鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究

楊雅新 王鎮(zhèn)基 嚴(yán)昭君 劉文博 侯曉寧 王 浩

1河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院（450011） 2河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)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(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究

楊雅新1王鎮(zhèn)基2嚴(yán)昭君2劉文博2侯曉寧2王 浩2

1河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院（450011） 2河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

混凝土再生技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，是解決我國(guó)城市建筑垃圾污染問(wèn)題的有效手段，做好再生混凝土建筑材料的技術(shù)性能檢測(cè)和優(yōu)化工作，具備廣泛而深刻的現(xiàn)實(shí)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(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)展開(kāi)了簡(jiǎn)要的分析。

鋼管再生混凝土；鋼筋再生混凝土；軸壓短柱；力學(xué)性能；對(duì)比分析

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑工程開(kāi)發(fā)施工領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，我國(guó)城市建筑物在建設(shè)施工和拆除施工過(guò)程中形成了數(shù)量龐大的建筑垃圾。這些垃圾不僅占據(jù)了大量的可用土地資源，也給城市居民的基礎(chǔ)性生產(chǎn)生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染和破壞。從物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)角度分析，城市建筑垃圾中的30.00%～40.00%為混凝土類(lèi)建筑垃圾，因而探究和應(yīng)用再生混凝土建筑材料，對(duì)提高我國(guó)城市建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平具備深刻的現(xiàn)實(shí)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(shù)穩(wěn)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(shù)性能檢測(cè)和優(yōu)化提升工作，對(duì)確保我國(guó)城市建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。有鑒于此，文章將會(huì)圍繞鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)展開(kāi)簡(jiǎn)要闡釋。

1 試驗(yàn)環(huán)節(jié)基本概況

1.1 試驗(yàn)工件的設(shè)計(jì)和制作

本次試驗(yàn)研究過(guò)程中，共設(shè)計(jì)制作了4組總數(shù)為12個(gè)的圓形鋼管再生混凝土短樁試驗(yàn)技術(shù)工件，且均滿足設(shè)計(jì)約束條件L/D=3.00。其中鋼管部分的名義厚度參數(shù)和直徑參數(shù)為2.75 mm和140.00 mm，其截面技術(shù)結(jié)構(gòu)中的含鋼率α在8.00%上下，滿足我國(guó)建筑工程施工領(lǐng)域常用鋼管材料的應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到再生混凝土建筑材料實(shí)際具備的強(qiáng)度參數(shù)水平通常顯著低于普通新制混凝土建筑材料，且通常波動(dòng)范圍介于C20～C50之間，因而本次試驗(yàn)研究過(guò)程中，設(shè)置了C30以及C50兩種強(qiáng)度參數(shù)等級(jí)條件下的四種具體技術(shù)類(lèi)型的核心再生混凝土建筑材料，且將C30強(qiáng)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(shè)定為100.00%、50.00%，和0.00%、C50強(qiáng)度條件下再生混凝土建筑材料的再生粗骨料取代率r設(shè)定為100.00%。在此基礎(chǔ)上，為了準(zhǔn)確對(duì)比和分析鋼材使用數(shù)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(xué)性能差異，本組試驗(yàn)過(guò)程中，共計(jì)設(shè)計(jì)制作了4組總數(shù)為12個(gè)的鋼筋再生混凝土短樁試驗(yàn)技術(shù)工件，且滿足設(shè)計(jì)約束條件L/D=3.00。試驗(yàn)技術(shù)工件的縱向鋼筋型號(hào)參數(shù)為6Φ12，螺旋箍筋型號(hào)參數(shù)為8＠50，試件主要設(shè)計(jì)參數(shù)與核心再生混凝土建筑材料的強(qiáng)度參數(shù)等級(jí)基本一致。受試驗(yàn)技術(shù)工件澆筑模板尺寸水平的限制，將試驗(yàn)技術(shù)工件在制作過(guò)程中的直徑參數(shù)水平設(shè)定為150.00 mm，且將試驗(yàn)技術(shù)工件的保護(hù)層結(jié)構(gòu)厚度參數(shù)均嚴(yán)格設(shè)定在10.00 mm水平。

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

本次試驗(yàn)研究過(guò)程中應(yīng)用的全部廢棄性混凝土材料，其28 d的軸心抗壓強(qiáng)度參數(shù)水平為f=36.60 MPa。在實(shí)際制作試驗(yàn)技術(shù)工件之前，需要優(yōu)先運(yùn)用顎式破碎機(jī)將預(yù)先獲取的廢棄混凝土材料實(shí)施破碎技術(shù)處理和篩分技術(shù)處理，以確保實(shí)際形成的廢棄混凝土物質(zhì)顆粒嚴(yán)格滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)再生粗骨料的一般技術(shù)參數(shù)控制規(guī)范，并將其實(shí)際顆粒直徑參數(shù)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(zhì)差異，由表1所示。與天然粗骨料相對(duì)照，再生粗骨料具備較低水平的表觀密度參數(shù)、較高水平的壓碎指標(biāo)，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(zhì)差異

試驗(yàn)技術(shù)工件中核心再生混凝土建筑材料的配置操作過(guò)程，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照建設(shè)規(guī)范DG/TJ 18—2018—2007《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)技術(shù)條文。其中水泥建筑材料選取42.50R普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料選取天然砂，拌合用水選取潔凈自來(lái)水，要嚴(yán)格控制核心再生混凝土建筑材料制作過(guò)程中的物料比例結(jié)構(gòu)。

1.2 加載和測(cè)量技術(shù)裝置

本次試驗(yàn)使用5 000.00 kN液壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程中的負(fù)荷加載操作，選取分級(jí)加載技術(shù)方法具體完成。

在試驗(yàn)技術(shù)工件處于彈性技術(shù)階段條件下，要將每一級(jí)的荷載水平，設(shè)置為預(yù)期極限性荷載水平的1/15，且將同一強(qiáng)度水平荷載參數(shù)的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為1.00 min，在實(shí)際荷載強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期極限性荷載水平的75.00%之后，應(yīng)當(dāng)將每一級(jí)的荷載水平，設(shè)置為預(yù)期極限性荷載水平的1/30，在實(shí)際荷載強(qiáng)度接近極限荷載水平時(shí)，要繼續(xù)實(shí)施緩慢持續(xù)加載處理技術(shù)過(guò)程，直至試驗(yàn)技術(shù)工件發(fā)生損壞現(xiàn)象。本次試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)技術(shù)工件的加載裝置和測(cè)試點(diǎn)分布如下圖所示。在遵照?qǐng)D示技術(shù)方案開(kāi)展測(cè)量技術(shù)操作規(guī)程的基礎(chǔ)上，將會(huì)獲取預(yù)期的試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)象，針對(duì)試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)象展開(kāi)系統(tǒng)分析，勢(shì)必能夠獲取相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)結(jié)果。

圖1 鋼管再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件的加載裝置和測(cè)試點(diǎn)分布

圖2 鋼筋再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件的加載裝置和測(cè)試點(diǎn)分布

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

2.1 鋼管再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件

鋼管再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件在軸壓試驗(yàn)條件下經(jīng)歷的試驗(yàn)技術(shù)過(guò)程大致如下:在負(fù)荷加載初期，試驗(yàn)技術(shù)工件在沿著軸向的負(fù)荷強(qiáng)度達(dá)到極限荷載強(qiáng)度的70.00%前，將穩(wěn)定處于彈性化的技術(shù)應(yīng)答表現(xiàn)狀態(tài)，沿軸向的荷載強(qiáng)度和工件中截面結(jié)構(gòu)的壓縮變形表現(xiàn)程度呈現(xiàn)出明顯的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，且鋼管再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件的表面結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯變化。在沿著軸向的加載負(fù)荷強(qiáng)度超過(guò)極限負(fù)荷強(qiáng)度的70.00%時(shí)，鋼管再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件將會(huì)進(jìn)入彈塑性的技術(shù)應(yīng)答表現(xiàn)階段，直接導(dǎo)致軸向壓縮變形的表現(xiàn)程度呈現(xiàn)出數(shù)量不斷增多且中間位置逐步向中部擴(kuò)展的發(fā)展趨勢(shì)。在實(shí)際荷載強(qiáng)度達(dá)到極限負(fù)荷值之后，如果繼續(xù)提升加載水平，將會(huì)導(dǎo)致鋼管再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件在多個(gè)組成結(jié)構(gòu)位置中發(fā)生鼓曲變化。

2.2 鋼筋再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件

鋼筋再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件在軸壓試驗(yàn)條件下經(jīng)歷的試驗(yàn)技術(shù)過(guò)程大致如下:在沿著軸向方向加載的負(fù)荷強(qiáng)度達(dá)到極限加負(fù)荷參數(shù)的50.00%技術(shù)條件下，盡管試驗(yàn)技術(shù)工件依然處于彈性化的技術(shù)應(yīng)答階段，但是工件主體結(jié)構(gòu)中的兩端技術(shù)點(diǎn)位卻已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)輕微的豎向裂紋現(xiàn)象，且這種豎向裂紋具備一定程度的中心發(fā)展趨勢(shì)。在沿軸向的荷載強(qiáng)度達(dá)到極限荷載參數(shù)強(qiáng)度的70.00%～80.00%條件下，試驗(yàn)技術(shù)工件通常會(huì)進(jìn)入彈性技術(shù)應(yīng)答階段，這時(shí)試驗(yàn)工件中的核心再生混凝土材料的表皮結(jié)構(gòu)部分將會(huì)出現(xiàn)表征明顯的浮起鼓出現(xiàn)象，且在裂縫增寬過(guò)程中，保護(hù)層結(jié)構(gòu)將會(huì)與鋼筋應(yīng)用材料之間呈現(xiàn)相互脫開(kāi)技術(shù)現(xiàn)象。在沿軸向方向的負(fù)荷加載強(qiáng)度達(dá)到極限負(fù)荷參數(shù)水平時(shí)，通常將會(huì)導(dǎo)致鋼筋再生混凝土試驗(yàn)技術(shù)工件的技術(shù)性破壞表現(xiàn)特征顯著加劇，直接導(dǎo)致占據(jù)總數(shù)約50.00%的保護(hù)層結(jié)構(gòu)與鋼筋應(yīng)用材料之間出現(xiàn)相互脫開(kāi)現(xiàn)象。與鋼管材料相比，鋼筋材料的延性水平相對(duì)較差，最終的試驗(yàn)技術(shù)結(jié)果，是縱筋發(fā)生外鼓現(xiàn)象，而箍筋被拉斷。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)問(wèn)題，文章從試驗(yàn)環(huán)節(jié)基本概況和試驗(yàn)現(xiàn)象兩個(gè)具體方面展開(kāi)了簡(jiǎn)要論述，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供借鑒。

[1]王玉銀,陳杰,縱斌,耿悅.鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2011(12):174-181.

[2]陳宗平,葉培歡,徐金俊,梁瑩.高溫后鋼筋再生混凝土軸壓短柱受力性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2015(6):117-127.

[3]張向?qū)?陳宗平,薛建陽(yáng),蘇益聲,范杰.鋼管再生混凝土軸壓長(zhǎng)柱試驗(yàn)研究及力學(xué)性能分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2012(9):12-20.

[4]吳鳳英,楊有福.鋼管再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能初探[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,33(S1):305-308+315.

[5]黃宏,郭曉宇,陳夢(mèng)成.圓鋼管再生混凝土軸壓短柱對(duì)比試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2016(4):34-39.