再生混凝土空心砌塊抗壓性能與破壞形態(tài)研究★

賈紅斌 胡慶港 韓 璟 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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·建筑材料及應(yīng)用·

再生混凝土空心砌塊抗壓性能與破壞形態(tài)研究★

賈紅斌 胡慶港 韓 璟 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

通過試驗(yàn)，研究了再生混凝土空心砌塊的抗壓強(qiáng)度和破壞形態(tài)，并根據(jù)再生混凝土空心砌塊變形經(jīng)歷的彈性階段、裂縫發(fā)展階段以及破壞階段，提出了相關(guān)參數(shù)回歸方程，為砌塊的內(nèi)力及有限元分析提供參考。

再生混凝土砌塊，抗壓強(qiáng)度，破壞形態(tài)，配合比

0 引言

伴隨著城市化建設(shè)的推進(jìn)，新建筑的建設(shè)和舊建筑的拆除都會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾[1]，將建筑垃圾經(jīng)一定處理制作成再生混凝土空心砌塊符合綠色低碳生產(chǎn)方式的要求。研究表明，利用再生骨料生產(chǎn)混凝土空心砌塊，對(duì)于墻體革新以及廢棄混凝土的高效回收利用具有重要現(xiàn)實(shí)意義[2]。國(guó)內(nèi)不少專家、學(xué)者對(duì)再生骨料混凝土空心砌塊的再生取代率對(duì)混凝土力學(xué)性能等方面作了大量試驗(yàn)和研究，并取得了重要成果。卓玲[3]采用85%再生粗骨料取代率結(jié)合適當(dāng)?shù)呐浜媳戎瞥闪薓U5.0再生混凝土空心砌塊，但100%高取代率方面研究較少。本文通過探究100%再生粗骨料取代率、50%再生細(xì)骨料取代率對(duì)混凝土空心砌塊抗壓強(qiáng)度以及變形形態(tài)的影響，為高取代率的混凝土空心砌塊力學(xué)性能研究提供借鑒。

1 試驗(yàn)概況與方案

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

1)試驗(yàn)材料。水泥為盾石牌P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5；再生粗骨料是將廢棄混凝土試塊通過顎式破碎機(jī)破碎后經(jīng)清洗、破碎和篩分等處理而獲得的粒徑為5 mm～10 mm連續(xù)級(jí)配的再生碎石，其吸水率為2.5%；天然細(xì)骨料為延吉產(chǎn)的河砂，細(xì)度模數(shù)為2.4，含水率為4.1%；再生細(xì)骨料為粒徑控制在0.16 mm～5 mm范圍內(nèi)的再生骨料，吸水率為5%；拌合用水為自來水。

2)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)采用390 mm×190 mm×190 mm的單排雙孔空心砌塊。其制作過程為：模具制作、拌混凝土并振動(dòng)裝模、抹平、脫模、養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)在YAW-HNT微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，將5塊再生混凝土空心砌塊編為一組進(jìn)行加壓試驗(yàn)，測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，在加載過程中觀察砌塊破壞形態(tài)，并對(duì)3根再生混凝土空心砌塊進(jìn)行荷載—應(yīng)變?cè)囼?yàn)，探討混凝土空心砌塊受壓破壞形態(tài)規(guī)律。

1.2 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用的再生混凝土砌塊為單排孔結(jié)構(gòu)，壁厚均為30 mm，中間肋厚為40 mm。試件尺寸如圖1所示。

在砌塊的前后端設(shè)計(jì)成凹凸形式，砌塊右端凸出部分為10 mm×110 mm×190 mm。砌塊左端凹陷部分為10 mm×130 mm×190 mm，凹槽兩端各留有10 mm的灰縫槽，用于抹10 mm厚的1∶3水泥砂漿。

1.3 再生骨料混凝土空心砌塊配合比

再生骨料混凝土空心砌塊的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為MU5.0，再生粗骨料取代率為100%、再生細(xì)骨料取代率為50%。空心率約為48%，強(qiáng)度調(diào)整系數(shù)為1.17[3]，根據(jù)壁厚30 mm，經(jīng)查表得體型系數(shù)為1.086[4]。采用振動(dòng)不加壓成型，養(yǎng)護(hù)條件為溫度23 ℃、濕度92%的蒸汽養(yǎng)護(hù)。要求澆筑的混凝土為干硬性混凝土，坍落度為0。經(jīng)試配調(diào)整而得到的最終配合比如表1所示。

表1 試驗(yàn)配合比

再生空心砌塊配合比設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果

2.1 再生混凝土空心砌塊抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)在YAW-HNT微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，將5塊再生混凝土空心試塊編為一組進(jìn)行加壓實(shí)驗(yàn)。加載試驗(yàn)過程如圖3所示。

試驗(yàn)前，先用石膏將砌塊上表面抹平，使砌塊表面的受力分布均勻。只有將均勻的力分布在砌塊上才能得到砌塊的最大極限抗壓承載力[5]。在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板上，使試件的軸線與試驗(yàn)壓板的壓力中心重合，加載速度為3 kN/s，直至試件破壞，分別記錄每一塊試件最大破壞荷載P，根據(jù)P計(jì)算再生混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度。加載試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 再生混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，砌塊平均抗壓強(qiáng)度為5.51 MPa，最小抗壓強(qiáng)度為5.13 MPa，均大于5 MPa。所以，認(rèn)定該再生混凝土空心砌塊等級(jí)為MU5.0。

2.2 再生混凝土空心砌塊受壓時(shí)破壞形態(tài)

由于砌塊強(qiáng)度的離散性始終較大，個(gè)別數(shù)據(jù)偏差較大，而且受生產(chǎn)工藝的限制，砌塊并不能保證完全均一[6]。因此，本試驗(yàn)通過觀察記錄6塊經(jīng)石膏抹平的再生混凝土空心砌塊的受壓變形特點(diǎn)來反映其破壞形態(tài)的規(guī)律。本次試驗(yàn)的試件破壞形態(tài)如圖4所示。

1)彈性階段：加載前期，砌塊基本處于明顯彈性階段，具體表現(xiàn)為：隨著荷載的增加，壓力機(jī)的讀數(shù)均勻而快速的增加。試件的表面無明顯變化，沒有裂縫的出現(xiàn)。

2)裂縫發(fā)展階段：當(dāng)壓力逐漸增大到試件能承受的最大極限抗壓承載力的70%左右時(shí)，能聽到細(xì)微的開裂聲，然后在角部處率先出現(xiàn)豎向裂縫，緊接著在條面會(huì)出現(xiàn)個(gè)別細(xì)微裂紋。隨著荷載的逐漸增加，已有的裂縫逐漸變大，且出現(xiàn)一些沒法預(yù)測(cè)的新裂紋。裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，有些裂縫互相連通，并能聽到噼啪聲音，此時(shí)為試件破壞的裂縫發(fā)展階段。

3)破壞階段：隨著荷載接近極限荷載，試件處于破壞階段，有些試件的轉(zhuǎn)角處發(fā)生壓潰從而發(fā)生斷裂，脫離整體。觀察斷裂面發(fā)現(xiàn)：絕大部分直接把再生粗骨料截?cái)?，說明再生骨料抵抗能力特別弱。從破壞截面中可看到，有些截面天然粗骨料被截?cái)?，有些截面在粗骨料與水泥膠體結(jié)合面斷開。

此次試驗(yàn)的試件破壞形態(tài)主要有：豎向和斜向裂縫、條面一側(cè)壓潰、轉(zhuǎn)角處壓潰等。

2.3 再生混凝土空心砌塊荷載—應(yīng)變?cè)囼?yàn)

砌塊結(jié)構(gòu)在軸向壓下的荷載—應(yīng)變，反映了砌塊砌體最基本的力學(xué)性能，是砌塊砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、內(nèi)力分析以及有限元非線性分析的重要基礎(chǔ)[6]。本試驗(yàn)在砌塊的圖示位點(diǎn)處貼了混凝土應(yīng)變片，再以50 kN為一級(jí)加至試件破壞，得出各個(gè)砌塊的荷載—應(yīng)變圖。貼應(yīng)變片的位點(diǎn)如圖5所示。

再生混凝土空心砌塊的荷載—應(yīng)變?cè)囼?yàn)如圖6所示。

根據(jù)荷載—應(yīng)變實(shí)驗(yàn)，測(cè)定記錄出相關(guān)點(diǎn)，并得出荷載—應(yīng)變關(guān)系圖。選取其中一條具有代表性的荷載—應(yīng)變曲線如圖7所示，并通過計(jì)算得到曲線的相關(guān)參數(shù)回歸方程。

表3 荷載與應(yīng)變的回歸系數(shù)

由荷載應(yīng)變曲線方程可知：曲線在試件破壞前期階段變化不大，基本處于彈性階段。應(yīng)用origin pro8.0軟件模擬分析四個(gè)位點(diǎn)的參數(shù)方程，曲線變化規(guī)律可用關(guān)系式Y(jié)=Ax4+Bx3+Cx2+Dx+F進(jìn)行擬合，其結(jié)果如表3所示。其中，Y為砌塊承受的荷載；x為應(yīng)變；A，B，C，D，F(xiàn)均為回歸系數(shù)，E=10-5。

結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可對(duì)該配合比、該砌塊塊型下的任一荷載處四個(gè)位點(diǎn)的應(yīng)變進(jìn)行理論推算，為再生混凝土空心砌塊的內(nèi)力分析及有限元非線性分析提供參考。

3 結(jié)語

本文通過高取代率的再生混凝土空心砌塊力學(xué)性能試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

1)提出再生混凝土空心砌塊的最佳配合比為水泥∶石子∶砂子∶水=1∶2.42∶1.547∶0.511、水灰比為W/C=0.51；再生粗骨料取代率為100%、再生細(xì)骨料取代率為50%，再生混凝土空心砌塊的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到5.51 MPa，能夠滿足抗壓強(qiáng)度等級(jí)MU5.0的

要求。

2)研究高取代率的再生混凝土空心砌塊破壞形態(tài)與規(guī)律，分別對(duì)其彈性階段、裂縫發(fā)展階段以及破壞階段等三階段進(jìn)行分析，提出豎向和斜向裂縫，條面一側(cè)壓潰，轉(zhuǎn)角處壓潰等破壞形態(tài)與裂縫分布規(guī)律。

3)通過再生混凝土空心砌塊荷載—應(yīng)變?cè)囼?yàn)，選取其中一條具有代表性的荷載—應(yīng)變曲線，并通過軟件計(jì)算得到相關(guān)參數(shù)回歸方程，為砌塊內(nèi)力分析及有限元分析提供參考。

[1] 王 超.再生混凝土空心砌塊的經(jīng)濟(jì)性分析[J].混凝土,2012(10):114-115.

[2] 唐曉翠.利用再生骨料生產(chǎn)混凝土空心節(jié)能砌塊試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料,2006(8):15-18.

[3] 卓 玲.MU5.0再生骨料混凝土空心砌塊配合比設(shè)計(jì)[J].硅酸鹽通報(bào),2014(2):271-276.

[4] 許建榮，王 瑜.混凝土空心砌塊配合比設(shè)計(jì)中參數(shù)的優(yōu)化[J].新型建筑材料,2008(7):14-17.

[5] 蔡序鑫.混凝土空心砌塊抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法與評(píng)定方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

[6] 井一村.190厚空心砌塊砌體標(biāo)準(zhǔn)抗壓及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系試驗(yàn)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

Experiment study on the compressive properties and deformation morphology of recycled concrete hollow blocks★

Jia Hongbin Hu Qinggang Han Jing Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineeringYanbianUniversity,Yanji133002,China)

Through the experiment, this paper researched the compression strength and failure pattern of recycled concrete hollow block, and according to the elastic stage of recycled concrete hollow block deformation experience, crack development stage and failure stage, put forward relevant parameters regression equation, provided reference for block internal force and finite element analysis.

recycled concrete block, compression strength, failure pattern, mix proportion

1009-6825(2016)27-0106-03

2016-07-13

賈紅斌(1992- )，男，在讀本科生； 胡慶港(1997- )，男，在讀本科生； 韓 璟(1998- )，女，在讀本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU522.36

A

★:延大大學(xué)生暑期學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：SQC2016001)；延大科技發(fā)展計(jì)劃校企合作項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：602015001)