鋼管再生混凝土柱性能研究

劉 暢 王 成 陳國(guó)榮

（西南科技大學(xué) 四川綿陽 621000）

1 研究目的

隨著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技的快速發(fā)展，城市化覆蓋率增大，建筑行業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。新的建筑物在建設(shè)，就得建筑物又需要改造和拆除，混凝土是建筑產(chǎn)品中的最重要的材料，也是需求量最大的材料，進(jìn)而造成大量的建筑垃圾堆積，其中廢棄的混凝土在其中又占到了較大的比重。自城市化建設(shè)以來，我國(guó)許多城市都出現(xiàn)了大面積的建筑垃圾，其中廢棄混凝土就大約占到了的30～40%。同時(shí)，我國(guó)混凝土工業(yè)消耗天然骨料的速度大約是每年50億t，并且有逐年上漲的趨勢(shì)。因此造成很多環(huán)境和社會(huì)問題。如何合理有效地實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的再生利用尤其是廢棄的混凝土，成為實(shí)現(xiàn)“環(huán)保、節(jié)能、減排”國(guó)家戰(zhàn)略和關(guān)乎可持續(xù)發(fā)展所亟待解決的重要問題。

再生骨料混凝土被認(rèn)為是一種新型的綠色建材，可以減少天然骨料的消耗，緩解骨料供求方面的矛盾，減輕城市環(huán)境的污染。可以預(yù)見它是具有十分明顯的社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益的。但再生混凝土具有收縮和徐變大、水灰比大、表觀密度小、流動(dòng)性差、孔隙比高、強(qiáng)度和彈性模量低、表觀密度小、變異性大等缺點(diǎn)，由于缺點(diǎn)眾多造成了它的應(yīng)用層次較低，還阻礙它在實(shí)際工程中的應(yīng)用能力。

鋼管混凝土是一種利用了鋼管和混凝土兩種材料在受力中的特性、相互作用，組合成的新型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼管對(duì)混凝土起到橫向變形的約束作用，即便是在復(fù)雜應(yīng)力的狀態(tài)下強(qiáng)度也會(huì)得到提升，塑性和韌性不足之處也因?yàn)殇摴艿拇嬖诘玫礁纳?。同時(shí)，空心鋼管特別容易發(fā)生局部失穩(wěn)的現(xiàn)象，但混凝土的存在反過來又可以避免鋼管發(fā)生局部屈曲的概率，提高鋼管性能的發(fā)揮率。研究者從上述鋼管混凝土的工作機(jī)理中找到靈感，來提高再生混凝土的實(shí)用性和工作性能。一些學(xué)者考慮將再生骨料灌入鋼管中，新型的鋼管再生混凝土便是利用了鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互補(bǔ)給性能上的缺陷的原理，使整體力學(xué)性能得到改善，兩種材料各自的力學(xué)優(yōu)勢(shì)能夠發(fā)揮出來，廢棄混凝土的回收利用率提高，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的效果。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)

2.1 再生混凝土現(xiàn)狀

再生混凝土技術(shù)早已在國(guó)內(nèi)外工程和學(xué)術(shù)界成為了熱門問題和學(xué)術(shù)研究的前沿問題。發(fā)達(dá)國(guó)家中日本、美國(guó)、德國(guó)對(duì)廢棄混凝土回收利用的研究起步較早，早有了成功應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)物和剛性路面的例子，并頒布了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程或指南。我國(guó)對(duì)再生混凝土技術(shù)的研究相對(duì)較晚，但是發(fā)展速度很快，已由再生混凝土的基本力學(xué)性能研究拓展到了鋼筋混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的研究，并取得了不少成果。2007年上海市頒布了國(guó)內(nèi)首部與再生混凝土相關(guān)的工程建設(shè)規(guī)程《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2018-2007）。此后，北京市、住建部在2011年分別頒布了北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《再生混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》和國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T240-2011），這些成果都成為了再生混凝土應(yīng)用到實(shí)際工程中的科學(xué)指導(dǎo)。

2.2 鋼管混凝土現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在鋼管混凝土方面開展了大量的試驗(yàn)與理論研究工作，涉及鋼管混凝土構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和框架的力學(xué)性能，其中包括軸壓、偏壓等靜力性能，抗爆、抗沖擊、抗震等動(dòng)力性能和耐火性能等，以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)，取得了大量成果，并已制訂多部設(shè)計(jì)規(guī)程，這些相關(guān)的相對(duì)完善的技術(shù)規(guī)程使得鋼管混凝土在廠房建筑、多層和高層建筑、橋梁工程以及特種結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛地應(yīng)用。

2.3 鋼管再生混凝土現(xiàn)狀

近年來，關(guān)于鋼管再生混凝土的研究在國(guó)內(nèi)外也是越來越多，Konno等研究了加鋼管約束后再生混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度、塑性和韌性，并與普通的鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了比較。Malathy.R.等人進(jìn)行了在相同混凝土等級(jí)、不同含鋼率、不同尺寸的條件下鋼管再生混凝土試件的軸壓試驗(yàn)，結(jié)果表明，再生鋼管混凝土柱的承載力比空心鋼管柱高出0.5～1.5倍之間的結(jié)論，比普通鋼管混凝土柱高6～10%。而MohanrajE等又研究了在不同粗骨料替代率下、不同的長(zhǎng)細(xì)比，不同的徑厚比的鋼管再生混凝土柱的軸壓性能。楊有福，肖建莊，王玉銀，張向?qū)?，陳宗平等相繼開展了鋼管再生混凝土短柱軸壓、長(zhǎng)柱軸壓、純彎受力和壓彎受力構(gòu)件的試驗(yàn)研究工作。楊有福團(tuán)隊(duì)，魯軍凱團(tuán)隊(duì)還分別對(duì)高溫處理后鋼管再生混凝土軸壓短柱的強(qiáng)度、塑性、韌性和鋼管再生混凝土的在低溫狀態(tài)下的耐久性的研究。還有研究人員也通過試驗(yàn)研究了鋼管再生混凝土長(zhǎng)、短柱構(gòu)件的軸壓、偏壓、中心局部承壓和滯回性能，并基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論推導(dǎo)了相應(yīng)的極限承載力公式。研究結(jié)果表明：鋼管再生混凝土構(gòu)件的受力過程和破壞模式與尺寸相同的普通鋼管混凝土構(gòu)件相似，具有良好的承載能力和抗變形性能，能夠滿足工程實(shí)踐需求。這些研究成果為進(jìn)一步研究鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和設(shè)計(jì)理論奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，由于再生混凝土與普通混凝土相比有許多力學(xué)性能上的缺點(diǎn)，例如強(qiáng)度和彈性模量相對(duì)較低，收縮率和徐變大，變異性大，加上現(xiàn)在對(duì)鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能尚存不足，因此，也不能簡(jiǎn)單地將鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)現(xiàn)有成果直接移植到鋼管再生混凝土相應(yīng)的研究中。還需要大量研究才能推動(dòng)鋼管再生混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用與發(fā)展，提高再生混凝土的利用率，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省資源，減少能耗，保護(hù)環(huán)境的目的。

[1]楊海峰.再生混凝土受壓本構(gòu)關(guān)系及其與鋼筋間粘結(jié)滑移性能研究[D].廣西大學(xué)，2012.

[2]韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]魯軍凱，查曉雄.鋼管再生混凝土的抗凍耐久性研究[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2012（3）：53～59.