鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能對比試驗研究

楊雅新 王鎮基 嚴昭君 劉文博 侯曉寧 王 浩

1河南水利與環境職業學院（450011） 2河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能對比試驗研究

楊雅新1王鎮基2嚴昭君2劉文博2侯曉寧2王 浩2

1河南水利與環境職業學院（450011） 2河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

混凝土再生技術的發展和應用，是解決我國城市建筑垃圾污染問題的有效手段，做好再生混凝土建筑材料的技術性能檢測和優化工作，具備廣泛而深刻的現實意義。文章圍繞鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能對比試驗展開了簡要的分析。

鋼管再生混凝土；鋼筋再生混凝土；軸壓短柱；力學性能；對比分析

0 引言

近年來，隨著我國建筑工程開發施工領域的蓬勃發展，我國城市建筑物在建設施工和拆除施工過程中形成了數量龐大的建筑垃圾。這些垃圾不僅占據了大量的可用土地資源，也給城市居民的基礎性生產生活環境造成了嚴重的污染和破壞。從物質組成結構角度分析，城市建筑垃圾中的30.00%～40.00%為混凝土類建筑垃圾，因而探究和應用再生混凝土建筑材料，對提高我國城市建筑產業的發展水平具備深刻的現實意義。有研究顯示，再生混凝土建筑材料相較于普通混凝土建筑材料，在彈性模量和技術穩定性等方面均有明顯缺陷，因而做好再生混凝土建筑材料的技術性能檢測和優化提升工作，對確保我國城市建筑產業的發展具有重要意義。有鑒于此，文章將會圍繞鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能對比試驗展開簡要闡釋。

1 試驗環節基本概況

1.1 試驗工件的設計和制作

本次試驗研究過程中，共設計制作了4組總數為12個的圓形鋼管再生混凝土短樁試驗技術工件，且均滿足設計約束條件L/D=3.00。其中鋼管部分的名義厚度參數和直徑參數為2.75 mm和140.00 mm，其截面技術結構中的含鋼率α在8.00%上下，滿足我國建筑工程施工領域常用鋼管材料的應用技術標準。

考慮到再生混凝土建筑材料實際具備的強度參數水平通常顯著低于普通新制混凝土建筑材料，且通常波動范圍介于C20～C50之間，因而本次試驗研究過程中，設置了C30以及C50兩種強度參數等級條件下的四種具體技術類型的核心再生混凝土建筑材料，且將C30強度條件下再生混凝土建筑材料的再生粗骨料取代率r分別設定為100.00%、50.00%，和0.00%、C50強度條件下再生混凝土建筑材料的再生粗骨料取代率r設定為100.00%。在此基礎上，為了準確對比和分析鋼材使用數量相同條件下，鋼管再生混凝土建筑材料與鋼筋再生混凝土建筑材料的軸壓短柱力學性能差異，本組試驗過程中，共計設計制作了4組總數為12個的鋼筋再生混凝土短樁試驗技術工件，且滿足設計約束條件L/D=3.00。試驗技術工件的縱向鋼筋型號參數為6Φ12，螺旋箍筋型號參數為8＠50，試件主要設計參數與核心再生混凝土建筑材料的強度參數等級基本一致。受試驗技術工件澆筑模板尺寸水平的限制，將試驗技術工件在制作過程中的直徑參數水平設定為150.00 mm，且將試驗技術工件的保護層結構厚度參數均嚴格設定在10.00 mm水平。

在鋼管再生混凝土試驗技術工件的制作形成過程中，圓形鋼管應用材料的外徑參數應當被嚴格控制在140.00 mm，其高度參數應當被嚴格控制在420.00 mm水平，其焊接處理形式選擇直接焊接技術方式。在鋼筋再生混凝土試驗技術工件的制作形成過程中，要在縱緊材料和箍筋材料的選取過程時，分別采用直徑參數水平為12.00 mm的螺紋鋼筋材料，以及直徑參數水平為8.00 mm的光圓鋼筋材料。

本次試驗研究過程中應用的全部廢棄性混凝土材料，其28 d的軸心抗壓強度參數水平為f=36.60 MPa。在實際制作試驗技術工件之前，需要優先運用顎式破碎機將預先獲取的廢棄混凝土材料實施破碎技術處理和篩分技術處理，以確保實際形成的廢棄混凝土物質顆粒嚴格滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量檢驗方法標準》中對再生粗骨料的一般技術參數控制規范，并將其實際顆粒直徑參數控制在4.75～25.00 mm之間，而再生粗骨料與天然粗骨料之間的基本性質差異，由表1所示。與天然粗骨料相對照，再生粗骨料具備較低水平的表觀密度參數、較高水平的壓碎指標，以及較高水平的吸水率。

表1 再生粗骨料與天然粗骨料的基本性質差異

試驗技術工件中核心再生混凝土建筑材料的配置操作過程，應當嚴格遵照建設規范DG/TJ 18—2018—2007《再生混凝土應用技術規程》中的相關技術條文。其中水泥建筑材料選取42.50R普通硅酸鹽水泥，細骨料選取天然砂，拌合用水選取潔凈自來水，要嚴格控制核心再生混凝土建筑材料制作過程中的物料比例結構。

1.2 加載和測量技術裝置

本次試驗使用5 000.00 kN液壓試驗機進行，試驗過程中的負荷加載操作，選取分級加載技術方法具體完成。

在試驗技術工件處于彈性技術階段條件下，要將每一級的荷載水平，設置為預期極限性荷載水平的1/15，且將同一強度水平荷載參數的持續時間設定為1.00 min，在實際荷載強度達到預期極限性荷載水平的75.00%之后，應當將每一級的荷載水平，設置為預期極限性荷載水平的1/30，在實際荷載強度接近極限荷載水平時，要繼續實施緩慢持續加載處理技術過程，直至試驗技術工件發生損壞現象。本次試驗過程中，試驗技術工件的加載裝置和測試點分布如下圖所示。在遵照圖示技術方案開展測量技術操作規程的基礎上，將會獲取預期的試驗技術現象，針對試驗技術現象展開系統分析，勢必能夠獲取相對應的試驗技術結果。

圖1 鋼管再生混凝土試驗技術工件的加載裝置和測試點分布

圖2 鋼筋再生混凝土試驗技術工件的加載裝置和測試點分布

2 試驗現象

2.1 鋼管再生混凝土試驗技術工件

鋼管再生混凝土試驗技術工件在軸壓試驗條件下經歷的試驗技術過程大致如下:在負荷加載初期，試驗技術工件在沿著軸向的負荷強度達到極限荷載強度的70.00%前，將穩定處于彈性化的技術應答表現狀態，沿軸向的荷載強度和工件中截面結構的壓縮變形表現程度呈現出明顯的線性增長趨勢，且鋼管再生混凝土試驗技術工件的表面結構不會發生明顯變化。在沿著軸向的加載負荷強度超過極限負荷強度的70.00%時，鋼管再生混凝土試驗技術工件將會進入彈塑性的技術應答表現階段，直接導致軸向壓縮變形的表現程度呈現出數量不斷增多且中間位置逐步向中部擴展的發展趨勢。在實際荷載強度達到極限負荷值之后，如果繼續提升加載水平，將會導致鋼管再生混凝土試驗技術工件在多個組成結構位置中發生鼓曲變化。

2.2 鋼筋再生混凝土試驗技術工件

鋼筋再生混凝土試驗技術工件在軸壓試驗條件下經歷的試驗技術過程大致如下:在沿著軸向方向加載的負荷強度達到極限加負荷參數的50.00%技術條件下，盡管試驗技術工件依然處于彈性化的技術應答階段，但是工件主體結構中的兩端技術點位卻已經開始出現輕微的豎向裂紋現象，且這種豎向裂紋具備一定程度的中心發展趨勢。在沿軸向的荷載強度達到極限荷載參數強度的70.00%～80.00%條件下，試驗技術工件通常會進入彈性技術應答階段，這時試驗工件中的核心再生混凝土材料的表皮結構部分將會出現表征明顯的浮起鼓出現象，且在裂縫增寬過程中，保護層結構將會與鋼筋應用材料之間呈現相互脫開技術現象。在沿軸向方向的負荷加載強度達到極限負荷參數水平時，通常將會導致鋼筋再生混凝土試驗技術工件的技術性破壞表現特征顯著加劇，直接導致占據總數約50.00%的保護層結構與鋼筋應用材料之間出現相互脫開現象。與鋼管材料相比，鋼筋材料的延性水平相對較差，最終的試驗技術結果，是縱筋發生外鼓現象，而箍筋被拉斷。

3 結語

針對鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能對比試驗問題，文章從試驗環節基本概況和試驗現象兩個具體方面展開了簡要論述，旨在為相關領域的研究人員提供借鑒。

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