再生混凝土空心砌塊抗壓性能與破壞形態研究★

賈紅斌 胡慶港 韓 璟 方光秀*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

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·建筑材料及應用·

再生混凝土空心砌塊抗壓性能與破壞形態研究★

賈紅斌 胡慶港 韓 璟 方光秀*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

通過試驗，研究了再生混凝土空心砌塊的抗壓強度和破壞形態，并根據再生混凝土空心砌塊變形經歷的彈性階段、裂縫發展階段以及破壞階段，提出了相關參數回歸方程，為砌塊的內力及有限元分析提供參考。

再生混凝土砌塊，抗壓強度，破壞形態，配合比

0 引言

伴隨著城市化建設的推進，新建筑的建設和舊建筑的拆除都會產生大量的建筑垃圾[1]，將建筑垃圾經一定處理制作成再生混凝土空心砌塊符合綠色低碳生產方式的要求。研究表明，利用再生骨料生產混凝土空心砌塊，對于墻體革新以及廢棄混凝土的高效回收利用具有重要現實意義[2]。國內不少專家、學者對再生骨料混凝土空心砌塊的再生取代率對混凝土力學性能等方面作了大量試驗和研究，并取得了重要成果。卓玲[3]采用85%再生粗骨料取代率結合適當的配合比制成了MU5.0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%再生細骨料取代率對混凝土空心砌塊抗壓強度以及變形形態的影響，為高取代率的混凝土空心砌塊力學性能研究提供借鑒。

1 試驗概況與方案

1.1 試驗材料與試驗方案

1)試驗材料。水泥為盾石牌P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5；再生粗骨料是將廢棄混凝土試塊通過顎式破碎機破碎后經清洗、破碎和篩分等處理而獲得的粒徑為5 mm～10 mm連續級配的再生碎石，其吸水率為2.5%；天然細骨料為延吉產的河砂，細度模數為2.4，含水率為4.1%；再生細骨料為粒徑控制在0.16 mm～5 mm范圍內的再生骨料，吸水率為5%；拌合用水為自來水。

2)試驗方案。試驗采用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、拌混凝土并振動裝模、抹平、脫模、養護。試驗在YAW-HNT微機控制電液伺服壓力試驗機上進行，將5塊再生混凝土空心砌塊編為一組進行加壓試驗，測定其抗壓強度。同時，在加載過程中觀察砌塊破壞形態，并對3根再生混凝土空心砌塊進行荷載—應變試驗，探討混凝土空心砌塊受壓破壞形態規律。

1.2 試件設計

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

在砌塊的前后端設計成凹凸形式，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計強度等級為MU5.0，再生粗骨料取代率為100%、再生細骨料取代率為50%。空心率約為48%，強度調整系數為1.17[3]，根據壁厚30 mm，經查表得體型系數為1.086[4]。采用振動不加壓成型，養護條件為溫度23 ℃、濕度92%的蒸汽養護。要求澆筑的混凝土為干硬性混凝土，坍落度為0。經試配調整而得到的最終配合比如表1所示。

表1 試驗配合比

再生空心砌塊配合比設計流程圖如圖2所示。

2 試驗現象與結果

2.1 再生混凝土空心砌塊抗壓強度

試驗在YAW-HNT微機控制電液伺服壓力試驗機上進行，將5塊再生混凝土空心試塊編為一組進行加壓實驗。加載試驗過程如圖3所示。

試驗前，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]。在試驗進行時將試件置于試驗機承壓板上，使試件的軸線與試驗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P計算再生混凝土砌塊的抗壓強度。加載試驗結果如表2所示。

表2 再生混凝土砌塊抗壓強度的試驗結果

由試驗結果可知，砌塊平均抗壓強度為5.51 MPa，最小抗壓強度為5.13 MPa，均大于5 MPa。所以，認定該再生混凝土空心砌塊等級為MU5.0。

2.2 再生混凝土空心砌塊受壓時破壞形態

由于砌塊強度的離散性始終較大，個別數據偏差較大，而且受生產工藝的限制，砌塊并不能保證完全均一[6]。因此，本試驗通過觀察記錄6塊經石膏抹平的再生混凝土空心砌塊的受壓變形特點來反映其破壞形態的規律。本次試驗的試件破壞形態如圖4所示。

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

2)裂縫發展階段：當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，能聽到細微的開裂聲，然后在角部處率先出現豎向裂縫，緊接著在條面會出現個別細微裂紋。隨著荷載的逐漸增加，已有的裂縫逐漸變大，且出現一些沒法預測的新裂紋。裂縫進一步擴大，有些裂縫互相連通，并能聽到噼啪聲音，此時為試件破壞的裂縫發展階段。

3)破壞階段：隨著荷載接近極限荷載，試件處于破壞階段，有些試件的轉角處發生壓潰從而發生斷裂，脫離整體。觀察斷裂面發現：絕大部分直接把再生粗骨料截斷，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斷，有些截面在粗骨料與水泥膠體結合面斷開。

此次試驗的試件破壞形態主要有：豎向和斜向裂縫、條面一側壓潰、轉角處壓潰等。

2.3 再生混凝土空心砌塊荷載—應變試驗

砌塊結構在軸向壓下的荷載—應變，反映了砌塊砌體最基本的力學性能，是砌塊砌體結構進行強度計算、內力分析以及有限元非線性分析的重要基礎[6]。本試驗在砌塊的圖示位點處貼了混凝土應變片，再以50 kN為一級加至試件破壞，得出各個砌塊的荷載—應變圖。貼應變片的位點如圖5所示。

再生混凝土空心砌塊的荷載—應變試驗如圖6所示。

根據荷載—應變實驗，測定記錄出相關點，并得出荷載—應變關系圖。選取其中一條具有代表性的荷載—應變曲線如圖7所示，并通過計算得到曲線的相關參數回歸方程。

表3 荷載與應變的回歸系數

由荷載應變曲線方程可知：曲線在試件破壞前期階段變化不大，基本處于彈性階段。應用origin pro8.0軟件模擬分析四個位點的參數方程，曲線變化規律可用關系式Y=Ax4+Bx3+Cx2+Dx+F進行擬合，其結果如表3所示。其中，Y為砌塊承受的荷載；x為應變；A，B，C，D，F均為回歸系數，E=10-5。

結合以上數據，可對該配合比、該砌塊塊型下的任一荷載處四個位點的應變進行理論推算，為再生混凝土空心砌塊的內力分析及有限元非線性分析提供參考。

3 結語

本文通過高取代率的再生混凝土空心砌塊力學性能試驗，得到如下結論：

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%、再生細骨料取代率為50%，再生混凝土空心砌塊的抗壓強度可達到5.51 MPa，能夠滿足抗壓強度等級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與規律，分別對其彈性階段、裂縫發展階段以及破壞階段等三階段進行分析，提出豎向和斜向裂縫，條面一側壓潰，轉角處壓潰等破壞形態與裂縫分布規律。

3)通過再生混凝土空心砌塊荷載—應變試驗，選取其中一條具有代表性的荷載—應變曲線，并通過軟件計算得到相關參數回歸方程，為砌塊內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濟性分析[J].混凝土,2012(10):114-115.

[2] 唐曉翠.利用再生骨料生產混凝土空心節能砌塊試驗研究[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計[J].硅酸鹽通報,2014(2):271-276.

[4] 許建榮，王 瑜.混凝土空心砌塊配合比設計中參數的優化[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度檢測方法與評定方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學碩士學位論文，2011.

[6] 井一村.190厚空心砌塊砌體標準抗壓及應力應變關系試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學碩士學位論文，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

★:延大大學生暑期學校創新實驗項目(項目編號：SQC2016001)；延大科技發展計劃校企合作項目(項目編號：602015001)