不同骨料来源再生混凝土常规三轴受压性能研究.pdf

2 0 1 5年 第 2期 (总 第 3 0 4 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 2 0 1 8 不 同骨料来源再生混凝土常规三轴受压性能研究 李军涛 一 ，陈宇 良h。陈宗平 ， 谭秋 虹 ( 1 西安建筑科技大学， 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ； 2 广西大学 a 土木建筑工程学院， b 工程防灾与结构安全教育部重点实验室 ， 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ； 3 广西交通职业技术学院， 广西 南宁 5 3 0 0 2 3 ) 摘要 ： 为了研究三轴应力状态下不同骨料来源再生混凝土的力学性 能， 以再生粗骨料来源、 侧 向围压值为变化参数 ， 设计 l 2 个圆柱体试件进行常规三轴试验研究。 通过试验观察了试件的破坏形态 ， 获取了试件应力 一 应变全过程 曲线及 峰值应力 、 峰值 应变、 弹性模量等特征参数 ， 并深入分析了三轴受压下再生混凝土耗能能力 、 做功 、 延性性能。 研究结果表明： 单轴受压时， 再生 混凝土为纵向劈裂破坏， 三轴受压下， 为斜向剪切破坏 ； 增大侧向围压值 ， 可有效提高再生混凝土的初始刚度 、 峰值应力和峰值应 变 ； 再生粗骨料的来源对再生混凝土的耗能能力 、 延性性能有一定 的影响， 耗能能力、 延性性能随着围压值的增大而提高。 研究 结果为再生混凝土的进一步科学研究和推广应用提供参考 。 关键词： 再生混凝土 ； 粗骨料来源； 三轴受压； 破坏形态； 耗能能力 ； 延性性能 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 6 5 04 E x p e r i me n t a l s t u d y o n me c h a n ic a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n t r i a x i a l c o m p res s i o n L I u n t a o ， CHE N Y u H a n g ， C HE N Zo n g p i n g ， T AN Q i u h o n g ( 1 Xi S n Un i v e r s i t y o fAr c h i t e c tu r e a n d T e c h n o l o g y ， Xi a n 7 1 0 0 5 5， C h i n a； 2 a Co l l e g e o fC i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， b Ke y L a b o r a t o r y o f Di s a s t e r P r e v e n ti o n a n d S t r u c t u r a l S a f e ty o f Mi n i s t r y o f Ed u c a ti o n ， Gu ang x i Un i v e r s i t y ， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4 C h i n a ； 3 G u a n g x i t r a ffic V o c a ti o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e me c h a ni c al be ha vi o r s o f r e c y c l e d c o a r s e ： a g g r e g a t e c o n c r e t e un d e r t r ia x i a l c o mp r e s s i o n， 1 2 c y l i n d e r s p e c i me n s w e r e d e s i g n e d f o r c o n v e n t i o n a l t r i a x i a l t e s t ， a n d t w o p a r a me t e r s a r e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n a s th e ma j o r p a r a me t e r s i n th e t e s t ， wh i c h i s t h e r e c y c l e d c oa r s e a g g r e g a t e s o u r c e s a n d l a t e r a l c o n fin e me n t Th e f a i l ure pa t t e rns o f the s p e c i me n s we r e o bs e r v e d， the s t r e s s s tra i n c u r v e ， p e a l (s tr e s s ， p e a k s tr a i n ， e l a s ti c mo d u l u s we r e o b m i n e d T h e e n e r g y d i s s i p a ti o n c a p a c i ty ， wo r k， a n d d u c ti l i ty p e r - f o r ma n c e o f r e c y c l e d c oa r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e we r e a nalyz e d Th e s tud y i n d i c a t e s tha t the f a i l ure pa t t e rn o f r e c yc l e d c o n c r e t e i s ve r t i c al fr a c t u r i n g s u b j e c t t o th e u n i a x i a l c o m p r e s s i o n ， w h e r e a s u n d e r t r i a x i a l c o m p r e s s i o n th e f a i l ure p a e r n i s o b l i q u e s h e ar f a i l ure ； I n c r e a s e th e l a t e r a l c o n f i n e me n t c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v e the i n i t i a l s tif f n e s s， the p e ak s tre s s a n d pe a k s t r a i n o f r e c y c l e d c o n c r e t e； The s o u r c e 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 h a s a c e r t a i n i n f l u e n c e t o e n e r g y d i s s i p a t i o n a n d d u c ti l i ty p e rfo r ma n c e o f r e c y c l e d c o n c r e t e ； Wi th t h e i n c r e a s e o f l a t e r a l c o n f i ne me n t the e n e r gy d i s s i pa tio n an d d u c ti l i t y p e r f o r ma n c e i mp r o v e s i g n i f i c an t l y The r e s e arc h wo ul d b e h e l p f u l f o r f u r t h e r r e s e arc h an d p r o v i d e r e f e r e n c e fo r a p p l i c a tio n o n r e c y c l e d c o n c r e t e Ke y wor ds： r e c y c l e d c o n c r e t e； c o a r s e a g g r e g a t e s o urc e s； t r ia x i al c o mp r e s s i o n； f a i l u r e p a t t e r n； e ne r g y d i s s i p a t i o n； d u c t i l i t y p e rfo r m anCe 0 引言 再生混 凝土 ( r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e ， 简称 R A C) 是指将废弃混凝土经破 碎 、 清洗与分级得 到再生粗 骨料 ， 部分或全部代替砂石等天然骨料 配制而成 的新拌混 凝土 。 再生混凝土不仅可 以实现建筑垃圾 的回收 、 利用 ， 而 且可以保护生态环境 ， 节约土地 资源 ， 促 进资源 的循 环利 用 。 近年来 ， 世界各 国都 十分 重视再 生混凝土 的研 究与应 用 。 肖建庄 - 2 1 、 T o p c u I B 、 刘数 华 J 、 M E t x e b e r r i a 、 Ac h t e mi c h u k 、陈宗平 圳 、 寇 世聪 、 朋 改非 等 国内 外学者对再生混凝土的基本力学性能进行 了研究 ， 并深入 分析 了取代率 、 再生粗骨 料规格 、 原生混凝土强 度 以等参 数对再生混凝土力学性 能的影 响。 A K P a d m i n i 研究 了 再生骨料来源 的混凝土 ( 简称原生混凝土 ) 对再生混凝 土 的受力性能影 响， 研究发 现在相 同配合 比下 ， 原生混凝 土 强度越高 ， 生产 的再 生混凝土强度也越 高 ， 但 不是线性 关 系。 现有对于不同的骨料来源对再生混凝土在三轴受力 下 性能 的研究 尚未见 报道 ， 因此 ， 开展相关试验研 究及理论 分析 ， 重点研究不同骨料来源和侧 向围压值对再生? 昆 凝 土 复杂受力状态下 的性能影响。 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 - 2 1 基金 项 目 ： 国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 6 8 0 0 4) ； 八桂学 者 建设工程专项经 费资助项 目； 广西科技攻关项 目( 桂 科攻 1 2 1 1 8 0 2 33 )； 广西 自然科学 基金项 目( 2 O 1 2 G x Ns F A A 0 5 3 2 0 3 ) ； 广西理工科学实验 中心重点项 目资助 ( L G Z X 2 0 1 1 0 2 ) 6 5 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 过程 的轴向荷载 一 位移数值 ， 按式( 1 ) 进行转换 ： = 了A I ( 1 ) 1 ； 占 了 J 式中 ： 试件的轴 向荷载 ； A试件的横截面面积 ； Z 试件 的轴向压缩变形值 ； z 试件高度 。 根据式( 1 ) 得到不同围压值下再生混凝土的轴向应 力 一 应变全过程曲线 ， 如图 3所示。 l 2 O 1 0 0 8 0 星6 o b 加 2 0 0 5 l O 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 1 0 ( a ) 服役5 O 年再生 混凝 土 s 10 ( b ) 服役 1 5 年再 生混凝 土 图 3 应力 一应变全过程曲线 由图 3可见 ， 再生混凝土的轴 向应力 一 应变 曲线随侧 向围压值 的变化发生 了显著 的变化， 单轴荷载作用下 ( = 0 ) ， 应力 一 应变全过程 曲线 的峰值应力 、 峰值应变 、 初始弹性模量均 比三轴受压的试件小 ， 并且达到峰值应力 后 ， 强度急剧下 降， 下降段 曲线 陡峭。 当侧 向围压值 不为 零 ， 再生混凝土的初始弹性刚度 、 峰值应力 、 峰值应变随着 侧向压值的增大而增大； 与单轴受压不同， 三轴受压下应 力 一应变全过程曲线达到峰值点后 ， 下降段曲线下降变得 平缓 ， 且围压值越大 ， 峰值点后 的曲线越平缓 ， 呈现 出良好 的延性性能 。 3性 能分析 3 1能量耗散 再生混凝土三轴受压破坏过程是 能量耗散 的过程 ， 随 着竖 向荷载增大 ， 能量 逐渐积 累， 当能量 积累到一 定的程 度 ， 就会以热能 的形 式释放能量 ， 表 现为再生混凝 土 的开 裂 ， 最终因再生粗骨料与胶凝体结合 面的劈 裂或粗 骨料被 剪断破坏。 以再生混凝土应力 一 应变全过程 曲线为研究对 象， 取应力 一 应变曲线所包围面积与峰值应力和最大应变 所包 围的矩形面积 的比值作为耗能系数 。 。 h 。 = ( 2 A ) 。 = ( ) U 式 中： 0 B D E 峰 值 应 力 下 降 到 8 5 时 对 应 点 ( 3 MP a ) 或终点 ( 6 MP a ) 的应力 一 应 变曲线与坐标轴包围面积 ； 0AcE过 峰值点 和极限应 变点 的矩 形所 包 围的 面积 ， 如图 4所示。 A O 图4 耗能系数计算示意图 表 2给出了两种不 同骨料来 源再生混凝土 的耗 能系 数 ， 由表可见 ， 两种骨料来源再生混凝 土的耗能 系数 均随 侧向围压的增 大而增大 ， 说 明增 大围压值可有效提高再生 混凝土的耗能能力 。 相 同围压下 ， 服役 5 0年再 生混凝土的 耗能系数 总体 比服 役 1 5年再 生 混凝 土 小 ， 平 均 比值 为 0 9 6 3 ， 可见 ， 服役 1 5年再生混凝 土的耗 能能力 比服役 5 O 年 的大。 表 2 耗能系数 3 2 功 能 利用做功反应再生混凝土受力破坏过程 ， 引入以下计 算公式 ： = F = A s 一 =A 。 f， ( ) d o - ( 3 ) 式 中： w再生混凝土破坏时所做的功 ； L 试件 的纵向变形值 ； A 。 试件的截面面积； 一 应力 一 应变曲线所包围的面积。 计算结果如表 3 所示。 表 3 做 功 系数 表 3为再生 混凝土 三轴受 压破 坏时所 需要做 的功 ， 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 由表可见， 侧 向围压值 的越 大， 再 生混 凝 土破 坏 时 所做 的功越大 ； 除围压值为 0 、 9 MP a 时 ， 服役 5 0年再生混凝土 的功 比服役 1 5年再 生 昆 凝土小 ， 其 他围压下 ， 服役 5 0年 再生混凝 土 破坏 时 所 做 的 功均 比服 役 l 5年 再 生 混凝 土大 ， 波动幅值在 9 1 6 1 1 5 6 之 间， 两者的平均 比值约 为 1 0 5 。 3 3延 性 性 能 引入延性系数 ， 反映再生混凝土的变形能力 ： = B u ( 4 ) 式中： 再生混凝土取峰值应力下降到 8 5 ( 侧向围 压 O - 6 MP a ) 或破坏时对应点的应变值 ； s 再生混凝土屈服时的应变值 。 表 4为三轴受压再生混凝 土的延性系数 ， 由表可见 ， 再生混凝 土 的延性 系 数总 体 随侧 向 围压 的增大 呈 增大 的趋势 ， 围压值 为 0 、 3 MP a时， 服役 5 O年再 生混凝 土 的 延性系数分别 比服役 1 5年再 生混凝 土大 1 1 9 、 1 2 9 ， 围压值为 6 、 9 、 1 2 、 1 5 MP a时 ， 服役 5 0年再 生混 凝 土 的 延性系数分 别 比服役 1 5年再生 混凝 土小 3 1 、 3 9 0 、 4 4 4 、 7 4 ， 可见服役年限的混凝土越高其再生混凝 土的 延性越差 。 表 4 延 性 系数 4 结 论 通过 1 2个再生混凝土试件 的常规三轴试 验 ， 得到 了 以下主要结论 ： ( 1 ) 再生粗骨料来源对再生混凝土的破坏形态影响不 大 ； 再生混凝土的破 坏形态随 围压值 的不同而发生变 化 ， 无侧向围压值 的试件表现为纵向劈裂破坏 ； 而有侧向围压 时 ， 试件表现为斜向剪切破坏 ， 斜裂缝 与水平 方 向夹 角在 5 5 。 - 6 5 。 间变化 ， 随着 围压值 的增大 ， 斜裂缝与水平方 向的 夹角呈减小趋势。 ( 2 ) 随着侧 向围压值 的变 化 ， 再 生混 凝 土 的纵 向应 ) 一 应变曲线 发生 了显著 的变化 ， 随着侧 向 围压值 的增 上接第 6 4页 E 4 3吴刚， 尚建丽 助磨剂对钢渣胶凝活性影响的试验研究 J 非 金属矿 ， 2 0 1 3 ， 3 6 ( 1 ) ： 3 0 3 2 E 5 冯香花 ， 李东旭 ， 苗琛， 等 助磨剂对钢渣细度和活性的影响 J 硅酸盐学报， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 7 ) ： 1 1 6 0 1 1 6 6 6 李义凯， 刘福田， 周宗辉 冈 渣微粉改性及其助磨剂试验 J 济 南大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 4 ) ： 3 3 1 3 3 3 7 宋志学 ， 李倩， 牛丽洁， 等l 冈 渣矿渣体系复合助磨剂的研究 J 6 8 加 ， 试件的初始弹性刚度 、 峰值 应力、 峰值应变逐渐 增大 ， 且侧 向围压值越大 ， 三轴受压下应力 一应变全过程 曲线达 到峰值点后 ， 下降段 曲线下 降越平缓。 ( 3 ) 服役 5 0年再生混凝土 比服役 1 5年再生混凝土 的 耗能能力和延性性 能差 ， 服役 5 0年再生混凝 土破 坏时所 做的功平均 比服役 1 5年再生混凝土大 5 。 ( 4 ) 增 大侧向围压值能有效提高再生混凝土 的耗能能 力及延性性能 。 参考文献： 1 肖建庄 再生混凝土 M 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 1- 2 肖建庄， 杜江涛 不同再生粗集料单轴受压应力一 应变全曲线 J 建筑材料学报， 2 0 0 8 ， l 1 ( 1 ) ： 1 1 l 一1 1 5 1- 3 T O P C U I B， S E N G E L S P r o p e r t i e s o f c o n c r e t e s p r o d u c e d w i t h w a s t e c o n c r e a g g r e g a t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 8 ) ： 1 3 0 7 1 3 1 2 4 刘数华 ， 冷发光 再生混凝土技术 M 北京 ： 中国建材工业 出 版社 ， 2 0 0 7 5 E T X E B E R R I A M， V A Z Q U E Z E， MA R l A， B A R R A M I n f l u e n c e o f a mo un t o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o n p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 5 ) ： 7 3 5 7 4 2 1- 6 A C H T E MI C H U K S ， H U B B A R D J T h e u t i l i z a t i o n o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e t o p r o d u c e c o n uo B e d l o w s t r e n g t h ma t e ria l s w i t h o u t u s i n g P o r t l a n d c e me n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 9， 3 1 ( 8 )： 5 6 45 6 9 7 陈宗平 ， 张土前， 王妮 钢管再生混凝土轴压短柱受力性能的 试验与理论分析 J 工程力学 ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 4 ) ： 1 0 71 1 4 8 陈宗平 ， 徐金俊 ， 郑华海 再生混凝土基本力学性能试验及应 力 一 应变本构关系 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 4 3 2 1- 9 寇世聪 ， 潘智生 不同强度混凝土制造的再生骨料对高性 能混 凝土力学性能的影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 1 ) ： 7 1 1 1 O J 改非， 黄艳竹 ， 张九峰 骨料缺陷对再生混凝土力学性能的 影响 J 建筑材料学报， 2 0 1 2 ， 1 5 ( 1 ) ： 8 0 8 4 1 1 P A D MI N I A K， R A MA MU R T H Y K， MA T H E WS M s I n fl u e n c e o f pare n t c o n c r e t e o n the p r o p e rti es of r e c y c l e d a g g r e ga t e c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 2 9 8 3 6 作者简介： 李 军涛 ( 1 9 7 9一) ， 男， 主要从 事再 生混凝土结构 的 研究。 联 系地 址 联 系 电话 厂 西 南亍 市大 学东 路 1 0 0号 厂 西大 学土 木学 院 ( 5 3 0 0 04) 1 3 8 7 8 8 0 6 0 4 8 粉煤灰综合利用 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 3 6 3 8 作 者简 介 联 系地 址 ： 联 系 电话 ： 林茂松( 1 9 8 6一 ) ， 男 ， 工程师 ， 主要从事固体废弃物资 源化利用和绿色建材评价方向。 上海市申富路 5 6 8 号( 2 0 0 0 3 2 ) 02 15 4 83 1 42 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m