鋼管再生混泥土結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

(廣州大學(xué) 廣東 廣州 510006)

前言：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)快速的發(fā)展，每年都有大量的舊混泥土建筑物被拆除，也有大量的新混泥土建筑物產(chǎn)生。在拆除過程中所產(chǎn)生的廢棄混泥土主要是運(yùn)往郊區(qū)外堆放或填埋對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞、對(duì)資源造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)。

因此，為深入了解鋼管再生混泥土基本力學(xué)、耐久、抗震、粘接性能。本課題通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)鋼管再生混泥土基本性能進(jìn)行分析研究。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(一)再生混凝土的研究現(xiàn)狀

再生混凝土技術(shù)的應(yīng)用始于二次大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致了大量廢棄物的產(chǎn)生，許多歐洲國(guó)家在戰(zhàn)后面臨著嚴(yán)重的廢棄物處理問題。20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)和德國(guó)為了處理大量廢棄混凝土同時(shí)為城市重建提供新的原材料，相繼開展了再生混凝土技術(shù)的研究{41。國(guó)際材料與結(jié)構(gòu)研究與測(cè)試試驗(yàn)所聯(lián)合會(huì)RILEM于1976年成立了“混凝土拆除和再利用委員會(huì)”TC—37—DRC，開始研究廢棄混凝土的消化和再生利用。1977年日本政府制定了JIS TR A 0006《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》。1991年日本政府又制定了《資源重新利用促進(jìn)法》，規(guī)定建筑施工過程中產(chǎn)生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、木材、金屬等建筑垃圾，必須送往“再生資源化設(shè)施”進(jìn)行處理。

我國(guó)對(duì)于再生混泥土的研究起步較晚，但是研究勢(shì)頭較猛。國(guó)內(nèi)數(shù)十家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)展開了大量的研究工作，設(shè)計(jì)范圍廣泛。其中，同濟(jì)大學(xué)對(duì)再生混泥土技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，包括再生混泥土的強(qiáng)度和工作性能、廢棄混泥土破碎及再生工藝研究、高溫后再生混泥土強(qiáng)度研究、再生混泥土框架節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究、再生混泥土框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究等。

(二)鋼管混泥土結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

鋼管混泥土結(jié)構(gòu)在土木建筑工程中應(yīng)用始于20世紀(jì)初美國(guó)在一些單層房屋建筑中采用了圓形鋼管混泥土柱。20世紀(jì)30年代末期，前蘇聯(lián)曾用鋼管混泥土建造了跨度為101m的公路拱橋和跨度為140m的鐵路拱橋。20世紀(jì)60年代前后，鋼管混泥土結(jié)構(gòu)在前蘇聯(lián)、西歐、北美和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家受到重視，在廠房建筑、多層和高層建筑、立交橋以及特種工程中得到應(yīng)用，并編制了相關(guān)的想多完整的技術(shù)規(guī)程，推動(dòng)了鋼管混泥土在世界范圍內(nèi)的普及和發(fā)展。

從20世紀(jì)80年代開始，在我國(guó)以后采用高強(qiáng)度混泥土材料和泵灌混泥土工藝為主要特征的現(xiàn)代鋼管混泥土結(jié)構(gòu)，也取得了飛速發(fā)展。1990年我國(guó)頒布專門的《鋼管混泥土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》，為現(xiàn)代鋼管混泥土結(jié)構(gòu)在我國(guó)推廣應(yīng)用提供了技術(shù)保障。近年來，國(guó)家經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施大量興建，現(xiàn)代鋼管混泥土結(jié)構(gòu)物技術(shù)在高層建筑和大跨橋梁中得到了卓有成效的應(yīng)用，有力地推動(dòng)了該領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)有對(duì)鋼管再生混泥土的研究大多針對(duì)其力學(xué)性能、粘接性能、耐久性能、抗震性能。

①力學(xué)性能

1)鋼管再生混泥土柱軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)的研究表明：鋼管對(duì)核心再生混泥土的約束作用，改善了再生混泥土變異性能大的特點(diǎn)，使得相同參數(shù)試件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果離散型較小，滿足實(shí)驗(yàn)要求；鋼管再生混泥土軸心受壓試件的破壞模式及細(xì)長(zhǎng)比對(duì)試件力學(xué)性能的影響較小，一般選取的兩種骨料來源對(duì)于試件力學(xué)性能的影響力在6%范圍內(nèi)。

2)鋼管再生混泥土柱壓彎力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：鋼管再生混泥土偏壓和純彎時(shí)間的破壞模式與鋼管普通混泥土類似，分別發(fā)生整體失穩(wěn)和整體彎曲破壞；再生粗骨料取代率對(duì)試件力學(xué)性能的影響相對(duì)較小，隨著取代率的增加，試件承載力和初始剛度降低，影響幅度在12%以內(nèi)；長(zhǎng)細(xì)比、偏心距及含鋼率對(duì)鋼管再生混泥土偏壓試件力學(xué)性能的影響與普通鋼管混泥土相似。

3)再生粗骨料取代率對(duì)鋼管再生混泥土構(gòu)件整體性能影響不大；鋼管再生混泥土受壓構(gòu)件中核心再生混泥土性能所占比重越大，其N-M相關(guān)曲線的我拐點(diǎn)越明顯，其性能接近于素再生混泥土構(gòu)件；核心再生混泥土強(qiáng)度是影響鋼管再生混泥土軸壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)是最主要因素，在長(zhǎng)細(xì)比相同的情況下，核心再生混泥土強(qiáng)度越高，構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)越小。

②粘接性能

1)在鋼筋銹蝕率較小時(shí)，再生混泥土粘接試件發(fā)生鋼筋拔除破壞；當(dāng)鋼筋銹蝕率超過1.4%時(shí)，粘結(jié)破壞形式轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕炷嗤僚哑茐摹?/p>

2)銹蝕鋼筋與再生混泥土的荷載滑移曲線基本與銹蝕鋼筋與普通混泥土的荷載滑移曲線相似，隨著銹蝕率增大，下降段越陡。

3)再生混泥土與銹蝕鋼筋之間的無量綱化粘結(jié)滑移全曲線的上升段和下降段可分別上升段：下降段

③耐久性能。再生混泥土的氯離子滲透性隨再生粗骨料取代率的增加而增大，并受水灰比的影響較大，其次是礦物摻和料和混泥土齡期；再生混泥土的耐磨性隨著再生粗骨料取代率的增加而變差，但隨著再生粗骨料取代率的增加而變好；再生混泥土的抗炭性受到物理和化學(xué)多重因素的影響，由于再生骨料身品質(zhì)的不同，再生混泥土抗碳化部分隨再生粗骨料取代率增加而變差，部分隨再生粗骨料取代率的增加先變好再變差。

④抗震性能

1)鋼管再生混泥土柱的破壞過程和破壞形態(tài)與鋼管普通混泥土柱相類似，均有屈服——鼓曲——極限——破壞四個(gè)階段，最終破壞時(shí)鋼管再生混泥土柱發(fā)生明顯的塑性變形，外鋼管鼓曲，內(nèi)部核心混泥土壓碎。

2)在混泥土同強(qiáng)度條件下，鋼管再生混泥土柱承載力隨再生粗骨料含量增加有降低趨勢(shì)；另外，試件延性和耗能能力也有隨之降低，但相差不大，鋼管再生混泥土的剛度以及退化趨勢(shì)與鋼管普通混泥土相似。

二、研究現(xiàn)狀總結(jié)及展望

綜合國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的試驗(yàn)研究，可以得出以下一些比較一致的結(jié)論：(1)在鋼管的約束下，再生混泥土的彈性模量、強(qiáng)度、塑性和韌性性能等可得到不同程度的改善；(2)鋼管約束再生混泥土的力學(xué)性能與鋼管約束普通混泥土類似，但數(shù)值上略有下降；(3)鋼管再生混泥土構(gòu)件的破壞模式與鋼管普通混泥土構(gòu)件類似。

為鋼管再生混泥土這種新型構(gòu)件應(yīng)用于實(shí)際工程，促進(jìn)再生混泥土在土木建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和發(fā)展，為廢棄混泥土資源化提供一條更為有效的途徑。重點(diǎn)研究鋼管再生混泥土構(gòu)件內(nèi)填再生混泥土的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系及構(gòu)件(特別是薄壁構(gòu)件)的抗震性能，對(duì)鋼管再生混泥土構(gòu)件進(jìn)行深一步的理論分析和試驗(yàn)研究。