再生混凝土梁受力性能研究現(xiàn)狀

程東輝 羌 震

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

長期以來，傳統(tǒng)建筑行業(yè)的生產(chǎn)模式從資源的開采、原材料的加工、建筑物的施工，到建筑物的使用和維護(hù)，再到建筑物拆除，最后除很少部分建筑廢物回收利用外，其余絕大部分建筑廢物均直接排向外界，形成一種高投入、高污染、低效益的生產(chǎn)模式[1]。

隨著中國建筑業(yè)的快速發(fā)展，在我們踐行“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略的過程中，混凝土作為用量最大的建筑材料，充分利用廢棄資源生產(chǎn)出符合發(fā)展需要的綠色混凝土，是建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中非常重要的一環(huán)。同時，砂石的需求量也越來越大，需要大量開山采石來滿足需要，嚴(yán)重地破壞了自然環(huán)境。

1 再生混凝土概念及意義

將廢棄混凝土破碎加工成再生骨料是目前較為有效的一種對建筑垃圾再生利用的有效措施，再由再生骨料部分或全部代替天然骨料配制成再生骨料混凝土，簡稱再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)。RAC是一種能夠降低環(huán)境污染、較為經(jīng)濟(jì)的環(huán)保型混凝土，在踐行混凝土材料可持續(xù)發(fā)展道路的同時，可以促進(jìn)水泥混凝土行業(yè)踏入綠色環(huán)保的行列[2]。

再生混凝土技術(shù)應(yīng)用，既可以改善廢棄混凝土大量堆放引起的環(huán)境污染等問題，同時，也可以減少業(yè)內(nèi)對天然骨料的使用，從而減緩砂石的開采量，減少對自然環(huán)境的破壞，起到保護(hù)環(huán)境的作用，符合我國社會的可持續(xù)發(fā)展的要求。

2 普通再生混凝土梁

鋼筋混凝土梁作為混凝土結(jié)構(gòu)研究中最為常見的基本構(gòu)件，對再生混凝土梁各個方面性能進(jìn)行科學(xué)研究，將促進(jìn)再生混凝土更快投入真正的實(shí)踐當(dāng)中。

2.1 再生混凝土梁抗剪性能

劉超等[3]學(xué)者以再生粗骨料取代率(0,30%,50%,80%,100%)和剪跨比(1.5，2，3)為變量設(shè)計7根再生混凝土梁研究梁的斜裂縫寬度，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

1)斜裂縫一般按照以下三個階段進(jìn)行開展:加載伊始，裂縫寬度沒有明顯增長；隨著荷載的逐漸增大，斜裂縫進(jìn)入了穩(wěn)定發(fā)展時期，裂縫長度和寬度發(fā)展與荷載增加成正比；當(dāng)荷載逐漸到達(dá)極限荷載的80%～85%時，斜裂縫發(fā)展進(jìn)入快速階段，裂縫寬度迅速增長，兩端的斜裂縫分別向加載點(diǎn)和支座附近迅速發(fā)展，形成比較明顯的剪壓區(qū)，直至試驗(yàn)梁最后受剪破壞；

2)在剪跨比一定的情況下，再生混凝土梁的斜裂縫的開展情況與普通混凝土梁大致相同，再生混凝土斜裂縫隨著荷載增加，發(fā)生斜裂縫發(fā)展較快、微小的支生裂縫較多等情況，粗骨料取代率越大，上述情況越明顯；

3)基于參考規(guī)范中斜裂縫寬度計算方法，結(jié)合試驗(yàn)所得結(jié)果，作者擬合出了適用于再生混凝土梁斜裂縫的寬度驗(yàn)算公式：

V=Vsv+krVcr

(1)

Vcr=0.08fckbh0/(λ+1.3)+2.52

(2)

kr=0.155V+0.501 6

(3)

ωmax=θrσsv,m

(4)

其中，V為斜截面抗剪承載力；Vsv為箍筋所承擔(dān)的剪力；Vcr為斜截面開裂剪力；kr為考慮斜裂縫影響的剪力調(diào)整值；ωmax為再生混凝土梁斜裂縫最大寬度；θr為斜裂縫寬度綜合影響系數(shù)；σsv,m

為箍筋平均應(yīng)力。

2.2 再生混凝土梁受彎性能

陳愛玖等[4]通過改變再生粗骨料取代率(0%，40%，70%，100%)為變量對再生混凝土梁受彎性能進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

1)再生混凝土梁的破壞過程與普通混凝土梁極其相似，都要經(jīng)過以下四個階段：彈性階段、塑形階段、鋼筋屈服和極限狀態(tài)，直至破壞；

2)隨著再生粗骨料取代率的增加，梁的裂縫數(shù)量逐漸增多，梁下部裂縫數(shù)目增多、間距減??；

3)隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土梁的撓度增大較多，不適用于現(xiàn)行規(guī)范的計算公式，給出乘以修正系數(shù)1.3的建議。

3 纖維再生混凝土梁

纖維混凝土是在普通混凝土中加入一些亂象分布的纖維制成一種新型材料，在再生混凝土中摻入纖維可以彌補(bǔ)再生混凝土抗拉等方面的不足，從而有效提高了再生混凝土的抗拉、抗彎及延性等性能[5]。

3.1 有機(jī)纖維再生混凝土梁抗裂性能

許成凱等[6]共設(shè)計5根摻入不同有機(jī)纖維的再生混凝土梁來研究其抗裂性能的變化，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：再生混凝土梁抗裂性能可以通過在再生混凝土梁中摻入不同組合有機(jī)纖維得到有效提高。其中，混摻粗聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維梁抗裂效果較好。

3.2 鋼纖維再生混凝土梁的受彎性能

何勇[7]以取代率和配筋率為變量設(shè)計4個構(gòu)件研究鋼纖維再生混凝土梁的受彎性能。發(fā)現(xiàn)：

1)當(dāng)鋼纖維摻入量和再生骨料取代率保持不變時，隨著縱向配筋率的增加，鋼纖維再生混凝土梁的極限承載力逐漸增大；

2)當(dāng)鋼纖維體積率和配筋率保持一定時，鋼纖維再生混凝土梁的極限承載力會隨著粗骨料取代率的增加而呈現(xiàn)下降趨勢；

3)當(dāng)鋼纖維體積率和再生骨料取代率一定時，為保證鋼纖維再生混凝土梁發(fā)生適筋破壞，其縱向鋼筋配筋率不應(yīng)超過1.57%。

4 其他形式再生混凝土梁

4.1 型鋼再生混凝土梁受彎性能

型鋼再生混凝土是在型鋼及混凝土的組合結(jié)構(gòu)中，用再生混凝土代替普通混凝土來使用，這樣可以避免再生混凝土材料本身強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)，又可以使此類新型結(jié)構(gòu)具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

吳平川等[8]通過改變粗骨料取代率和鋼筋配箍率的方式對12根型鋼再生混凝土梁的抗彎性能進(jìn)行了研究，研究表明：

1)型鋼再生混凝土梁截面與型鋼混凝土梁類似，基本符合平截面假定；

2)再生骨料的取代率并沒有對梁極限承載力產(chǎn)生明顯的影響，由于粗骨料會吸收部分水分，導(dǎo)致水灰比變小，提高了混凝土的實(shí)際強(qiáng)度；

3)配箍率對于梁極限承載力同樣沒有明顯的影響，但對裂縫的發(fā)展及短期剛度存在一定影響。

4.2 碳纖維布加固再生混凝土梁抗剪性能

張曉等[9]通過制作5根再生混凝土梁的縮尺模型研究碳纖維布不同的粘貼方式、粘貼層數(shù)等因素對梁抗剪性能的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

1)用碳纖維布加固方法可以有效提高再生混凝土梁的抗剪承載力。U型加固法提高了3.15%～10.35%，U+型壓條加固法提高了11.58%～27.90%，雙層U型粘貼提高了28.24%。碳纖維布的間距越小，抗剪承載力越高。

2)再生混凝土梁斜裂縫的發(fā)展通過碳纖維布的加固得到有效抑制。再生混凝土梁的裂縫呈對稱分布狀態(tài)，同時向跨中的上方發(fā)展，直至貫通。

5 結(jié)論及展望

近年來我國在對于再生混凝土方向的研究階段已經(jīng)取得了眾多進(jìn)展，也有越來越多的學(xué)者開始關(guān)注綠色建筑的方向，但我國目前對于再生骨料混凝土構(gòu)件的研究基本上都只局限于室內(nèi)分析和試驗(yàn)階段，希望在未來可以結(jié)合生產(chǎn)形成整套分離、破碎、生產(chǎn)工藝流程及再生混凝土組合結(jié)構(gòu)的實(shí)際開發(fā)應(yīng)用的整套技術(shù)，讓“可持續(xù)發(fā)展”在建筑行業(yè)中可以快速實(shí)踐。