、分布基本一致，在開裂時均伴隨輕微的響聲，與荷載的相關(guān)性表現(xiàn)不明顯，在開裂后，其荷載會增大（荷載與開裂程度呈正相關(guān)關(guān)系），并且在縱向鋼筋發(fā)生屈服之后，再生粗骨料混凝土梁的裂縫寬度會急劇的增大，最終發(fā)生試驗梁破壞。另外，本次試驗研究所采用的3根混凝土梁的裂縫間距基本相同，但是雖然差異不大，仍存在不可忽視的差別，我們發(fā)現(xiàn)：與普通混凝土梁相比，再生粗骨料混凝土梁的開裂彎矩略小，但是，在相同荷載作用下，與普通混凝土梁相比，再生粗骨料混凝土梁的寬度略高，并且這兩種微小的差異是隨著再生粗骨料混凝土梁的取代率增加而小幅度的增加（與再生粗骨料混凝土梁的取代率呈正相關(guān)關(guān)系），追究造成這種微小差異的原因，發(fā)現(xiàn)：各種各樣的微裂縫存在于再生粗骨料混凝土表面，最終導(dǎo)致上述的微小差異的發(fā)生。

四、試驗研究結(jié)果引發(fā)的思考

從上述的研究分析，我們可以看出：無論是普通混凝土梁，還是再生粗骨料混凝土梁，均需要經(jīng)過四個受力階段，即：開裂、彈性、屈服、極限，而且從加載環(huán)節(jié)發(fā)展到梁的臨近破壞，整個過程中各個節(jié)點混凝土應(yīng)變的梁高與加載往往呈正比（正相關(guān)關(guān)系），而且其截面基本上符合平面假定原理，但是再生粗骨料混凝土梁的極限承載能力往往不如普通混凝土梁，而且與再生粗骨料混凝土取代率呈負相關(guān)關(guān)系（反比），這樣的研究結(jié)果告訴我們：再生粗骨料混凝土梁抗彎性能在很大程度上取決于再生粗骨料混凝土取代率，在開裂、彈性、屈服、極限各個環(huán)節(jié)均需要注重衡量各項參數(shù)或者指標是否滿足實際施工需要，所有的施工操作均要嚴格的遵循（GB-50152-92）——《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》執(zhí)行相應(yīng)的操作。

另外，再生粗骨料混凝土梁的承載力或者抗彎剛度往往低于普通混凝土梁，因此，其抗彎能力往往比較差，在實際工作中，需要致力于全面的提升再生粗骨料混凝土梁的抗彎性能。

再生粗骨料混凝土梁的應(yīng)用，在很大程度上，能夠有效的解決廢棄混凝土的出路問題，而且在很大程度上，能夠有效的將其廢棄混凝土對環(huán)境所造成的污染，推動節(jié)能型和諧小康社會建設(shè)。另外，全面地提升再生粗骨料混凝土梁的抗彎性能（抗彎剛度），便能夠有效地緩解骨料的市場供求矛盾，并且有效地減少自然資源、能源的消耗，全面地提升相關(guān)項目工程建設(shè)的經(jīng)濟效益和社會效益，在遵循可持續(xù)發(fā)展觀念的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)綠色建筑長遠發(fā)展。

五、結(jié)語

總而言之，50%的再生粗骨料混凝土梁的取代率往往是影響其抗彎性能的第一要素（占主導(dǎo)作用），100%的再生粗骨料混凝土梁的取代率僅次于50%，再生粗骨料混凝土的取代率往往與彈性模量之間呈負相關(guān)關(guān)系（反比），在某種特定的載荷作用下，中性軸之間的距離與截面上的各個點所對應(yīng)的鋼筋、混凝土應(yīng)變均呈明顯的正相關(guān)關(guān)系（正比），在縱向鋼筋發(fā)生屈服之后，相比普通混凝土梁，其增大率往往與再生粗骨料混凝土梁的取代率呈正相關(guān)關(guān)系（正比）——再生粗骨料混凝土梁的鋼筋應(yīng)變急劇增大（在縱向鋼筋發(fā)生屈服之后），因此，在實際工作中，需要嚴格地控制取代率、彈性模量、鋼筋和混凝土應(yīng)變與該點到中性軸之間的距離等。

（作者單位：福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）