再生混凝土砌块砌体力学性能试验.pdf

第 3 1卷第 3 期 2 0 1 4年 9月 建 筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 3 1 Se pt NO 3 2 O1 4 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 5 2 0 6 0 再 生混凝 土砌 块砌体 力学性 能试验 朱丽华 ， 戴 军 ， 白国良 ( 西安建筑科技大学 土木工程学院 ， 陕西 ，张锋剑 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘 要 ： 通过 对再 生混凝 土砌 块砌 体 的抗 压 强度 和 抗 剪 强度 试 验 ， 探 讨 了砌 体 的破 坏 过 程和 破 坏 形 态 ， 并 根据 试验 结果 分析 了再 生混凝 土砌 块砌体 强 度 与砌 块 强度 和砂 浆强 度 的 关 系。基 于试验 数 据计算了再生混凝土砌块砌体的强度标准值和设计值 。研究结果表明： 再生混凝土砌块砌体与普 通混凝土砌块砌体的力学性能基本一致， 且具有较好的抗压稳定性 ； 普通混凝土砌块砌体的抗压强 度和抗剪强度计算公式适用于再 生混凝土砌块砌体 。 关键 词 ： 再 生混 凝 土砌 块砌 体 ； 力 学性能 ； 抗压 强度 ； 抗 剪强度 中 图分类 号 ： TU3 6 5 文 献标 志码 ： A Ex pe r i me nt o n M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f Re c y c l e d Co n c r e t e Ho l l o w Bl o c k M a s o nr y ZHU Li h u a ，DAI J u n，B AI Gu o l i a n g，ZHANG Fe n g j i a n ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g ，Xi a n U n i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y ，Xi a n 7 1 0 0 5 5，S h a a n x i ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e e x p e r i me n t o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s h e a r s t r e n g t h o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e ho l l o w b l oc k ma s on r y wa s c o nd uc t e d t o i n ve s t i ga t e t he f a i l u r e pr o c e s s a nd f a i l ur e m o d e of t h e ma s on r y Ba s e d o n t h e e xp e r i me n t r e s u l t s， t he r e l a t i o ns be t we e n t he s t r e n gt h of r e c y c l e d c o n c r e t e h o l l o w b l o c k ma s o n r y a n d t h e s t r e n g t h o f b l o c k a n d mo r t a r we r e a n a l y z e d Th e s t a n d a r d v a l u e a n d d e s i g n v a l u e o f s t r e n g t h f o r r e c y c l e d c o n c r e t e h o l l o w b l o c k ma s o n r y we r e c a l c u l a t e d ba s e d on t he e x p e r i me nt da t a The r e s u l t s s h ow t ha t t he me c h a ni c a l p r o pe r t i e s o f r e c y c l e d c on c r e t e ho l l ow bl o c k ma s o nr y a r e b as i c a l l y i n a c c or d a nc e wi t h t ho s e o f t he no r ma l o nea nd t h e q ua l i t y s t a bi l i t y i s s a t i s f a c t or y Th e c a l c u l a t i on f o r m u l a e o f c o m p r e s s i ve s t r e ng t h a nd s h e a r s t r e n g t h o f n o r ma l c o n c r e t e h o l l o w b l o c k ma s o n r y c a n b e a p p l i e d t o t h e r e c y c l e d c o n c r e t e h o l l o w bl o c k ma s on r y Ke y wo r ds ：r e c y c l e d c o nc r e t e h ol l o w bl o c k ma s o nr y；me c ha n i c a l pr o pe r t y；c ompr e s s i v e s t r e ng t h； s h e a r s t r e ng t h 引 将废弃混凝土加工成再生骨料从而生产再生混 凝土是发展绿色混凝土的重要方向 。再生集料长 期服役的积累损伤和破碎时的二次损伤 ， 会造成其 材性退化， 其 中吸水率和压碎指标的上升最为显著。 在满足经济性的条件下 ， 很难同时提高再生混凝土 的工作性能和力学性能 ， 而且再生混凝土强度 的离 散性较大 ， 因此再生混凝土制品的应用范 围受到了 很大制约 。梁 、 柱作为结构主要承重构件， 应保持 较高的可靠性水平 。由于很难 了解再生骨料损伤对 梁 、 柱安全性的时间效应 ， 再生混凝土用于梁、 柱构 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 1 0 基金项 目： “ 十二五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A J 0 4 B 0 1 0 2 ) ； 西安市工业应用技术研 发项 目( C X1 2 1 8 7 一 ) 作者简介 ： 朱丽华( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 江苏溧阳人， 副教授 ， 工学博士 ， E ma i l ： z h u l i h u a x a 1 6 3 c o rn。 盲 目 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 朱丽华， 等 ： 再生混凝土砌块砌体力学性 能试验 5 5 时 山 嘿 砌 块 强度 MP a ( a ) 砌 块 强 度对 抗 压 强度 的 影 响 砂 浆强 度 MP a ( b ) 砂 浆 强 度对 抗 压 强度 的 影 响 0 2 8 A 类 砌 缺 一 I A 类 砌 块 一 二 二 翥 嫠 垂 0240 、 、 、 、 ， ， ， ，一 一 ， _ 22 鐾 l 、 、 - 一 一 一 一 。 暴 02 0l 。 8 二 二 l二-_ 寸 砌 块强 度 MP a ( c ) 砌块强度对抗剪强度的影响 砂 浆 强 度 MPa ( d ) 砂浆强度对抗剪强度的影响 图 4 再生混凝土砌块砌体 强度 与砂 浆和砌块 强度的关 系 Fi g 4 Re l a t i o n s Be t we e n St r e n g t hs o f Re c y c l e d Co nc r e t e H o l l o w Bl o c k M a s o n r y a nd St r e n g t hs o f M or t a r-Bl o c k B类砌 块砌 体抗 压 强度 对砂浆 强 度 的敏 感性 明显 高 于 A， C类砌块砌体 ， 这种现象有别于普通混凝土砌 块砌体。其原 因可能是大掺量再生混凝土骨料制成 的再生混凝土砌块强度较低且不稳定 ， 弱化了砌块 强度对砌体抗压强度 的贡献程度 ， 相对地提高了砂 浆强度对砌体抗压强度的作用。 从图 4 ( c ) 可以看出， 砌块强度对 于再生混凝土 砌块砌体的抗剪强度的影响很小 ， 可以忽略， 这种现 象和普通混凝 土砌块砌体类似 。从 图 4 ( d ) 可以看 出， 再生混凝土砌块砌体的抗剪强度主要受砂浆强 度的影响， 砂浆强度越大， 再生混凝土砌块砌体的抗 剪强度越大 ， 即便在不同砌块强度 的组合下 ， 砌体的 抗剪强度变化幅度基本相 同， 这说 明再生混凝土砌 块砌体抗剪强度对砌块强度的敏感性较弱。 图 5为再生混凝土砌块砌体抗压试验中初裂荷 载和 极 限荷 载 的 关 系 ， 其 中， 尺。为判 定 系数 。从 图 5可 以看 出 ， 初裂 荷载 和极 限 荷载 的相关 性 很 高 ， 随 着初裂荷载的提高 ， 砌体 的极限荷载几乎均匀提高。 也就是说 ， 不管再生 昆 凝土砌块砌体 中砌块强度和 砂浆强度如何 ， 砌体抗压 的初裂荷载和极 限荷载的 比例基本不变 ， 这与普通混凝土砌块砌体一致 9 ， 这 也说明再生混凝土砌块砌体的抗压性能具有较好的 稳定性 ， 可在实际工程中广泛采用。 图 5 抗压试验中初裂荷载和极限荷载的关系 Fi g 5 Re l a t i o n s Be t we e n I n i t i a l Cr a c ki ng Lo a d a n d Ul t i mat e Loa d i n Co mp r e s s i v e Exp e r i me nt 2 2再生 混凝 土砌块 砌体 的 强度计 算 考虑到 c类再 生混凝 土砌块砌体 的强度较低 且离散性较大， 用于重要性较低 的砌体结构更为合 理 。对 于 A， B类 砌块 砌体 ， 有必 要进 一 步研究 其 力 学强 度 的计算 公 式 。上 述 分 析 表 明 ， 再 生混 凝 土 砌 块砌体抗压强度及抗剪强度的发展规律和内在机理 与普通混凝土砌块砌体基本一致 ， 故可采用普通混 凝土砌块砌体 的抗 压强度及抗 剪强度公式进行 计 算 ， 其公式为 f 一是 1 ( 1 +0 0 7 f 2 ) 是 2 ( 1 ) ， 一 是 ( 2) 式中： 厂 ， 厂 ， 分别为砌体抗压强度和抗剪强度计算 值 ； f ， f 2分别为砌块和砂浆 的抗压强度平均值 ； a ， 是 均为不同类型砌体 的块 材形状、 尺寸及砌筑方法 等因素的影响系数 ， 对 于混凝土砌块 ， a 一0 9 ， 忌 一 0 4 6 ； 忌 。 为砂浆强度不 同对砌体抗压强度的影响系 数， 对于混凝土砌块， 当 _ 厂 2 0时 ， 忌 ：1 0 ； 忌 为与 砌体种类有关的系数 ， 对于混凝土砌块 ， 一0 0 6 9 。 考虑到本试验再生混凝土砌块 的尺寸和普通砌 8 8 7 6 5 4 4 3 暑 鼎 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 建筑科 学与工程 学报 2 0 1 4牟 块相同， a 仍取 O 9 ； 将再生混凝土砌块砌体 的强度 试验值进行 回归分析 ， 得出 是 一0 5 3 8 ， 高于规范 中 给出的 0 4 6 ， 文献 1 O 中也有类似的结果 ； k 回归 的取值为 0 0 7 9 7 ， 同样高于规范中给出的 0 0 6 9 。 考 虑再 生混 凝土砌 块 砌 体 强 度 的 离散 性 ， 使 用 规 范 中的参数取值更偏于安全。按式( 1 ) 和式( 2 ) 计算的 结 果如 表 4所示 。 由表 4 可 知 ， 再 生 混凝 土砌 块 砌 体 的抗 压 强 度 表 4 再生混凝土砌 块砌体 的强度试验值和计算值的比较 Ta b 4 Co mp a r i s o n o f Ex pe r i me nt Va l u e s a nd Ca l c ul a t e d Va l u e s o f S t r e ng t h f o r Re c y c l e d Co n c r e t e Ho l l o w Bl o c k Ma s o nr y 抗压试验 抗剪试验 试件组号 抗压强度实测值 MP a 抗压强度计算值 ， m MP a f 抗 剪强度实测值 MP a 抗剪强度计算值 i v ， MP a f mf Al 7 6 1 5 9 6 1 2 8 0 2 4 O 2 O 1 2 3 A2 8 2 4 7 0 3 1 1 7 0 2 8 0 2 4 1 1 7 A3 8 5 7 7 7 8 1 1 O O 3 1 O 2 7 1 1 7 B1 4 5 1 4 O 6 1 1 1 0 1 9 0 1 7 1 1 4 B2 5 1 2 4 4 2 1 1 6 0 2 2 0 2 0 1 0 8 B 3 6 2 1 5 7 6 1 0 8 O 2 7 0 2 4 1 1 3 和抗剪强度实测值均高于规范 中公式的计算值 ， 并 且实测值与计算值的比值集中在 1 1 1 2 ， 这表 明 可以采用普通混凝土砌块砌体的抗压强度及抗剪强 度公式计算再生混凝土砌块砌体相应 的力学强度。 3 再 生混凝土砌块砌体 的强度表达 在砌体结构设计 中， 需要知道材料强度 的标 准 值和设计值 。材料强度 的概率 分布宜采用正态分 布 ， 材料强度标 准值 可按概率分布 0 0 5分位值 确 定 。根据文献 1 1 ， 砌体强度服从正态分布 ， 其抗压 强度标准值 可以按下式计算 一 一1 6 4 5 a f f m ( 1 1 6 4 5 &) ( 3 ) 式 中 为抗压 强度 的标 准差 ； 为抗 压强 度 的变 异 系数 。 由此可见 ， A 类砌 块砌 体 的平 均变 异 系数 为 0 1 ， B类砌块砌体的平均变异系数为 0 2 1 ， 为 了安 全考虑 ， 将再生混凝土砌块砌体抗压强度 的变异系 数 取为0 2 I ， 见表 3 。 材料性能设计值是指材料性能标准值除以材料 性能分项 系数所 得的值。砌体 的强度设计值 厂是 砌体结构构件按承载能力极限状态设计时所采用的 强度代表值 ， 考虑几何参数变异、 计算模式不确定性 等因素对可靠度的影响， 其计算公式为 厂 ： ： = ( 4 ) y 式 中： y f 为砌体结构 的材料性能 分项系数 ， 一般 情 况下宜按施工质量等级为 B级考虑 ， 取 一1 6 E 1 2 。 由于再生混凝土砌块采用高吸水率 、 多孔隙的 再生集料 ， 施工质量不易控制 ， 为保证获得可靠 的强 度设计值 ， 可将 y f 适当提高 ， 取 y 一1 7 。再生混凝 土砌块砌体抗剪强度的标准值和设计值计算公式同 公 式 ( 3 ) ， ( 4 ) ， 抗剪 强度 的变 异 系数取 为 0 1 9 。表 5 为再生混凝土砌块砌体抗压强度与抗剪强度的标准 值及设计值 。 表 5 抗压强度与抗剪强度的标准值及设计值 Ta b 5 S t a nda r d Va l u e s a nd De s i g n Val u e s o f Co mpr e s s i v e S t r e ng t h a nd Sh e a r St r e n g t h 试件 砌块强度 砂浆强度 抗压强度 MP a 抗剪强度 MP a 组号 MP a MP a 标准值 设计值 标准值 设计值 A 1 1 0 5 0 8 0 4 9 8 2 9 3 0 1 3 3 0 07 8 A2 1 0 5 0 1 2 0 5 3 9 3 1 7 O 1 6 3 0 09 6 A3 1 0 5 0 1 4 8 5 6 1 3 3 0 0 1 8 1 0 1 06 B1 7 5 3 6 2 2 9 5 1 7 3 0 1 l 7 0 O6 9 B2 7 5 3 8 0 3 3 5 1 9 7 0 1 3 3 0 07 8 B3 7 5 3 1 2 0 4 0 6 2 3 9 O 1 6 3 0 O9 6 4 结语 ( 1 ) 再 生混 凝 土砌 块 砌 体 在轴 压 下 的破 坏 形态 为砌体窄侧面出现贯通裂缝 而被分割成柱体 ， 最终 压溃破坏 ； 砌体 的受剪破坏为砂浆层被剪坏 ， 为脆性 破 坏 。 ( 2 ) 再生混凝土砌块砌体的抗压强度主要 取决 于砌块强度 ， 同时也受砂浆强度的一定影响 ； 砌体的 抗剪强度随着砂浆强度的提高而增大 ， 这与普通混 凝土砌块砌体基本一致 。 ( 3 ) 再生混凝土砌块砌体抗压试验 中的初裂荷 载和极限荷载存在较高 的相关性 ， 两者之 间的 比值 基本保持不变 ， 使再生混凝土砌块砌体 的抗压性能 具 有较好 的稳 定性 。 ( 4 ) C类再 生 混 凝 土砌 块 砌 体 可 用 于重 要 性 低 的砌体结构； 而普通混凝土砌块砌体 的抗压强度和 抗剪强度计算公式适用于 A类 和 B类再生混凝 土 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 朱丽华， 等 ： 再生混凝土砌块砌体力学性能试验 5 7 砌块砌体 。考虑再生混凝 土砌块砌体 的施工质量 ， 应适 当提高其材料性能分项系数 ； 基于试验数据 ， 本 文中计算 了再生混凝土砌块砌体的强度标准值和设 计值 。 参 考文 献 ： Re f e r e n c e s ： 7 1 刘数华 ， 冷发 光 再 生混 凝 土技术 M 北 京 ： 中国建 筑 工 、I 出 版 社 ， 2 0 0 7 2 3 4 5 6 LI U Shu - h ua， LENG Fa gu a ng Te c hno l o gy o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e C o n c r e t e M B e i j i n g ： C h i n a Ar c h i t e c t u r e& B u i l d i n g Pr e s s ， 2 0 0 7 肖建庄 再 生混 凝 土E M 北 京 ： 中国建 筑工 业 出版 社 ， 2 0 0 8 XI A O J i a n - z h u a n g R e c y c l e d C o n c r e t e M B e ij i n g ： Ch i n a Ar c h i t e c t u r e B u i l d i n g P r e s s ， 2 0 0 8 应 敬伟 ， 肖建庄 再生骨 料取 代率 对再生 混凝 土耐 久 性 的影响 J 建筑科学 与工程学 报 ， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 1 ) ： 5 6 62 Y1 NG J i n g we i XI AO J i a n z h u a n g I n f l u e n c e o f Re c y c l e d Agg r e ga t e Re pl a c e me nt Ra t i o on Du r a bi l i t y of Re c y c l e d A g g r e g a t e C o n c r e t e J J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l En g i n e e r i n g， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 1 ) ： 5 6 6 2 肖建庄 ， 王幸 ， 胡永 忠 ， 等 再生 混凝土 空心 砌块砌 体受压性 能 J 结构工程师 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 3 ) ： 6 8 7 1 ， 1 9 XI A0 J i a n z h u a n g， W ANG Xi n g， HU Yo n g z h o n g， e t a 1 Co m p r e s s i v e Pe r f o r ma n c e o f Co n c r e t e Ho l l o w B l o c k Ma s o n r y wi t h R e c y c l e d Ag g r e g a t e s J S t r u c t ur a l En gi ne e r s， 20 06， 2 2( 3)： 6 8 7 1， 19 郭樟根 ， 孙伟 民， 彭 阳， 等 再 生混凝 土小 型空 心砌 块砌体抗剪性能试 验 J 南京工业大学 学报 ： 自然科 学 版 ， 2 O l O， 3 2 ( 5 )： 1 2 - 1 5 GUO Zh a ng g e n， SUN W e i mi n， PENG Ya ng， e t a 1 S h e a r B e h a v i o r o f S ma l l H o l l o w Bl o c k M a s o n r y wi t h 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 J o u r n a l o f Na n j i n g Uni ve r s i t y of Te c hn ol o gy：Na t u r a l Sc i e nc e Edi t i on， 2 0 1 0， 3 2 ( 5 ) ： 1 2 - 1 5 丁帅 ， 孙伟 民 ， 郭樟 根 ， 等 再生 混凝 土小 型空心 砌 8 9 1 O 1 1 1 2 块砌体基 本 力学性 能 研 究 J 新 型建 筑 材料 ， 2 0 1 0 ( 4 )： 3 8 4 0 DI NG Shu a i ， SUN W e i mi n， GUO Zh a ng - ge n， e t a 1 S t u d y o n t h e F u n d a me n t a l M e c h a n i c a l Be h a v i o r o f R e c y c l e d C o n c r e t e S ma l l Ho l l o w B l o c k Ma s o n r y J Ne w Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 3 8 4 0 白国良， 张锋 剑 ， 安昱 峄 ， 等 再生 混凝土 承重砌 块试 验研究 J 西 安建 筑 科 技 大 学 学报 ： 自然 科 学 版 ， 2 0 1 1 ， 4 3 ( 1 )： 7 - 1 2， 1 7 B AI Gu o l i a n g， ZHANG F e n g - j i a n， AN Yu y i 。 e t a 1 Th e Re s e a r c h o f Re c y c l e d Be a r i n g C o n c r e t e H o l l o w B l o c k s J J o u r n a l o f X i a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e & Te c h n o l o g y ： Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n， 2 0 1 1， 4 3 ( 1 ) ： 7 - 12， 1 7 GB J 1 2 9 9 O ， 砌体基本力学性能试验方法标准E s GB J 1 2 9 9 O， Te s t i n g Me t h o d s o f Ba s i c Me c h a n i c a l P e r f o r ma n c e o f Ma s o n r y S t r u c t u r e s S 施楚贤 砌体结构理论与设计 M 北京： 中国建筑工 业 出版社 ， 2 0 0 3 SHI Ch u - x i a n Th e Th e o r y a n d De s i g n o f M a s o n r y S t r u c t u r e s M B e i j i n g ： C h i n a A r c h i t e c t u r e& B u i l d i ng Pr e s s， 2 0 03 郭樟根 ， 孙伟 民， 彭 阳 ， 等 再生 混凝 土小 型空心 砌 块砌体 受 压 性 能 试 验 研究 J 建 筑 结构 ， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 8 ) ： 1 2 7 1 2 8 ， 9 1 GUO Z h a n g g e n， S UN W e i mi n， P ENG Ya n g， e t a 1 Exp e r i me n t a l St u dy o n t he Compr e s s i on Be h av i or o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e s Co n c r e t e S ma l l Ho l l o w B l o c k Ma s o n r y J B u i l d i n g S t r u c t u r e ， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 8 ) ： 1 2 7 1 28， 91 徐 淑芳 ， 熊仲明 ， 韦俊 砌 体结 构 M 北京 ： 科学 出 版社 ， 2 0 0 4 XU S h u - f a n g， XI ONG Z h o n g rui n g， W EI J u n Ma s o n r y S t r u c t u r e s M B e i j i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 0 0 4 G B 5 0 0 0 3 -2 0 1 1 ， 砌体结构设计 规范 S GB 5 00 03 - 201 1， Cod e f or De s i gn o f M a s o nr y St r u c t u r e s S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m