再生混凝土梁抗弯承载力试验研究.pdf

5 6 低温建筑技术 2 0 1 5年第 3期( 总第 2 0 1期 ) DOI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i , t w j z 2 0 1 5 0 3 0 2 2 再 生混凝土梁抗 弯承载 力试验研 究 肖树炳 ( 广 东省建筑科学研究院 。 广州5 1 0 5 0 0 ) 【 摘要】 对 5根除再生粗骨料取代率不同外 、 其余包括配筋率及混凝土抗压强度均相同的再生混凝土简 支梁进行了抗弯承载力试验， 通过研究分析了再生混凝土受弯构件正截面受力情况及破坏模式。试验结果经过 对比发现， 再生混凝土梁跨中正截面在受力过程中仍具有与普通混凝土梁相似的弹性、 开裂、 屈服和极限阶段， 其 抗弯机理基本相同； 相同条件下 ， 再生混凝土梁的极限承载力随着再生混凝土再生骨料的取代率的增加逐渐减 弱 ， 并且再生混凝土梁后期变形能力好 ， 具有较好 的延性 。 【 关键词】 再生混凝土； 不同取代率； 抗弯承载力； 挠度 【 中图分类号】 T U 3 7 5 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 5 6 0 3 再生混凝土顾名思 义是指将 因拆迁 、 维护 等原 因 而废弃 的混凝土碎块 经过破裂 、 清洗 、 分 级后 ， 再 次作 为骨料部分或全部取代砂石等天然骨料 ( 主要是粗骨 料) ， 再重新按照设计配合 比制成的新混凝土。混凝 土梁作为最基本的结构 承重构件 ， 广泛应 用 于房屋建 筑 、 桥梁建筑等工程结 构 中。再生 混凝 土梁是 采用破 碎后 的混凝 土块作 为 部分 或全 部粗 骨料 浇 筑形 成 的 建筑结构构件 ， 在结构 上它能 否与普通 混凝 土梁构 件 有着相类似的优点 ， 又可以在实际应用中发挥再生骨 料 自身 的轻质与生 态效应 ， 有 着深层次 研究 的意 义和 必要性。本文对 5根不同取代率的再生混凝土梁进行 了抗弯试验 ， 通过分 析发现 了不同再生 骨料 取代率 对 梁承载力 、 裂缝 、 挠度等 的影响 。 1 试验设计 1 1 试验材料 本试验制 作 了除 粗骨 料使 用量 外各 条 件 完全 相 同的 5根 梁 ， 设 计 的 配 合 比为 水 泥 ： 砂 ： 石 ： 水 =1 ： 1 4 6 ： 3 4 ： 0 4 6 。再生粗 骨料来 自某实验 室废 弃 钢筋 混凝 土梁， 经人工破碎 、 筛分得到。其基本性 能见 表 1 。 细骨料 为普 通 中砂 。水 泥 为普 通硅 酸 盐 4 2 5 R 水泥 。保 护层厚 度为 2 5 m m。制作 的再 生混凝 土设计 强度为 C 3 0 。 试件尺 寸 为 长 宽 高 ：1 5 0 0 m m 1 5 0 m m 2 4 0 m m， 支座跨度 1 2 m。梁纵向受拉钢筋采用热轧带 肋 级 ( H R B 3 3 5 ) 钢 筋 ， 箍 筋和架立 筋采用 I 级 p 8光 圆钢筋 。制作过程 中钢筋 绑扎严 格按 照要求 ， 模板制 作符合有关规定 。试验共制作了 5 根梁 ， 编号 为 sx ( X： 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 ) 依次表示再生骨料取代率为 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 的梁。 1 2试验量测 试件 的加载方案采 用三等 分方 案 ， 使用 传感器 测 量荷载 。在压弯荷载施 加过程 中， 如果 出现 了第一 次 裂缝 ， 则取该开裂荷 载前一级 荷载值作 为 实测开 裂荷 载值 ； 如果在进行到规定的荷载持续时间内， 出现了第 一 次裂缝 ， 则取该开裂 荷载前 一级 的荷 载值 与该 开裂 荷载值的算术平均值作为实测开裂荷载值； 如果进行 到规定 的荷载 持续 时间后 出现 了第 一次 裂缝 ， 则 取该 开裂荷 载值作 为实测 开裂荷 载值 。 表 1 粗骨料基本性能 钢筋种类 直径 屈服强 极 限强 性模量 mm N mm I 2 N mm 一 1 0 N mm 一 2 主要试验现象与分析 2 1 试件破坏形态 从开 始加载 到破坏 ， 4根再 生混凝 土梁 在集 中力 作用下 ， 破坏过程基本一 致 ， 在较 小 的荷载作 用下 ， 荷 载和挠度大致呈正 比关 系 ， 构件 及其 内部钢 筋的应 变 肖树炳： 再生混凝土粱抗弯承载力试验研究 5 7 较小 ， 均大致处 于弹性 阶段 。随着荷载 的增加 ， 当达 到 开裂荷载时 ， 在跨 中截面处 梁底 面首先 开始 出现 第一 条竖 向裂缝 ； 当荷 载继 续增加 时 ， 在梁底 面距端 点 2 0 0 4 0 0 m m范围内相继又出现两条裂缝 ； 荷 载不 断增 加 ， 在梁底面距端点 3 0 0 6 0 O m m范围内出现第四、 五 条裂缝 ， 且在前 面出现 的裂缝之 间又 出现新 的裂缝 ， 使 得裂缝密度不断增大 ， 并且每一条裂缝的宽度也在持 续增大 ； 梁底部 的纵 向钢筋 慢慢 达到 屈服 点。当钢 筋 屈服后 ， 随着持续的荷载增加 ， 在加载的前期出现了主 裂缝 ， 并且裂缝均向上一直延伸 ， 挠度突然增大， 裂缝 宽度明显加大， 跨中受压区混凝土被压碎， 梁截面达到 抗弯承载力。从一条条裂缝的分布形式来看， 随着再 生骨料取代率的增加 ， 裂缝的间距逐渐减小 ， 裂缝条数 增多， 破坏时最大裂缝宽度为 4 6 m m， 破坏情况更加 明显 ， 说 明试件 的破 坏均发生 了延性破坏 。 观察整个试验过程可以发现， 普通混凝土梁与再 生混凝土 梁有着 基本相 同 的破 坏过 程和模 式 ， 抗 弯 过 程中都经历了弹性、 开裂、 屈服和极限4个 阶段， 在最 大受力正截面处， 受拉区纵向受力钢筋先屈服， 随后截 面上部受压区混凝土被压碎， 试件梁被破坏。分析处 理试验数 据后 ， 再生混凝 土梁 受弯 时的在 开裂 和极 限 状态下的荷载和弯矩值见表 4 。 2 2 梁钢筋应变分析 根据各试件中最大受力筋上应变片的读数， 可以 作 出如 图 1 一图 3 所示 的荷载 一 应 变 曲线。在荷 载达 到梁 的开裂荷载之前 ， 不 同应变片位置 中， 随着荷载 的 持续增加 ， 钢 筋的应 变呈线性关系增长 ， 但 是在上部受 压 区中间层混 凝土开裂时有一处突变情况 。在加载进 行时， 钢筋应变值突然增大， 是由于截面上的裂缝刚好 穿过应变片所在位置造成的； 截面上裂缝在应变片位 置的旁边出现时， 钢筋应变读数有时反而突然变小 ， 随 后转成线性增长趋势 ， 而且在 开裂前速 度相 比增 长加 快。在压弯荷载加载到后期阶段， 钢筋所受承载力已 使其达到屈服状态 ， 在荷载一定 的情况下 ， 钢筋应变读 数仍迅速增加 ， 直至试件达到极限承载状态。从图中 可以看出， 试验梁中钢筋的应变值随着再生骨料取代 率 的增加而增 大 ， 这 同时也 说 明普 通混凝 土梁 的延性 稍低于再生混凝 土梁 。 表 4 试验梁 的试 验结果 O 5 0 o l 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 应变， 应变 I r e 图1普通混凝土粱荷载一 钢筋应变 曲线 图2 3 O 取代率梁荷载一 钢筋应变曲线 注 ：图1 一 图3 中 _ 距端点2 0 0 ram处截 面；一 距端点4 O O mm处截面 2 3 试件在荷载下 的挠度 曲线分 析 试验梁加载点处挠度 随荷 载 的变化 规律如 图 4一 图 8 。经分析可得出， 再生混凝土梁在压弯过程中总 体上被分为 3个受力阶段 ： 第 1阶段 ， 混凝土开裂前； 第 阶段 ， 受拉 区混凝土开裂后到钢筋屈服； 第 阶 段 ， 钢筋屈服后直 至试 验梁破坏。 第 1阶段 ： 此阶段梁所承受的弯矩比较小， 截面尚 未开裂 ， 构件梁表现为弹性变形， 荷载增长速率几乎保 o 5 0 0 l O O O 1 5 o 0 2 o 0 o 2 5 0 0 应变 It g 图3 5 O 取代率粱荷载一 钢筋应变曲线 持 不变 ， 梁跨 中挠度增 长呈直 线变 化 ， 刚度 不变 ， 表 现 出 良好 的线 弹性 。从 图 4一图 8可见 ， 随着 再生骨 料 取代率的增加， 斜率逐渐有轻微提高 ， 即随着再生骨料 取代率的增加， 再生混凝土梁刚度略有提高。 第 阶段： 当弯矩达到开裂弯矩时， 在梁顶面逐渐 出现一条乃至多 条水平裂 缝 。裂缝 从一 出现之 后 ， 即 沿梁顶面垂直于长轴方 向贯通 ， 此 时裂缝宽度 比较小 。 之后梁的挠度和应变由突变逐渐趋于稳定 ， 但挠度 的 毛I ， 舔椁 I 鞯棹 z 糍稼 5 8 低温建筑技术 2 0 1 5年第 3期( 总第 2 0 1 期 ) 增长速度较第 1 阶段加 快。加载持 续一 段时 间之后 ， 梁挠度 、 钢筋 应变进 一步增 大 ， 裂纹增多且基本 出现在 跨中， 并沿梁高度向下发展 ， 开展速度较缓。可见再生 混凝土梁带裂 缝工作 阶段受力性 能稳定 。 第 阶段 ： 随着 荷载地 不断增加 ， 钢筋应变增 长表 现出了塑性 变形特征 ， 这表 面着梁 内部 的钢 筋 已进入 3 0 2 5 虿 2 0 篓 l 0 5 0 0 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 O 3 5 4 0 挠度 m m 图 3 O 2 5 蚕 2 0 筵 1 O 5 O 屈服 阶段 。荷载一挠度 曲线上有 一个 明显 的拐点 ， 拐 点之后的曲线近似水平发展 ， 梁跨 中挠度急剧增大而 荷载增长比较缓慢。曲线的斜率随着再生骨料取代率 的增加而减小 ， 主要是 由于再生 骨料取 代率 不断增 大 增大原因造成了梁刚度的下降， 挠度增大。荷载继续 增加 ， 裂缝宽度 明显加宽 ， 直至受压区混凝土被压碎 。 0 5 1 O l 5 2 0 2 5 3 0 3 5 40 挠度 r a m 图5 3 0 取代率再生混凝土梁 荷载一 挠度曲线图 挠 厦， mm 挠 厦 mm 图7 7 0 取代率再生混凝土 图8 1 0 0 取代率再生混凝土 梁荷载一 挠度曲线图梁荷载撒曲线图 3结语 本文主要 描述 此次 抗 弯承 载力 试验 各 梁 的开 裂 全过程 ， 记录下试验过 程 中相 关重要数 据及 裂缝开 展 和破坏模式 ， 对 4 根 编号为 Z S一 2 Z S一 5的再生混凝 土梁与一根编 号 为 S一1的普 通 混凝 土梁 进行 对 比。 可 以得 到如下结论 ： ( 1 ) 与普 通 混凝 土梁相 同， 再 生混 凝土 梁正 截 面在受力过程 中仍具有 明显 的弹性 、 开裂 、 屈服 和极 限 阶段 ， 其抗弯机理基本相同。 ( 2 ) 相 同条 件下 ， 随着再 生混 凝 土再生 骨料 的 取代率 的增 加 ， 再 生混凝 土梁的极 限承 载能力状 态逐 渐转 弱 ， 这一 现象在构件梁 的下部受 拉 区混凝 土处表 现得尤 为明显 。 ( 3 ) 再生混凝土梁的抗弯刚度。当荷载水平较 低时， 随着再生骨料取代率的增加 ， 再生混凝土梁的抗 弯刚度略大于普通混 凝土梁 ； 荷载继 续增 大 ， 再 生骨料 取代率高的梁的刚度降低得越多， 导致再生混凝土梁 破坏时的挠度大于普通混凝土梁挠度。 ( 4 ) 再 生混凝 土梁 的裂缝 开展 情况及 开裂模式 基本相似。在同级荷载作用下， 在再生骨料取代率不 3 O 2 5 蚕2 o 巢 1 O 5 O O 1 O 2 0 3 O 40 挠度 mm 图6 5 0 取代率再生混凝土梁 荷载 挠度曲线图 断增加 的情 况下 ， 裂缝 的数量不 断增 多 ， 裂缝 间距也在 逐渐减小 。 ( 5 ) 从 荷载 一挠 度 线 可 以看 出 ， 再生 混凝 土 梁的后期变形能力好 ， 具有较好的延性。 参 考文献 1 肖建庄 ， 兰阳 再 生粗骨料 混凝土梁 抗弯性 能试验研究 【 J 】 特种结构 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 1 )： 9 1 2 2 陈力 再生粗 骨料混凝土梁受弯性 能试 验研究 D ： 广西 ： 广 西大学 ， 2 0 1 3 3 吴瑾 ， 丁东方 ， 杨曦 再生混凝土梁正截 面开裂弯矩分析与试 验研究 J 建筑结构 ， 2 0 1 0， ( 2 ) ： 1 1 2一l l 4 4 李佳彬 ， 肖建庄 ， 孙振平 再 生粗骨料特性及其 对再生混凝 土 性能 的影响 J 建筑材料报 ， 2 0 0 4， 4 ( 7 ) ： 3 9 0 3 9 5 5 李 占印 再 生骨料混凝 土性 能的试验研究 D 西安 ： 西安 建 筑科技大学 ， 2 0 0 3： 1 52 3 6 石宵爽 ， 王清 远， 邱慈长 ， 赵 晓林 不 同再 生骨料取代率 的再 生混凝土性能试验研究 J 四川大学学报( 工程科学版) ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 9 ) ： 1 7 01 7 6 7 G B 5 0 1 5 2 9 2 ， 混凝土结构试验方法标准 S 8 S h e l b u r n e Wa y n e M， De g r o o t D o n J U s e o f w a s t e a n d r e c y c l e d ma t e r i a l s i n h i g h w a y c o n s t r u c t i o n J C i v i l E n g i n e e r i n g P r a c t i c e ， 1 9 9 8 1 3 ( 1 ) ： 5一l 6 收稿 日期 2 0 1 4一l 1 2 4 作者简介 肖树炳 ( 1 9 9 0一) ， 男 ， 广东汕 头人 ， 助理工 程师 从 事专业方 向： 建筑结构工程 。 一 一 一加 一 ， ， 一 一 。 2 珊稼