再生材料生态混凝土应力-应变关系试验研究.pdf

第 4 0卷第 4期 2 0 1 3年 4月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c hn i q u e De v e l o p me nt Vo 1 40。 No 4 Ap r 2 01 3 再 生材料 生态混凝 土应 力 一应 变 关 系试验 研 究 陈树建 翟爱 良 王纯合 季 昌 良 赵爱华 ( 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 以废 弃砖 骨料 和废弃混凝土骨料混合使用替代 天然 骨料制备 混凝土 ， 即为再 生材料 生态混凝 土。试验研 究 再生砖瓦骨料和再 生混凝土骨料 在不 同替代率条件 下再生材料 生态混凝 土应 力 一应变关 系的变化 规律 ， 提 出再生材料生态混凝土应力 一 应 变曲线 宜采用两段式表达 。 关键词 再生材料生态混凝土 ； 替代率 ； 应 力 一 应变关 系 中图分类号】 T U 5 0 2 6 文献标志码 A 文章编 号】 1 0 0 1 - 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 3 6 0 4 A b s t r a c t Ke y wo r d s S TRES S S TRAI N RELATI oNS HI P oF RECYCLED M ATERI ALS ECOLOGI CAL CONCRETE C h e n S h u j i a n Z h a i A i - l i a n g Wa n g Ch u n - - h e J i Ch a n g - l i a n g Z h a o Ai - h u a Pr e p a ring c o n c r e t e b y u s i n g mi x e d o f wa s t e b r i c k a g g r e g a t e a n d wa s t e c o nc r e t e a g g r e g a t e i n s t e a d o f na t u r a l a g g r e g a t e， whi c h i s c a l l e d r e c y c l e d ma t e r i a l s e c o l o g i c a l c o n c r e t eTh e e x p e rime n t a l s t u dy o n s t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p o f t h e r e c y c l e d ma t e ria l s e c o l o g i c a l c o nc r e t e o f t h e di ffe r e n t r e pl a c e me n t r a t i o， wh i c h s u mma r i z e d t he s t r e s ss t r a i n r e l a t i o ns h i p a pp r o p r i a t e l y u s e s t wo s t a g e s e xp r e s s i o n r e c y c l e d ma t e r i a l s e c o l o g i c a l c o n c r e t e； r e pl a c e me n t r a t i o； s t r e s ss t r a i n r e l a t i o ns h i p 1 概 述 我 国城乡建筑物主要采用混合结构及框架结 构 ， 楼 板 、 梁柱 等构 件 一般 为 钢 筋 混凝 土 ， 而墙 体 大 部分 为砖砌 体 ， 因 而建 筑 物 拆 除会 产 生 大 量 的废 弃 砖和废弃混凝土， 如将废弃砖瓦和废弃混凝土再生 利 用 ， 以再 生砖瓦 骨料 和再 生混凝 土骨 料混 合使用 ， 替 代天 然骨 料制 备混凝 土 ， 这种混 凝 土质量 轻 ， 应 用 范 围广 ， 一 方面可 以解 决大 量砖 瓦废弃 物 、 混 凝土 废 弃 物处 理 困难 和 由此 引发 的对环 境 的负面影 响 等问 题 ， 同时 又节省 了大量 的垃 圾清 运费 用和 处理 费用 ， 另一 方 面可 以减少 对 天 然砂 石 的开 采 ， 保 护 生 态环 境 ， 促 进 社会 的协 调 、 可 持续 发 展 。 因此 称 为 “ 再 生 材料 生态 混凝 土 ” 。 目前 关 于普通 混凝 土和 再生混 凝 土的应 力 一应 变全曲线的研究都取得较高的成绩 ， 而应用再生 收稿 日期 ： 2 0 1 3一 O 1 1 5 作者 简介： 陈树建 ( 1 9 8 8 - ) ， 男 ， 山东新泰人 ， 山东农业大学研究生， 研 究方 向： 工程结构鉴定与加固改造。 3 6 砖瓦 和再 生混凝 土作 为骨 料研 究其应 力 一应变 关 系 的研 究鲜 有文 献报告 。 本 文通过 试验研 究再 生砖 瓦骨 料 和再生 混凝 土 骨 料各 替代率 下 的应力 一应变 关 系和不 同替 代率 对 应力 一应变关系的影响程度并应用 o r i g i n 8对各应 力 一应变关 系进 行 拟合 ， 提 出适 合 再 生 材 料 生态 混 凝 土的应 力 一应变 关 系方 程 ， 为再 生 材 料 生 态 混凝 土 的应用 提供 一些依 据 。 2材料 组成及 试验 设计 2 1 材 料组 成 试 件制 作所 选用 的材 料均 为 山东 省常 用工 程建 设材料 ， 水 泥选 用泰 安 鲁 润 水 泥制 造 有 限 公 司 生产 的 P 0 3 2 5级 复 合 硅 酸 盐 水 泥 ； 混 凝 土 拌 和用 水 为 自来 水公 司 自来水 ； 砂 子为 中粗砂 ； 粗 骨料 完全 由 再生砖瓦骨料和再生混凝土骨料替代。 试验选用建筑工地 临时用房拆 除后 的废弃砖 瓦， 经人工破碎 、 筛分 、 清洗 ， 筛分 的粒径值分别为 51 0 m m、 1 01 6 m m、 1 6 2 0 m m 的骨 料 ， 用 水 冲 洗 的主要 目的是 去 除表面 附着 的尘 土及杂 质 。借鉴 第 4期 陈树 建， 等 ： 再 生材料 生态混凝土应力 一应 变关 系试验研 究 第 4 O卷 从 图 3可看 出 1 ) 再生材料生态混凝土的轴心抗压强度值 比普 通混 凝 土降低 1 5 3 0 ； 2 ) 第 二组 试验 单位体 积 粗 骨料 中 5 0 的再 生 砖 瓦骨料 、 5 0 的再生混凝土骨料 ， 轴心抗压强度达到 最 高 ； 3 ) 三 组试验 的上 升段 和下 降段趋 势基本 一致 ； 4 ) 再 生材料 生态 混 凝 土 的应 力应 变 关 系 图 与普 通混凝土相似， 也是分 为上升段和下降段 ， 但上升段 较 普通 混凝 土斜率 小 ， 下 降段 较普 通混凝 土斜 率大 。 3 2试 验数 据拟 合 取 =8 6 o ， Y= f o ， 以 o f o 和 8 8 0为坐标 的 归一 化应 力 一应变 曲线见 图 4 、 图 5 、 图 6 。 由图 4图 6可见 ， 各应 力 一应 变 曲线 的上 升段 和 下 降段有 明 显 区别 ， 采 用 过 镇 海 教 授 等 提 出 的 适合普通混凝土的方程利用软件 O r i g i n 8进行拟合 ： 当 0 1 时 ， Y =口 +( 3 2 ) +( 82 ) 当 1时 ， Y= b ( 一1 ) + 参 数 。为 无 量 纲 曲 线 初 始 切 线 的 斜 率 ， 反 映 混 凝 土 的初 始 弹 性 模 量 ； b的大 小 与 无 量 纲下 降 段 曲线 下 的 面 积 有 关 。将 试 验 所 得 数 据 ， 利 用 最 小 二 乘 法 进 行 拟 合 ， 得 到各 棱 柱 体 试 件 的 参 数 n和 b 值 见 表 3 。 表 3参 数 a和 b 普通混凝 土 第一组 第二组 第三组 参数 。 相 2 2 0 6 4 3 4 0 3 2 5 6 1 0 3 9 5 3 关系数 R 0 9 9 0 9 9 7 2 0 9 9 6 7 0 9 9 1 2 参数 6 相 4 1 0 8 4 8 6 4 7 8 3 O 4 1 O 8 0 9 9 关 系数 0 9 7 4 5 0 9 8 5 l 0 9 8 5 4 各 组再 生材 料生 态 混 凝 土实 测 应 力 一应变 曲线 与拟 合 曲线 的对 比见 图 4 、 图 5 、 图 6 。 38 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 x =-e o 图 4第 一 组 - 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 8 8 o 图 5 第 二组 =8 ， 8 o 图 6第 三 组 由表 3得 出 ： 1 ) 再生材料生态 混凝土 的 n值 比普 通混凝 土 的小 ， 在 应 力 达 到 峰 值 时 塑 性 变 形 占 全 部 变 形 的 比例 降低 ， 说 明再 生 材 料 混 凝 土 的 脆 性 增 加 ； b值 比普 通 混 凝 土 大 ， 说 明 再 生 材 料 生 态 混 凝 土 延 性 差 ； 2 ) 对于三组试验 ， 随着替代率 的改变 ， o值减小 ， 说 明脆性增 加 ， 5 0 和 7 5 相差 不 大 ； b值逐 渐增 大 ， 说 明延性 逐渐 降低 ， 可 以判 断再 生砖 瓦骨 料对 延性 和 脆性 影 响较大 ； 3 ) 在脆性和延性方面考虑 ， 第一组试 验较好 即 单 位体 积粗 骨 料 中 2 5 的再 生 砖 瓦 骨 料 、 7 5 的再 生混凝 土骨料 。 4 结论 1 ) 再生 材料 生态 混凝 土轴 心抗 压 强 度 要 低 于 普 通混 凝土 的轴 心抗压 强度 ， 脆性 增大 ， 延性 降低 ； 2 ) 再 生 材 料 生 态 混 凝 土 的 应 力 应 变 关 系 图 与 普通混凝 土相似 ， 也是分 为上 升段和下 降段 ， 但 上 升段较 普通混凝 土斜率小 ， 下降段较普通混凝 土斜 率大 ； 3 ) 由于再 生 骨 料 的 特 殊 性 ， 在 对 试 验 数 据 进 行 第 4 0卷 陈树 建 ， 等 ： 再 生材料 生态混凝 土应 力 一应变关 系试验研 究 第 4期 分 析统 计 后 建 议 再 生 材 料 生 态 混 凝 土 应 力 一应 变 曲线表 达 式 用 两 段 式 表 达 ， 结 果 与 试 验 数 据 吻 合 较好 ； 4 ) 综 合废 物充 分利 用 、 轴 心抗 压 强 度 等 因素 ， 单 位体 积粗 骨料 中 5 0 的再 生砖 瓦 骨 料 、 5 0 的再 生 混凝 土骨 料最适 合实 际应 用 。 参考文献 i 邓志恒 等 再 生混 凝土应 力 一应变 全 曲线试验 研究 J 广西 大 学 土木建筑工程学院 混凝土 ， 2 0 0 8 ： 2 2 2 4 2 杜婷 建筑垃圾再生骨料混凝土性能及强化试验研究 D 华 中科 技大学硕士论文 ， 2 0 0 1 ( 1 1 ) 3 过镇 海 钢 筋混 凝 土原 理 和分 析 M 北 京 ： 清华 大 学出 版社 ， 2 01 2： 2 2 2 4 4 肖建庄 再生混凝土 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 5 刘香 等 轻骨料混凝 土应 力应变关 系 的试 验分 析 J 内蒙古 科 技大学 ， 建 筑 与 土 木 工 程 学 院， 内 蒙古 科 技 大 学 学 报 ， 2 0 1 0： 2 772 8 0 6 丁东方 再生混凝 士单轴受压 应力应 变关系 J 低 温建筑技 术 ， 2 0 1 2： 2 52 6 7 谢玲君 ， 翟爱 良 废 弃烧结 砖瓦再 生骨料 混凝土 配制技术 及性 能 研究 D 山东农业大学硕士论 文 ， 2 0 1 0 ( 上 接 第 3 2页 ) 或 收缩 ， 从 而导 致 岩 体 松 散 、 破 碎 或 改 变 其 化 学 成 分 ， 特别是当水 中含有 C O 等气体 时 ， 水 的化学 溶 解 将 向深部 发 展 和 扩 散 ， 使 岩 体 的破 坏 更 为严 重 ， 水 的化 学作 用 有 时 还会 沿 着 断 裂 构 造 向 更 深 的部 位 延 伸 。边坡 岩 体 中地 下 水 的 类 型 主要 为 裂 隙 水 、 溶洞水和孔 隙裂 隙水 ， 在岩体 中构造 断裂破碎 带 、 各 种 结 构 面 和 有 关 “ 缺 陷 ” 是 地 下 水 储 藏 的 场 所 ， 补 给 、 排 泄 和 径 流 的通 道 ， 它 们 的规 模 、 性 质 、 产 状和空间布形 ， 控 制着 地下 水 的赋存 状态 和运 动 规 律 。 地下水 的存 在通 常会 引起 一 些矿 物 与 水发 生 不 利反 应 ， 使 岩 土成分 发生 变化 ， 并 使 岩石 和 岩体 结 构 受 到 破坏 ， 发生 崩解 和泥化 现 象 ， 从 而使 岩 土 的抗 剪 强度 降低 ， 水本 身是赋 存 于摩 擦 面 间的 润滑 介 质 ， 颗 粒 间 或裂 面间 的摩擦 系数 在一 定 的 范 围 内随湿 度 的 增 大 而急剧 下 降 ， 因此 对于 某 些大 型 构造 断 裂 带 、 软 夹 层 面 ， 则 应 该 注 意 到水 作 为 一 种存 在 于 软 弱 面 和 空 隙 问 的 介 质 对 边 坡 岩 体 稳 定 性 所 引 起 的 不 良 影 响 。 3治理 措施 由于水对 边 坡 的 影 响 是 多 方 面 和 多 角 度 的 ， 应 该针对不同的边坡 ， 了解地下水位情况 ， 采取不同的 方 法进 行 加 固 ， 本 着 具 体 问题 具 体 分 析 的 原则 因势 利 导 ， 多 角度 、 多 方 面 的 进 行 分 析 ， 最 终 采 取 最 优 的 方法， 在边坡工程 中往往要求采用多种措施进行综 合 治 理 ， 以排除 不 利 外 因 ( 如 雨 水 入 渗 ) ， 改 善 坡 体 力学条件( 如减载， 支撑等) ， 提高或保持潜在抗滑强 度 ( 如锚 固 、 培 烧 等 ) ， 从 而 确保 坡 体稳 定 ， 对水 的防 治 而 言 ， 主 要是要 作好 地表 水 和地 下 水 的排 水 工作 ， 来 降低或保持地下水位 ， 使边坡土体处 于良好的稳 定 状态 ， 目前应 用广 泛 的排 水 措施 主要 有 渗 沟 、 盲 沟 及斜孔等。 3 1 排 除地 表水 的措施 修建 的地 表排 水建 筑物 按其 分 布 的相 对 位置 可 分 为边 坡 体 内排 水 和边 坡 体 外 排水 ， 边 坡 体 内 的排 水建 筑物 为 了使 降 落 在 边 坡 体 上 的 雨 水 能迅 速 排 走 ， 防止 渗人 边坡 体 内 ， 应 以防 渗 、 汇集 、 快 速 引 出为 原则 。 3 2排 除 地 下 水 的 措 施 治理 地下水 的原 则 是 “ 可 疏 而 不 可堵 ” ， 最 大 程 度 地将 地 下水疏 干 ， 同时在 地 表设 置 引 导沟 渠 ， 把 地 表 水源 引开 ， 减少 地表 水 的下 渗 ， 应 该 根 据水 文 地质 条 件 ， 特别是 滑 面 ( 带 ) 水 的分布类 型 ， 补给来 源 及方 式 ， 合理采用拦截 、 疏干、 引排等措施 ， 达到“ 追踪 寻 源 ， 截断水流， 降低水位 ， 晾干土体 ， 提高岩土抗剪强 度 ， 稳定 滑坡 ” 的 目的 。例 如 ： 采 用 浆 液 注浆 边 坡 岩 体的裂隙中， 可以提高岩体的完整性 ， 并 阻塞地下水 活 动通 道 ， 从 而提 高边坡 的稳 定性 。 参考文献 1 R e i d M E S l o p e i n s t a b i l i t y c a u s e d b y s m a l l v a r i a t i o n s i n h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y J J o u rna l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n me n t a l E n g i n e e ri n g ， 1 9 9 7， 1 2 3 ( 8 )： 7 l 77 2 5 2 Mo h a ma d K K， H a s e n M C a s e s t u d y o f s l o p e f a i l u r e s a t s p i l ma n s i s l a n d J J o u rna l o f Ge o t e c h n i e a l a n d Ge 0 e n v i r 0 n me n t a l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 8 ， 1 2 4( 1 1 ) ： 1 0 9 11 0 9 9 3 彭文祥 岩质边坡稳定性模糊分析及末水 小东江 电站左 岸滑 坡治 理研究 D 长沙 ： 中南大学 ， 2 0 0 4： 4 0 4 牛红梅 瓦屋 山水 电站环库 区移民场地边坡 稳定性 分析 D 成 都 ： 西南 交通大学 ， 2 0 0 8 ： 3 4 3 9