再生混凝土梁凍融循環(huán)后抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)

李滟浩 孫華銀 王燕 成遠(yuǎn)登 徐秀潔 史朝鋒

摘? 要：再生混凝土因解決了環(huán)境污染、資源回收利用等優(yōu)勢勢必將得到大范圍推廣應(yīng)用，文章通過梁式試件抗彎試驗(yàn)對再生混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性進(jìn)行探索，結(jié)果表明：優(yōu)質(zhì)再生集料對應(yīng)的抗凍性較好，凍融循環(huán)達(dá)50次時(shí)，構(gòu)件抗凍性下降明顯。

關(guān)鍵詞：凍融循環(huán);再生混凝土;梁式試件;抗彎強(qiáng)度

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）22-0044-03

Abstract： Recycled concrete is bound to be widely used because of its advantages of solving environmental pollution and recycling resources. In this paper， the frost resistance of recycled concrete structure is explored through the bending test of beam specimens. The results show that the frost resistance of high-quality recycled aggregate is good， and when the freeze-thaw cycle reaches 50 times， the frost resistance of components decreases significantly.

Keywords： freeze thaw cycle; recycled concrete; beam test piece; flexural strength

1 概述

我國建筑的高速發(fā)展致使每年產(chǎn)生超過1億立方米的建筑垃圾，且逐年增加趨勢明顯[1]，將廢棄混凝土破碎后制成再生粗集料摻配在新拌混凝土中是科學(xué)經(jīng)濟(jì)的解決辦法。國內(nèi)不少專家學(xué)者已相繼開展了再生混凝土各項(xiàng)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，在摻配率得當(dāng)、摻入陶瓷粉煤灰等材料的情況下，再生混凝土試件抗凍性能是可靠的，能滿足工程建設(shè)需求。部分學(xué)者還開展了再生混凝土內(nèi)鋼筋抗拔、黏結(jié)力試驗(yàn)，但關(guān)于再生混凝土梁、板、柱方面的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)還偏少[2-6]。本文就再生混凝土梁凍融循環(huán)試驗(yàn)展開研究，以補(bǔ)充再生混凝土抗凍性的結(jié)構(gòu)應(yīng)用理論。

2 試驗(yàn)方案

2.1 原材料

再生混凝土拌制材料包括普通硅酸鹽水泥、黃砂（連續(xù)級配）、天然骨料（連續(xù)級配5～15mm）、再生骨料（連續(xù)級配5～15mm）。其中再生骨料分別由廢棄混凝土路面、房屋構(gòu)造柱、房屋結(jié)構(gòu)柱（梁）破碎制得。

2.2 配合比

按照C30設(shè)計(jì)強(qiáng)度，在不摻配再生集料的情況下配合比取水泥：水：砂：碎石=1：0.38：1.11：2.72=461：175：512：1252，在此基礎(chǔ)上根據(jù)再生集料的摻配率調(diào)整配合比（主要調(diào)整水的用量）。

2.3 試件組制作

試件主要分為兩大類，即：

（1）立方體試件：主要作用為測試不同對照組混凝土性能，尺寸為100mm×100mm×100mm。

（2）梁式試件：主要用于抗彎強(qiáng)度測試，尺寸為100mm×100mm×400mm。

對比組具體如表1所示。

梁式試件上部架立鋼筋為2根植筋6mmHPB300鋼筋，下部受力鋼筋為2根直徑10mmHRB400鋼筋，箍筋直徑6mm、縱向布置4道，保護(hù)層厚度2cm。

2.4 加載方案

立方體試件之間在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，梁式試件采用三分點(diǎn)加載方式進(jìn)行加載，如圖1所示。

加載時(shí)，記錄梁式試件破壞時(shí)的荷載F大小。立方體試件與梁式試件如圖2和圖3所示。

3 立方體試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果

各類試件在凍融循環(huán)20次以下時(shí)，試件表面基本無變化，達(dá)到50次之后，出現(xiàn)表面砂漿脫落，且表層脫落出現(xiàn)小凹坑，采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，測試結(jié)果如圖4～圖6所示。

如圖4～圖6所示，結(jié)構(gòu)梁柱作為再生集料制作的試件抗壓強(qiáng)度最高，構(gòu)造柱抗壓強(qiáng)度最低，道路混凝土強(qiáng)度居中，主要原因?yàn)樵瓨?gòu)造柱為C20混凝土，比道路混凝土與結(jié)構(gòu)梁柱混凝土強(qiáng)度低，制備所得再生集料密度、壓碎值指標(biāo)均較差，導(dǎo)致在其他條件相同的情況下，構(gòu)造柱再生試件強(qiáng)度表現(xiàn)最差，且凍融循環(huán)后強(qiáng)度下降更明顯。

同時(shí)，各類試件在經(jīng)過20次凍融循環(huán)后強(qiáng)度下降明顯，且再生集料摻配越多下降值越大。

4 梁式構(gòu)件抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)

梁式試件加載按三級進(jìn)行，荷載施加速率控制在2.0KN/S左右。第一級，加載試件直至出現(xiàn)第一條裂縫為止，記錄其出現(xiàn)的位置與荷載大小;第二級，加載試件出現(xiàn)第一條貫穿裂縫為止，記錄其出現(xiàn)的位置與荷載大小;第三級，加載試件最終破壞為止，記錄其荷載大小。各組試件加載結(jié)果如圖7～圖9所示。

如圖7～圖9所示，梁式試件破壞荷載變化與再生集料品質(zhì)、摻配率以及凍融循環(huán)次數(shù)有關(guān)，其中結(jié)構(gòu)梁柱生產(chǎn)的再生集料密度最大、壓碎值最小，各種情況下試驗(yàn)梁承載能力最好;3類再生集料摻配率不超過30%時(shí)，試驗(yàn)梁承載能力表現(xiàn)良好，超過30%后下降明顯;凍融循環(huán)后試驗(yàn)梁承載能力下降原因除了混凝土本身強(qiáng)度以外，混凝土與鋼筋的黏結(jié)也在很大程度上發(fā)揮影響作用，達(dá)到50次凍融循環(huán)后，梁式試件承載力平均下降約20%。

在合理的配筋率情況下，試驗(yàn)梁首先是受拉區(qū)（下部）開裂破壞，凍融循環(huán)后該特征表現(xiàn)約明顯，說明凍融循環(huán)對混凝土抗拉強(qiáng)度、混凝土與鋼筋黏結(jié)作用削減明顯。進(jìn)行跨中單點(diǎn)加載與三分點(diǎn)加載破壞形態(tài)很接近。經(jīng)過50次凍融循環(huán)后單點(diǎn)加載破壞形態(tài)如圖10所示。

5 結(jié)束語

通過采用不同原材料制備不同品質(zhì)再生粗集料開展梁式構(gòu)件凍融循環(huán)試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

（1）品質(zhì)較好的再生粗集料制備的再生構(gòu)件具有更好的抗凍性。

（2）經(jīng)過50次凍融循環(huán)后，梁式試件強(qiáng)度降低約20%，因此，需在混凝土中加入外加劑以改善其抗凍性方能用于實(shí)際工程中。

（3）凍融循環(huán)不僅會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，還將削弱其與鋼筋的黏結(jié)性能，工程應(yīng)用中建議從這兩方面進(jìn)行考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳自豪，元成方.再生骨料混凝土抗凍性研究進(jìn)展[J].混凝土，2019，5（355）：20-27.

[2]熊曉強(qiáng).骨料添加對再生保溫混凝土抗凍融性能的影響分析[J].粉煤灰綜合利用，2019，6：61-64.

[3]喬宏霞，等.廢舊陶瓷骨料再生混凝土抗凍融循環(huán)性能及可靠性分析[J].功能材料，2019，7（50）：07139-07145.

[4]劉全升.凍融循環(huán)作用下再生骨料處理對混凝土性能的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，50（3）：456-459.

[5]GOKCE A，NAGATAKI S，SAEKI T，et al.Freezing and thawing resistance of air-entrained concrete incorporating recycled coarse aggregate：the role of air content in demolished concrete[J].Cementand Concrete Research，2004，34（5）：799-806.

[6]SALLEHANI，MAHYUDDINR.Engineering properties of treated recycled concrete aggregate（RCA） for structura lapplications[J].Construction and Building Materials，2013（44）：464-476.