再生砖骨料混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究.pdf

第 4期 2 0 1 3年 8月 水利水运 工程学报 AN D E EE 】 1 l NG N o 4 Aug 2 01 3 再生砖骨料混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究 王纯合，翟爱良，季昌良，韩 健 ，王成名 ( 山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安2 7 1 0 1 8 ) 摘要 ： 为分析剪跨比、 配筋率等条件相同的情况下， 不同再生砖骨料取代率下再生砖骨料混凝土梁的极限承载 力、 裂缝开展情况、 破坏形态、 破坏规律 的差别 ， 制作 了 5根不同再生砖骨料取代率 ( 0 ， 3 0 ， 5 0 ， 7 0 和 1 0 0 ) 的再生砖骨料混凝土梁， 进行静力加载试验 试验结果表明， 再生砖骨料混凝土梁和普通混凝土梁的裂 缝开展过程和破坏形态大致相同， 均属于典型的剪压破坏； 但再生砖骨料混凝土梁的开裂荷载、 斜裂缝出现时 的荷载和极限荷载均低于普通混凝土梁 当再生砖骨料取代率超过 5 0 时， 再生砖骨料混凝土梁在试验中表现 出了良好的受力性能， 可以应用于工程实践 关 键 词 ： 再生砖骨料； 混凝土梁； 斜截面； 再生砖骨料取代率 中图分类号 ： X 7 9 9 1 ； T U 5 2 8 文献标志码 ： A 文章编号：1 0 0 9 6 4 0 X( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 4 0 0 5 随着我国城市化和新农村建设进程的不断加快 ， 产生了大量的建筑垃圾 ， 既有混凝土梁、 柱、 板 、 剪力墙 等大型块状体垃圾 ， 也有砖混结构等产生 的砖 、 瓦等小型块状垃圾 ， 这些建筑垃圾的不 当闲置不仅 占用了大 量土地 ， 而且还会对河流 、 浅层地表土和地下水资源产生严重的污染 如果能通过一定 的技术和工艺对这 些建筑垃圾进行加工处理、 再生循环利用， 不仅可以解决建筑垃圾处理困难和由此引发的环境污染问题， 同 时也可减少对天然石子的开采 ， 进一步保护生态环境 ， 促进社会 的协调可持续发展 再生砖骨料混凝土是指将废弃的砖经破碎、 清洗及筛分后作为混凝土粗骨料 ， 部分或全部代替天然石子 配制成的新型混凝土 目前我 国对再生砖瓦粗骨料混凝土 的研究 和应用仍处于起步阶段 ， 多家机构和单 位对再生砖骨料混凝土的基本性能做了初步研究 ， 而在结构承重用再生砖骨料混凝土方面尤其是受弯构件 抗剪性能研究方面还未见相关报道 J 本次试验是在前期研究的基础上 ， 研究再生砖骨料混凝土梁 的抗剪 性能 ， 进一步验证把再生砖骨料应用于承重构件的可行性 1 试验设 计 1 1原材料 本次试验选用建筑工地旧房拆除后 的废弃砖 ， 测得其强度可达 MUI O ， 经人工破碎 ， 筛分后得到粒径分 别为 51 0 m m， 1 01 6 m m， 1 6 2 0 mm的再生砖骨料 ， 然后用水冲洗 ， 去除表面附着 的尘土及杂质 ， 并用水 泥浆将其包裹， 进行强化处理 与天然骨料相比， 再生砖骨料具有空隙率较高， 堆积密度、 表观密度较小， 含水 率 、 吸水率较高 ， 压碎指标较高的特点 ， 测试其基本性能 为 ： 堆积密度 1 0 0 8 k g m ， 表观密度 2 4 0 0 k g m。 ， 吸水率 1 4 1 3 ( 裹浆后吸水率为 9 6 4 ) ， 含水率 2 7 5 ， 压碎指标 3 8 ( 天然骨料的基本性能为 ： 堆积密 度 1 5 0 9 k g m ， 表观密度 2 6 7 0 k g m ， 吸水率 0 8 2 ， 含水率 0 7 2 ， 压碎指标 2 0 ) 其他材料分别为 ： 山东泰安鲁润水泥制造有限公司生产 的普通硅酸盐水泥 ， 强度等级 3 2 5 ； 泰安市河产 中砂； 泰安市建材公司生产的碎石， 最大粒径为 2 0 m m， 连续级配 所选用纵筋为 H R B 3 3 5 2 0带肋钢筋， 箍 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 2 0 1 基金项 目： 山东省自然科学基金项目( 2 0 0 9 Z R B 0 1 8 7 9 ) 作者简介： 王纯合( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 山东枣庄人， 硕士研究生， 主要从事工程加固与结构改造研究 E m a i l ： w a n g c h u n h e l 3 0 1 6 3 c o m通信作者： 翟爱良( E m a i l ： z h a i a l s d a u e d u c n ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 王纯合，等： 再生砖骨料混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究 4 1 筋为 H P B 2 3 5 光圆钢筋 对钢筋采样分别进行抗拉试验 ， 实测屈服强度、 极限强度 和弹性模量 在制作各 混凝土梁时 ， 实测再生砖骨料混凝土的抗压强度 材料性能狈 4 试结果见表 1 表 1 材料- 眭能 T a b 1 Ma t e ri a l p r o p e r t i e s 1 2配合 比设计 本试验以 2组具有相同强度等级混凝土的配合 比为基准， 一组为普通混凝土， 一组为再生砖骨料替代率 为 1 0 0 的混凝土 ， 其他各组再生砖骨料混凝土的配合 比按 照各 自的再生砖骨料 的替代率 由上述 2组基准 配合 比计算得出 如要求 L 2梁 的用水量 ， 设普通混凝土梁 L 1的用水量为 ， 再生砖骨料替代率为 1 0 0 的 混凝土梁 L 5的用水量为 ， L 2梁 的再生砖骨料取代率为 3 0 ， 那么 L 2梁的用水量就为( 0 7 W + 0 3 ) ， 其他各种材料依此类推 表 2中的用水量是按再生砖骨料裹浆之后 的吸水率及拌合混凝土时再生砖骨料 的 含水率并结合水泥的用量共同确定的 从表 2可见 ， 随着再生砖骨料取代率的增加 ， 用水量也逐渐增大 ， 这是 由于再生砖骨料表面粗糙 、 孔隙率大 ， 且在破碎过程 中其 内部往往会产生大量的裂纹 ， 因此 与普通混凝土相 比， 再生砖骨料吸水率要大得多 所以用于制备再生砖骨料混凝土 的水可 以看作两部分 ， 一部分为形成水泥 胶凝体的水分 ， 相当于普通混凝土 中的水灰 比的水 ； 另一部分为满足再生砖骨料 的吸水率过高的水 配合 比 设计结果见表 2 表 2 再生砖骨料混凝土配合 比 Ta b 2 Mi x i n g p r o p o r t i o n o f t h e r e c y c l e d b ric k c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e 注 ： 砂率指砂 的质量与粗细骨料 ( 砂 、 石和再生砖骨料) 质量 总和的比值 1 3试 件设 计 试验取表 2中的配合 比各浇筑 1根梁 ， 共 5根 梁的跨度、 截面尺寸 、 剪跨 比、 配筋率均相同 ， 试验时剪跨 比取 2 0 ， 箍筋沿梁全长配置 2 0 0， 配箍率为 0 1 8 9 ， 受拉钢筋为 2 q b 2 0 ， 配筋率为 1 9 5 ， 试件截面尺 寸均为 1 5 0 m mx 2 5 0 mmx 2 1 0 0 m m， 配筋情况如 图 1所示 1 4 加载与测量 试验采用 2点加载 ， 加载位置及测点布置如图 1所示 ， 剪跨 比为 2 0 预先在梁支座和加载点这一 区段 的每个箍筋对称粘贴 2片应变片 ； 在每根受拉钢筋靠近支座附近对称位置及受拉钢筋跨 中处粘贴应变片 ； 在 位于剪跨 区段及跨 中位置的混凝土表面分别粘贴 3片应变片 ， 分别测量每级荷载作用下箍筋应变值、 纵筋应 变值和混凝土应变值， 并记录每根混凝土梁的开裂荷载和极限破坏荷载， 在加载点下方和跨中位置放置百分 表测量每级荷载作用下梁的位移 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 王纯合 ， 等：再生砖骨料混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究 4 3 再生砖骨料混凝土梁的开裂荷载、 斜裂缝 出现荷载 、 极限荷载、 抗剪强度均 比普通混凝土梁低 ， 而破坏时 的斜裂缝平均宽度值均比普通混凝土梁高， 表明再生砖骨料会使混凝土梁的抗剪性能降低 2 3 试验梁的荷载一 跨中挠度曲线 试验梁的荷载一 跨 中挠度曲线如图 3所示 从 5根试验梁 的荷载一 跨中挠度 曲线可见 ， 普通混凝土梁和 再生砖骨料混凝土梁的受力过程都可以分为弹性阶段和非弹性 阶段 再生砖骨料梁 的跨 中挠度随荷载变化 的规律与普通混凝土梁相似 ， 在加载 的前期荷载与跨 中挠度 基本成直线关系 ， 梁处于弹性阶段 随着荷载的增加 ， 荷载与 跨 中挠度曲线逐渐偏 向 轴 ， 说明跨中挠度较荷载变化得更 快 ， 梁进入非弹性阶段 从荷载与跨中挠度曲线还可 以看 出， 普通混凝土梁的抗弯刚度最高 ， 然后是替代率为 7 0 的再生 砖骨料混凝土梁 ， 3 0 替代率的再生砖骨料混凝土梁的抗弯 l 8 0 1 6 0 1 4 0 蚤 1 2 0 蒜 l o 0 柱8 O 6 0 40 2 0 0 刚度最低 ， 这表明随着再生砖骨料替代率的提高 ， 再生砖骨 料混凝土的弹性模量有降低的趋势， 但也与再生砖骨料混凝 土的强度有关 2 4 试验梁的荷载一 箍筋应变 曲线 试验梁的荷载 一 箍筋应变 曲线如图 4所示 ， 其 中应变结 果为箍筋应变 的平均值 从图 4可以看出， 5根梁的箍筋应变 ” 变化趋势相似， 在斜裂缝出现之前， 箍筋的应变很小， 说明 在 兰1 2 0 斜裂缝 出现前主要 由混凝土承受剪力 斜裂缝 出现之后 ， 与 棒 。 之相交 的箍筋应变发生突变 ， 之后 随着荷载的增加箍筋应变 迅速增大 其 中 L 1 0和 L 3 5 0梁 的箍筋应 变变化情况相 3 结 语 ( 1 ) 在配筋情况和混凝土强度等级相同的条件下 ， 再生砖骨料混凝土梁和普通混凝土梁 的破坏形态相 同 ， 均为剪压破坏 ； 破坏过程也相似 ， 分为弹性 阶段和非弹性阶段 ( 2 ) 随着再生砖骨料替代率的提高， 再生砖骨料混凝土梁 的开裂荷载、 斜裂缝出现时的荷载和极限荷载 总体上呈逐渐降低的趋势 ， 其 中 L 2 3 0梁的极限荷载和开裂荷载最低 ， 通过荷载一 跨 中挠度曲线 和荷载一 箍 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 3年 8月 筋应变 曲线可以反映出 L 2 3 0梁的受力性能也最差 ( 3 ) 随着再生砖骨料替代率的提高 ， 再生砖骨料混凝土梁 的斜裂缝宽度也逐渐增大 ( 4 ) 与普通混凝土梁 L 1 0梁相比， 再生砖骨料替代率为 5 0 的 【 3 5 0梁的开裂荷载 、 斜裂缝 出现时的 荷载、 极限荷载分别降低了 1 5 9 ， 1 6 7 和2 6 ， 但总体受力性能良好， 可以应用于工程实践 参考文献： 1 严捍东 ， 陈秀峰废弃黏土砖再生骨料对混凝土性能的影响研究 J 四川 I 建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ，3 5( 5 ) ：1 7 9 - 1 8 2 ( Y A N H a n d o n g ， C HE N X i u f e n g S t u d y o n e f f e c t s o f w a s t e c l a y b ri c k r e c y c l e d a g g r e g a t e o n c o n c r e t e p r o p e r t i e s J S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 5 ) ：1 7 9 1 8 2 ( i n C h i n e s e ) ) 2 季昌良， 翟爱良， 翟文举，等再生砖粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究 J 水利水运工程学报， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 5 9 - 6 4 ( J I C h a n g l i a n g ， Z H A I A i l i a n g ， Z H A I We n - j u ， e t a 1 E x p e r i me n t al s t u d y o n fl e x u r a l p e rf o r m a n c e o f r e c y c l e d b ri c k c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a m J J o u r n a l o f H y d r o S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 5 9 6 4 ( i n C h i n e s e ) ) 3 范小平再生粘土砖骨料混凝土的性能研究 J 福建建材， 2 0 0 6 ， 9 3 ( 3 ) ： 2 7 - 2 8 ( F A N X i a o p i n g S t u d y o n r e c y c l e d c l a y b ri c k a g g r e g a t e p r o p e r t i e s J F u j i a n B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 6 ， 9 3 ( 3 ) ： 2 7 - 2 8 ( i n C h i n e s e ) ) 4 卢建忠， 马嵘“ 体积取代法” 碎砖再生混凝土性能的研究 J 嘉兴学院学报 ， 2 0 0 3 ， 1 5 ( 增刊 1 ) ： 1 1 3 - 1 1 5 ( L U J i a n z h o n g ， MA R o n g E x p e ri me n t a n a l y s i s o n p e r f o rma n c e o f r e c l a i m e d c o n c r e t e w i t h t h e v o l u m e r e p l a c e m e n t m e t h o d J J o u rna l o f J i a x i n g C o l l e g e ， 2 0 0 3 ，1 5 ( S u p p l 1 ) ：1 1 3 1 1 5 ( i n C h i n e s e ) ) 5 X I E L i n g - j u n ， Z H A I A i - l i a n g ， WA N G C h u n h e ， e t a1E x p e ri me n t a l s t u d y o n t h e s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e m a d e o f b ri c k a n d t i l e l J 1 A p p l i e d M e c h a n i c s a n d Ma t e ri a l ， 2 0 1 2 。1 6 6 ( 5 ) ： 1 5 2 1 1 5 2 5 6 谢玲君，翟爱 良， 王晖，等烧结砖瓦再生骨料级配对混凝土力学性能的影响 J 水利与建筑工程学报， 2 0 1 0， 8 ( 6 ) ： 5 2 5 5 ， 8 0 ( X I E L i n g - j u n ， Z H A I A i - l i a n g ， WA N G H u i ， e t a1I m p a c t s o f r e c y c l e d a g gre g a t e gra d a t i o n o f s i n t e r i n g b ri c k s a n d t i l e s o n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e J J o u r n a l o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d A r c h i t e c t u r al E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 0 ， 8 ( 6 ) ： 5 2 - 5 5 ， 8 0 ( i n C h i n e s e ) ) 7 兰阳，肖建庄 ， 李佳彬再生粗骨料混凝土材料与梁抗剪性能研究 J 特种结构， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 - 1 0 ( L A N Y a n g ， XI AO J i a n z h u a n g，L I J i a b i n P r e l i mi n a r y s t u d y o n me c h a n i c al p r o p e rti e s a n d s h e a r b e h a v i o r o f r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e c o n c r e t e l J 1 S p e c i a l S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 1 0 ( i n C h i n e s e ) ) Ex p e r i m e n t a l s t ud i e s o n s h e a r pe r f o r m a nc e o f r e c y c l e d b r i c k c o a r s e a g g r e g a t e c o nc r e t e be a m WANG C h u n h e ，Z HAI Ai l i a n g ，J I C h a n g - l i a n g ，HA N J i a n， WA NG C h e n g mi n g ( W a t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S h a n d o n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ，T a i a n 2 7 1 0 1 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：I n o r de r t o s t u d y t h e d i f f e r e n c e o f t h e u l t i ma t e be a rin g c a pa c i t y， t he d i a g o n a l c r a c k i n g d e v e l o p me n t s i t u a t i o n a n d t h e f r a c t u r e mo r p h o l o g y b e t we e n 5 b e a ms wh i c h h a v e t h e s a me a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，5 r e c y c l e d b r i c k c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a ms ha v i ng d i f f e r e n t r e p l a c e me n t r a t i o s o f t h e r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e a r e ma d e a n d t he s t a t i c l o a d i n g t e s t s o n 5 b e a ms a r e c a r r i e d o u t Th e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e di a g o n a l c r a c k i n g d e v e l o p me n t s i t u a t i o n a n d t he f r a c t u r e mo rpho l o g y o f t he r e c y c l e d b ric k c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e be a m a r e t y p i c a l s h e a r c o mp r e s s i o n f a i l u r e a n d s i mi l a r t o t h e n a t u r al a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a ms ；b u t t h e c r a c k i n g l o a d，t h e l o a d d u ri n g d i a g o n a l c r a c k a n d u l t i ma t e l o a d a r e l o w e r t h a n t h o s e o f t h e n a t u r a l a g gre g a t e c o n c r e t e b e a ms Wh e n t h e r e p l a c e me n t r a t i o o f t h e r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e i s mo r e t h a n 5 0 ，t h e r e c y c l e d b ric k c o a rse a g gre g a t e c o n c r e t e b e a ms s h o w g o o d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s i n t h e c o u r s e o f e x p e rime n t s a nd c a n b e c o ns i d e r e d t o a p p l y t o e n g i n e e ring p r a c t i c e s Ke y wo r ds：r e c y c l e d b ric k c o a r s e a g gr e g a t e； c o n c r e t e b e a m ； d i a g o n a l s e c t i o n；r e p l a c e me n t r a t i o o f r e c y c l e d c o ars e a g gre g a t e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m