再生混凝土梁受彎性能試驗研究

(新疆維吾爾自治區建筑設計研究院 新疆 烏魯木齊 830047)

引言

隨著十三五計劃的不斷推進，在大力發展經濟建設的同時，對環境保護的要求也越來越高，再生混凝土[1]的優勢也越來越突出。目前混凝土結構在拆除后，這些廢棄混凝土大部分未經處理就選擇填埋或者堆放于郊區，對環境造成了極大的負擔，而粗骨料的開采亦對生態環境造成很大的壓力[2,3]，而再生混凝土就是將這些拆除的廢棄混凝土經過破碎、篩分等處理后，按照一定比例取代天然的骨料[4,5]。因此，廢棄混凝土的循環利用已經成為當前研究的熱點。

一、試驗概況

(一)試驗材料及配合比

本次試驗采用紅雁牌P·O42.5硅酸鹽水泥，粗骨料為新疆地區天然卵石以及經過鄂式破碎機破碎和人工篩分之后的廢棄建筑混凝土，細骨料為烏魯木齊地區的中砂。試驗以再生粗骨料取代率為變量設計四根混凝土梁，再生粗骨料取代率分別為0，30%，50%，70%，水灰比為0.50，混凝土設計強度為C30。

(二)試驗加載方式

試驗梁尺寸尺寸為200x300x2100mm。為削弱剪力影響，并且使受彎區裂縫更加明顯，因此在純彎段上部未設置架立筋。

此次試驗梁采用三分點加載方式，為記錄試驗梁受彎過程中的變形，在試驗梁上共布置5個位移計。在正式試驗之前，先對構件進行預加載，以確保各種儀表正常運行。試驗采用分級加載，數據由電腦自動采集。試驗嚴格遵守《混凝土結構試驗方法標準》(GB/T 50152—2012)[6]試驗要求。

二、試驗現象及試驗結果分析

(一)試驗現象

試驗發現再生粗骨料混凝土梁破壞形態和普通混凝土相似，隨著荷載的增加，試驗梁純彎段為抵抗彎矩的變化產生的拉應力大于混凝土的粘結應力，從而導致在混凝土梁純彎段中和軸以下最先出現細微裂縫，混凝土彎矩不斷增大，鋼筋應變隨著荷載的變大線性增長。

(二)荷載與縱向受拉鋼筋應變分析

隨著荷載的逐級增加，縱向受拉鋼筋應變也在增大，4根試驗梁的荷載—縱向受拉鋼筋應變曲線相似，在鋼筋達到屈服前，縱向受拉鋼筋隨著荷載的增大呈線性增長，當鋼筋屈服時，荷載稍微增加，鋼筋應變急劇增長。混凝土的極限荷載隨著再生骨料取代率的增加，呈現先上升后下降的趨勢，在再生粗骨料取代率為30%時，極限荷載最大，且與取代率為50%的試驗梁接近，整體而言，再生骨料取代率對混凝土極限荷載具有強化作用。

(三)荷載與撓度分析

撓度可以反映出混凝土梁受彎變化的整個過程，通過對再生粗骨料混凝土梁撓度的測量，繪制如圖5，從圖中可知，在混凝土彈性階段，荷載與撓度呈線性變化，并且對比不同再生粗骨料取代率的混凝土梁發現，同級荷載下，撓度隨著取代率的增大，先減小后增加，并且取代率為50%時最小，這說明在水灰比為0.50時，再生粗骨料取代率為50%的再生混凝土梁能夠有效的提高混凝土的抗彎性能，隨著取代率的增加，再生粗骨料本身的損傷對構件造成的影響逐漸增大，所以撓度也同時增大，但鋼筋屈服時混凝土梁的最大撓度實測值卻隨著取代率的增大而逐漸減小。

(四)荷載與最大裂縫寬度分析

受彎梁受荷過程中，伴隨著裂縫的延伸，裂縫也在不斷的向兩邊拓展，裂縫寬度也在不斷變大，這也是混凝土梁表面裂紋的演化過程，記錄并分析混凝土梁裂縫的最大寬度，對研究受彎梁損傷演化過程具有重要意義。并且對于受彎梁而言，寬度最大的裂縫多存在于純彎段，在混凝土受彎破壞時更為突出明確。

最大裂縫寬度隨著荷載的增加，變化幅度波動較大，在各級荷載時，再生骨料取代率為50%的混凝土梁，最大裂縫寬度始終最小，反映出混凝土受到的損傷也就最小。

圖5 荷載-跨中撓度關系

三、結論

(1)再生粗骨料混凝土梁破壞過程與普通混凝土梁破壞過程相似，也是經過三個階段，當鋼筋屈服后，鋼筋應變驟增，荷載—縱向受拉鋼筋曲線呈水平趨勢。

(2)再生粗骨料能夠提高混凝土梁的屈服荷載，極限荷載，且隨著取代率的提高均呈現先上升后降低的趨勢，在再生粗骨料取代率為30%時，兩者均達到最大，且與再生粗骨料取代率為50%的混凝土接近。

(3)再生粗骨料能夠提高混凝土的抗彎性能，在彈性階段，同級荷載下，撓度隨著再生粗骨料取代率的增加，呈現先降低后上升的趨勢。在再生粗骨料取代率為50%時，與其它試驗梁相比，撓度最小，最大裂縫寬度也是最小，表明抗彎性能最好。

(4)再生粗骨料取代率為50%時，混凝土梁各項性能相對更優，說明當取代率為50%時，再生粗骨料混凝土有更好的性能。