袁誠(chéng)欣
(湖北工業(yè)大學(xué) 武漢 430068)
用預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑,裝配式建筑包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)四大模塊,如圖1所示。具有工業(yè)化水平高、建造速度快、施工質(zhì)量好、減少工地?fù)P塵和建筑垃圾等優(yōu)點(diǎn),可以提高建筑質(zhì)量和生產(chǎn)效率,降低成本,有效實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)保”的綠色發(fā)展要求。裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)在美國(guó)、歐洲、日本、新西蘭等以及我國(guó)的臺(tái)灣、香港地區(qū)都有廣泛應(yīng)用。
圖1 裝配式混凝土建筑
裝配式建筑規(guī)劃自2015年密集出臺(tái),決定2016年全國(guó)全面推廣裝配式建筑,并取得突破性進(jìn)展;《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2016〕71號(hào)),深入指導(dǎo)裝配式混凝土居住建筑技術(shù)體系發(fā)展,進(jìn)一步推動(dòng)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化,并對(duì)裝配式混凝土建筑重要城市和建筑區(qū)域都進(jìn)行明確指導(dǎo)。各地也先后制定了一系列的政策指導(dǎo),從而推動(dòng)了裝配式建筑的迅猛發(fā)展。其具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
裝配整體式框架結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系,主要應(yīng)用于空間要求較大的建筑,如商店、學(xué)校、醫(yī)院等。其傳力途徑為:樓板→次梁→主梁→柱→基礎(chǔ)→地基,結(jié)構(gòu)傳力合理,抗震性好。
技術(shù)特點(diǎn):預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度高,構(gòu)件種類較少,各類構(gòu)件重量差異較小,起重機(jī)械性能利用充分,技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性較高;建筑物拼裝節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高,有利于提高工效;機(jī)械化施工程度高、質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)安全、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保等特點(diǎn)。
裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)是住宅建筑中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系,其傳力途徑為:樓板→剪力墻→基礎(chǔ)→地基,采用剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑物室內(nèi)無(wú)突出于墻面的梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件,室內(nèi)空間規(guī)整。
技術(shù)特點(diǎn):預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度較高,預(yù)制墻體構(gòu)件、樓板構(gòu)件均為平面構(gòu)件,生產(chǎn)、運(yùn)輸效率較高。
筆者通過(guò)對(duì)混凝土彎曲抗折性能實(shí)驗(yàn),找到滿足裝配式混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的金剛砂摻入量,以此達(dá)到環(huán)保經(jīng)濟(jì)且符合實(shí)際裝配式混凝土建筑工程應(yīng)用的目的。
(1)原材料。水泥:PO 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。粗骨料:天然粗骨料粒徑為5~31.5 mm,表觀密度為2 758 kg/m3;再生粗骨料粒徑為5~31.5 mm,表觀密度為2 432 kg/m3。細(xì)骨料:普通天然河砂細(xì)度模數(shù)2.65,粒徑<5 mm;機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)3.10,粒徑<5 mm。金剛砂:粒徑為0~2 mm,表觀密度為3 208 kg/m3。摻合料:I級(jí)粉煤灰,細(xì)度8.0%;S95等級(jí)礦粉,密度為2.9 g/cm3。外加劑:聚羧酸減水劑,減水率24%~26%,含氣量為4.8%。
(2)配合比。本實(shí)驗(yàn)中配合比以C30混凝土為基礎(chǔ),再生骨料的替代率為30%,金剛砂的摻入量分別為5%、10%、15%、20%。各組試件的配合比設(shè)計(jì)如表1所示。
表1 各組試件配合比設(shè)計(jì)(kg/m3)
(1)試樣是150 mm×150 mm×550 mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試樣,每種配合比制備3個(gè)相同的試樣,共18個(gè)。本次試驗(yàn)在MTS微機(jī)控制電子壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,采用三分點(diǎn)加載方式進(jìn)行加載,如圖2所示。
圖2 三分點(diǎn)加載方式示意圖
圖3 四點(diǎn)彎曲抗折試驗(yàn)
將試件從養(yǎng)護(hù)室拿出來(lái)并用打磨機(jī)把與試驗(yàn)機(jī)支座接觸的地方打磨平整和支座對(duì)齊,讓試件和支座接觸穩(wěn)定。先手動(dòng)調(diào)試盡量讓加載點(diǎn)靠近試件,然后再以0.05 MPa/s的加載速度,使試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始工作,如圖3所示。
表2 彎曲抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
(2)各組試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看到,天然混凝土、再生混凝土與金剛砂改性再生混凝土的破壞過(guò)程都是試件純彎段底部最開(kāi)始出現(xiàn)裂縫,隨著荷載的增大裂縫寬度也增大,在聽(tīng)見(jiàn)“嘭”的一聲后,試件突然斷裂,此時(shí)已達(dá)到破壞荷載,具有明顯的脆性破壞特征。
(1)破壞截面分析。根據(jù)破壞截面來(lái)分析,天然混凝土的破壞界面較為平滑整潔,且在試件純彎段的中線附近,斷面由粗骨料斷面和水泥砂漿斷面共同組成,可以看到內(nèi)部蜂窩狀的氣孔較少。再生混凝土的破壞界面則較為粗糙和凹凸不平,雖然在純彎段內(nèi)但是分布在兩邊,這是由于再生混凝土里的粗骨料表面情況比較復(fù)雜,存在新舊水泥砂漿界面區(qū)導(dǎo)致的不均勻性,內(nèi)部有空洞。摻入了金剛砂的再生混凝土破壞界面則介于兩者之間,因?yàn)榻饎偵暗募尤敫纳屏丝斩船F(xiàn)象,使得再生混凝土內(nèi)部分布更均勻一些,如圖4所示。
圖4 RC(左)和SRC(右)斷面
(2)抗折強(qiáng)度分析。根據(jù)抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析,摻入30%的再生骨料使混凝土的抗折強(qiáng)度明顯降低,這與文獻(xiàn)的結(jié)果一致,降幅為15.6%,原因可能是再生粗骨料孔隙率大、吸水率高,導(dǎo)致與水泥砂漿截面的粘接性較差,所以再生混凝土內(nèi)部有較多空洞,密實(shí)度低,影響了抗折強(qiáng)度。金剛砂混凝土隨著金剛砂摻量的增加抗折強(qiáng)度有不同程度的增強(qiáng),SRC1、SRC2、SRC3、S4RC較RC的抗折強(qiáng)度分別提高了6.4%、15.7%、19.7%、21.1%;SRC1和SRC2較C的抗折強(qiáng)度分別降低了10.6%和2.9%,SRC3和SRC4較C的抗折強(qiáng)度分別提升了0.5%和1.7%。這說(shuō)明在合適的金剛砂摻量下,能夠彌補(bǔ)再生骨料帶來(lái)的強(qiáng)度缺陷,并且隨著金剛砂摻量的增加,抗折強(qiáng)度也不斷地提升,能達(dá)到同等配合比天然混凝土的抗折強(qiáng)度。但是在金剛砂的摻入量高于15%時(shí),抗折強(qiáng)度沒(méi)有繼續(xù)大幅度的提升,此時(shí)明顯已經(jīng)達(dá)到最佳的增益效果(見(jiàn)圖5、圖6)。
圖5 各組試件抗折強(qiáng)度值
圖6 各組試件抗折強(qiáng)度比
由以上論述,可得出以下結(jié)論:
(1)再生粗骨料的摻入明顯降低了混凝土的抗折強(qiáng)度。
(2)金剛砂摻入再生混凝土中可以很好地改善因再生混凝土內(nèi)部新舊砂漿界面區(qū)粘結(jié)力較弱而產(chǎn)生的空洞現(xiàn)象,從而提升再生混凝土的抗折性能。
(3)當(dāng)金剛砂替換率為15%的時(shí)候,再生混凝土能達(dá)到與普通混凝土同等的抗折強(qiáng)度,既能最大程度地回收利用建筑垃圾,也能滿足實(shí)際工程的強(qiáng)度需求。