再生混凝土工程应用及性能监测研究.pdf

2 0 1 5年第 8期 8 月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C 0NCR E T E AND C E MEN T P RODU CT S 2 01 5 No 8 Aug us t 再生混凝土工程应用及性能监测研究 谢云飞 一 李智 慧 。 ( 1 上海大学土木系 ， 2 0 0 0 7 8 ； 2 南通航运职业技术学院， 2 2 6 0 1 0 ； 3 广厦建设集团有限责任公司， 杭州 3 1 0 0 1 3 ) 摘要 ： 目前 ， 对再 生混凝土在结构工程 中研 究较 多集中于实验 室试验 ， 在 实际工程 中应用研 究鲜有案例 。 本文 结合具体工程 ， 配制再生混凝土 ， 并将再 生混凝 土应用于工程典型构件 ， 在 3 6 0 d龄 期下进行 长期应 变监测 并与相 似 受力状态的普通混凝土构件对比 ， 以分析再生混凝土的受力性能。 关 键 词 ： 再 生混 凝 土 ； 配合 比 ： 应 变监 测 Ab s t r a c t ：N o wa d a y s ， t h e r e s e a r c h o f r e c y c l e d c o n c r e t e a r e mo r e c o n c e n t r a t e d i n t h e l a b o r t o r y t e s t w h e n t h e r e a r e f e w c a s e s i n t h e p r a c t i c a l e n g i n e e ri n g B a s e d o n d e t a i l e d p r o j e c t ， r e c y c l e d c o n c r e t e i s c o n fi g u r e d a n d a p p l i e d i n t y p i c al c o mp o n e n t s i n t h i s p a p e r Du rin g t h e a g e o f 3 6 0 d ， l o n g - t i me s t r a i n mo n i t o rin g i s d o n e a n d the r e s u l t s a r e c o mp a r e d w i t h tho s e o f o r d i n a r y c o n c r e t e w i th s i m i l a r s t a t u s t o gi v e s t r e s s p e ff o r m a n c e a n al y s i s Ke y wo r d s ：R e c y c l e d c o n c r e t e ；Mi x p r o p o r t i o n ；S t r a i n mo n i t o rin g 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5) 0 8 2 0 0 4 0前言 将再生骨料用于全部或部分替 代混凝土原材 料中的天然石子 、 砂制成的混凝土 简称为再生混 凝土 。再生混凝土在市政 、 非承重墙等工程 中得到 广泛应用 ， 取得 了一系列成果 ， 但其在承重结构中 的应用实例很少 。主要原因是对再生混凝土在承重 结构 中的后期力学性能 、 耐久性的监测与试验缺乏 足够 研 究 ， 因此 ， 研 究 再 生混 凝 土 在 工 程 中的 应 用 并开展实体性能监测 ， 与普通混凝土构件或结构对 比， 对实现再生混凝土在工程结构中推广应用具有 重要 的意 义 。 本文在研制再生混凝土配合 比的基础上 ， 将再 生混凝土用于实际工程 ， 并对结构多个部位的各类 型构件进行实体监测 。 与同一工程中受力状态相似 的普通混凝 土构件 ( 下称原生混凝 土构件 ) 进行对 比。 结合 同批浇筑的原生及再生混凝 土构件在试验 室 的力 学 性能 和 耐久 性 能结 果 。 对 再生 混 凝 土性 能 进行研究 。 1 工程概 况 项 目结构为地面三层地下一层 的框架结构。研 究 中选取结构第三层 的梁 、板和柱作为研究对象 ， 对 比在近似荷载条件下再生混凝 土与原生混凝土 基金项 目： 2 0 1 1 年浙江建筑节 能专项资金补助 “ 再生混凝 土 结构 的应 用实践研究” ； 2 0 1 0年浙江省科 技计划项 目 “ 废 弃 混凝 土再生利用产业化关键技术开发” 。 一 2 0一 在工程结构中的长期力学性能 ， 将再生混凝土应用 于结构三层右侧 的 1 4部分 ，其余部位采用普通混 凝 土浇 筑 。在 选 中的原 生与再 生混凝 土构 件 中埋设 混凝土应变计进行应变监测 ， 结合对应试块的相应 实验 ， 对 比分析原再生混凝土在工程结构 中的性能 差异 ， 对再生混凝 土的推广应用提供可行性分析与 合理建 议 。 工程的第三层平面图见 图 1 ，选取进行性能监 测的构件包括梁 、 板和柱 ， 其编号如图 1 所示。工程 布局为轴对称布置 ， 选择的原生与再生混凝土构件 也为轴对称布置 。 ， 图中 N代表原生混凝土 ， R代表 再生 混凝 土 ， 用梁 ( L ) 、 柱 ( Z ) 和 板 ( B) 编 号 。需 说 明 的是 ， N L 一 3和 R L 一 3在本文中不做讨论 。 C ) C 甲 屯 ， 锄 D 虹 9 - I _ _ _ - - m ， - 口 l l， 【 i l I _ 】 - _L I l f N 、 七!= i ( ( 了 Nz 习 L l 必 一 一 J L 一 l 矿 y L -I 一 一 f 7 图 1 结构平面 图及应变监测构件编号 谢云飞 李智慧 再生混凝土工程应用及性能监测研究 2配合 比设计 工程第三层结构 由原生与再生混凝土浇筑 ， 其 中再 生 混 凝 土 用 的粗 骨 料 为 废 弃 混 凝 土 破 碎 后 得 到 的 粒径 5 3 1 5 ram 连 续 级 配 、 含 泥 量 0 4 、 针 片 状颗粒含量 8 、压碎指标为 1 1 3 的再生粗骨料 ， 取代率为 1 0 0 。 再生混凝土与原生混凝土配合 比见表 1 ，为保 证工程质量 ， 均采用商品混凝土。 表 1 混凝 土配合比 k g m 3技术 方案 3 1 力 学性能 检测 混凝土浇筑过程中 。 同时制作试验室检测 的原 生 与再 生混 凝 土试 块 ，以确 定 立方 体 抗 压 强 度 ， 进 行性 能对 比。 3 2 构件应变监测方案 实体构件 的混凝土应变 监测采用埋人构件 的 应变计 ，测试梁 、板和柱在浇筑后 l d 、 3 d 、 7 d 、 2 8 d 、 9 0 d 、 1 8 0 d 、 1 7 0 d和 3 6 0 d的应变值 ，同时记录气温。 根据不 同时间的应变值 ，绘制对应的应变 曲线 ， 对 比原生与再生混凝土构件应变 的变化。 3 3 混凝 土施 工方 案 工 程 中 原生 与再 生 混凝 土均 采 用 商 品混 凝 土 ， 浇筑过程 中采用泵送形式 ， 结构施工 中， 水平方 向 一 部分采用原生混凝土而一部分采用再生混凝土 ， 必须对接缝处进行防水处理。 4试 验 结果及 性 能分 析 4 1 混凝 土 强度 分析 试验室测得原生 与再 生混凝土 2 8 d抗压 强度 分别为 2 9 8 MP a和 2 9 6 MP a ， 配合比相同的 1 0 0 粗 骨 料替代 的再 生混凝 土与原生混凝土 2 8 d抗 压强 度 基 本 相 同 ， 且均 超过 设 计 强 度 2 5 MP a ， 因此 ， 再 生 混凝土强度能满足要求 ； 也说明再生混凝土采用与 普通原生混凝土同样的搅拌与浇筑工艺 ， 能满足质 量要求 。 4 2 实体应变监测结果与分析 通过对三层的梁 、板和柱 3 6 0 d龄期的应变监 测 ， 分 析原 生 与再生 混凝 土 的性 能 。 4 2 1 混凝 土 梁强 度分 析 选取 两 组梁 的梁 底跨 中及梁 顶 混凝 土( N L 一 1 、 N L 一 2与 R L 一 1 、 R L 一 2 ) ， 试验 室 测得 原 生 与再 生混 凝 土 2 8 d抗 压 强 度 分 别 为 2 9 8 MP a和 2 9 6 MP a在 3 6 0 d龄期内的应变发展曲线 ， 见图 2 、 图 3 。 3 0 o 2 0 0 1 0 o 0 1 0 0 2 o o 一 3 o 0 4 0 O 4 0 o 2 0 o b 0 髫一 2 0 0 4 0 o 一6 0 0 0 1 O 2 O 3 O 40 5 O 6 O 7 0 龄期， d ( a ) 6 3 d O 5 0 1 0 o 1 5 0 20 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期， d ( b) 3 6 o d 图 2 第 一组普通 骨料 混凝 土梁 N L 一 1 与再生骨料混凝土梁 R L 一 1 跨中顶面及底面应变平均值随龄期发展图 4 0 0 3 0 0 2 0 0 x 1 0 0 O 一1 0 0 2 0 0 4 o o 3 0 0 2 o o 宝 1 0 0 x 0 倒 一1 0 0 2 0 O 一3 o o 如lo 0 1 O 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 0 龄期， d ( a ) 6 3 d N L - 2跨 中底 部 2 R L - 2跨 中底 部 2 N L - 2跨 中顶 部 3 R L - 2跨 中顶 部 3 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 40 0 龄期， d ( b ) 3 6 0 d 图 3 第二组普通骨料混凝 土梁 NL _ 2与再生骨料混凝土梁 R L 一 2跨中顶面及底面应变平均值随龄期发展图 一 21 2 0 1 5年 第 8期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 3 2期 由图可 知 ， 原 生混凝 土 梁 与再 生 混凝 土梁 应变 监测 变化 曲线 的发展 趋势 一致 ， 主要 有 以下 特点 ： ( 1 ) 梁跨 中底面应变在 2 8 d龄期 内一般表现为 拉应变 ， 且在短期 内( 一般为 7 d ) 拉应变的发展趋势 为先增大后减小， 7 d后拉应变稳定增长 。 ( 2 ) 梁跨 中顶 面应变 的变化趋势类似 ， 在 2 8 d 内一般 表 现为 压应 变 ，在 7 d龄 期 内梁 顶跨 中会 出 现压应变先减小后增大的现象 ，或原来为拉应变 ， 拉应 变 先增 大后减 小 ， 直 至 0后 发展 为压 应变 。 ( 3 ) 对 比可知 ， 原生与再生混凝土梁底跨 中应 变相差不大 ，如 R L 一 1比其对 比普通梁 N L 一 1的跨 中底部拉应变要稍大一些 ， 且两者均超过 了混凝土 的拉应变极限值( 1 0 0 1 0 4 - 1 1 5 1 0 ) 。 表 明两根梁 的底 面均 有 可能 已经开 裂 ， 不 过这 并不 影 响梁 的正 常工作 。原生混凝土与再生混凝土的梁顶跨中压应 变相比， 后者 的应变值要更大一些。因此 ， 在第一组 梁中， 再生骨料混凝土梁表现出来的梁底跨 中和梁 顶跨 中应变都比普通混凝土梁的应变值稍大一些 ， 2 0 0 一 2 0 2- 4 O 菊 一 6 0 氆一 8 0 1 0 0 1 2 O 寸 0 5 0 O -5 0 1 o o 一1 5 0 - 2 0 0 - 2 5 0 5 0 O 一 5 0 一1 o o 髫一 1 5 0 2 o o - 2 5 0 2 2一 分 析 主要 原 因 ， 是 由于再 生 粗骨 料本 身 由于 附着 老 砂 浆 的存 在 ， 使 骨料 本 身 的力学 性 能就 要 劣 于天 然 粗骨料 ， 从而导致相应的再生骨料混凝土的弹性模 量 较 差 ， 抵抗 变形 的能力 较 弱 。然 而二 者 应 变水 平 相当， 可 以认为这一组再生骨料混凝 土梁 的抵抗变 形能力与普通混凝土类似 ， 可以满足工程需求。 4 2 2 混凝 土板 强度分 析 N B 一 1 、 N B 一 2和 R B 一 1 、 R B 一 2中央区域东西 向 和南北 向 3 6 0 d的应变均值见图4 图 6 。 由图 4 图 6可见 ， 两组 对 比试 验板 中 再 生板 和 原 生板 中埋 设 的两 个 方 向共 四支 应 变计 监 测 到 的应变发展趋势是一致的。即： ( 1 ) 在监测初期 ( 7 d龄期以内) ， 四支应变计监 测 到 的 均 为 拉应 变 ， 且 拉 应 变先 增 大 后 减 小 当拉 应 变 减小 至 0后 ， 变 为 压 应 变 ， 且 压 应 变 随龄 期 增 长 而增 大 。 ( 2 )板 的应变计最大拉应变均在第 3 d ， 且最大 值为 1 0 0 1 0 而一般混凝土极 限拉应变为 1 0 0 4 O 2 0 0 翥一 2 0 一 4 0 6 0 8 0 O 1 0 2 O 3 0 4 0 5 O 6 0 7 O O l 0 2 O 3 0 4 O 5 0 6 O 7 0 龄期， d 龄期 d ( a ) 原生板 ( b ) 再生板 图 4 第一组再生与原生板中央东西向及南北 向混凝土应变随时间变化曲线 ( 6 3 d ) 0 1 0 图 5 1 o o 5 0 0 一 5 O 一1 0 0 1 5 0 2 o 0 2 O 3 0 4 O 5 0 6 O 7 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 70 龄期， d 龄期 d ( a ) 原生板 ( b ) 再生板 第二组再生与原生板 中央东西 向及南北 向混凝土应变随时间变化 曲线 ( 6 3 d ) 0 5 O 1 0 o 1 5 0 2 o o 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期， d 1 o 0 5 0 0 一 5 0 一 1 0 0 - 1 5 0 - 2 0 0 0 5 O l 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 o0 3 5 0 4 0 0 龄 期 ， d ( a ) 原生板 ( b ) 再 生板 图 6 第二组再生与原生板 中央东西向及南北向混凝 土应变 随时 间变化 曲线 ( 3 6 0 d ) 谢云飞， 李智慧 再生混凝土工程应用及性能监测研究 1 0 一 1 1 5 x 1 0 。因此监测的最大拉应变未超过极限 应变， 不会拉裂 ， 板是安全的。 ( 3 ) 对 比同组板 ， 板在受相 同荷载条件下 ， 应变 趋势一致 ， 且应变数量级相 同， 证 明再生混凝 土在 板 中应用是可行 的。 4 2 - 3 混凝 土柱 强度 分析 本 项 目 中所 测 得 的 两 组 再 生 骨 料 混 凝 土柱 及 普通商品混凝土柱的总应变随时间变化 曲线如图 7 和 图 8 。 倒 一 O 一 5 0 1 0 0 1 5 0 2 o o 一 2 5 0 3 o 0 3 5 0 4 o o O l o o 一 2 o o 一 3 o o 4 o o 一 5 0 0 6 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 龄期， d ( a ) 6 3 d 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 40 0 龄期， d ( b ) 3 6 0 d 图 7 第一组普通骨料混凝土柱 N Z 一 1与再 生骨料混凝 土柱 R Z 一 1 柱顶及柱底应变随龄期发展 曲线 2 倒 O - 5 0 1 o o -1 5 0 2 0 o - 2 5 0 3 0 o 一 3 5 O 一4 o O O l o o 一2 0 o 一3 0 o I o o 一 5 o o O l O 2 O 3 0 4 0 5 O 6 O 7 0 龄期， d ( a ) 6 3 d 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 O O 2 5 0 3 0 0 3 5 0 40 0 龄期， d 、 ( b ) 3 6 0 d 图 8 第二组普通骨料混凝土柱 N Z 一 2与再 生骨料混凝 土柱 R Z 一 2柱顶及柱底应变随龄期发展 曲线 由图 7和图 8可以看 出以下规律 ： ( 1 ) 两组 对 比柱 中 ， 无论 是 再 生 柱 还 是普 通 柱 其顶部和底部的应变发展规律都是一致的 ， 即都表 现为压应变 ， 且压应变随龄期不断增大。在浇筑初 期 ， 柱 的顶部和底部压应变增长速度很快 ， 但随龄 期不 断增长 ， 压应变虽仍在增大 ， 但增长的速度减 缓 ， 到 1 8 0 d龄期 时， 四根柱的顶部和底部应变都趋 于平缓 。 ( 2 ) 每组对 比柱 中 ： 虽然两种混凝 土柱 顶及柱 底应 变差异较 大 ， 但不难看 出 。 两种混凝土柱的柱 总应变= 柱底应变一 柱顶应变 ， 即柱顶柱底应变 曲线 之差值 ， 是非常接近的。这表明同组对 比柱 中的再 生骨料混凝 土柱与普通混凝 土柱的压应 变水平相 当 ， 因而再生骨料混凝土用于柱构件是可行 的。 5结论 ( 1 )采用 同配合 比设计 、 相同搅拌与浇筑工艺 的再生混凝土与普通混凝土抗压强度相 同， 且均超 过设计强度要求 ， 因此 ， 可以满足工程需要 。 ( 2 ) 原 生 与再 生 混凝 土 梁跨 中应 变 差 异 不 大 ， 因此 ， 可认为再生混凝土抗变形 能力接近于原生混 凝 土 ；原 生 与再 生混 凝 土板 均 主 要表 现 为 压 应变 ， 最大拉应变出现在相 同龄期 ， 均未超过混凝土极 限 拉应变 ， 因此 ， 再生混凝土抗裂性能好 ； 再生与原生 混凝土柱压应变相近 ， 以上可说明再生混凝土应用 于工程 中的典型构件是可行的。 参考文献 ： 1 】肖建庄 再生混凝 土【 M 1 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 8 【 2 中华人 民共和 国国家质量监督检验检疫总局， 中国国家标 准 化管 理委 员会 G B T 2 5 1 7 7 2 0 1 0混 凝 土用 再生 粗 骨 料 S 北京 ： 中国标准 出版社， 2 0 1 1 3 G A B R A R ， C A ME R O N D A 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 a g g r e g a t e f o r u n b o u n d p a v e m e n t c o n s t t r u c t i o n J 1 J o u r n a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 2 ， 2 4 ( 6 ) ： 7 5 4 7 6 4 4 】 A C I C o m m i t t e 5 5 5 R e mo v a l a n d r e u s e o f h a r d e n e d c o n c r e t e J A C I M a t e r i a l J o u r a l ， 2 0 0 2 ， 9 9 ( 3 ) ： 3 0 0 - 3 2 5 5 】S A G O E- C R E N T S I L K K ， B R O WN T T P e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e ma d e wi t h c o mme r c i a l l y p r o d u c e d c o a r s e 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 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 1 ， 3 1 ( 5 ) ： 7 0 7 7 1 2 6 】 杨桂新 ， 吴谨， 叶强 再生粗骨料 钢筋混凝 土梁短期刚度 研 究 J 土木工程学报， 2 0 1 0 ， 4 3 ( 2 ) ： 5 5 6 3 【 7 周静海， 郭凯， 孟 宪宏 ， 等 高掺人量再生骨料混凝 土梁 正截 面受弯性能试验 J 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 8 59 -8 64 【 8 王长青 再 生混凝 土结 构性能研究 最新进展【 J 】 建 筑结构， 2 0 1 4 2 2 ( 1 1 ) ： 6 0 6 6 收稿 日期 ： 2 01 5 0 6 0 3 作者简 介： 谢云飞( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 讲 师。 联 系 电话 ： 1 3 9 1 4 3 7 0 6 o 4 E- ma i l ： s h x i e y u n f e i 1 6 3 c o rn 一 2 3