膨胀剂对钢管再生混凝土柱轴压性能影响的试验研究.pdf

2 0 1 4年第 1 期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUC TS 2 0l 4 No 1 J a n u a r y 膨胀剂对钢管再生混凝土柱轴压性能 影响的试验研究 王振 波 ， 刘 飞 ， 华竹君 ， 孙 青 。 ( 1 南 京工业大学土木工程学院 ， 2 1 1 8 1 6 ； 2 江苏浩森建筑设计有 限公 司， 常州 2 1 3 0 2 2 ； 3 河海大学土木与交通学 院安全与 防灾工程研究所 ， 南京 2 1 0 0 9 8 ) 摘 要 ： 为 了减 少核 心再 生 混 凝 土 的 收 缩 变形 ， 防 止钢 管 与 核 心 再 生 混 凝 土 脱 离 ， 在 再 生混 凝 土 配 合 比 设计 时掺 入 不同掺 量的膨胀剂 。对 6根再生混凝土替代率相 同、 膨胀剂掺 量不同的铜 管再 生混凝土短柱进行 了轴压试验 通过 试验 获得 了试件 的极 限承载能 力、 荷载位移关 系曲线 、 荷 栽与横 向应变及纵向应 变曲线。结果表 明： 掺入适 量的膨胀 剂能提 高铜 管再生混凝 土短柱的轴压极限荷载 ， 但掺量过大反 而会使试件的核心再生混凝强度和轴压极限荷载下降。 关键词 ： 膨胀 剂； 再生混凝 土； 钢管混凝土； 轴心受压 Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o r e d u c e t h e s h r i n k a g e o f t h e c o r e r e c y c l e d c o n c r e t e a n d p r e v e n t t h e p i p e f r o m s e p a r a t i n g wi t h t h e c o r e r e c y c l e d c o n c r e t e d i f f e r e n t a d mi x t u r e a mo u n t s o f t h e e x p a n s i v e a g e n t a r e a d d e d i n t o t h e r e c y c l e d c o n c r e t e T h e a x i a l c o mp r e s s i o n t e s t h a s b e e n d o n e O ll t h e 6 r e c y c l e d c o n c r e t e fi l l e d s t e e l s t u b c o l u mn s w i t h t h e s a me s u b s t i t u t i o n o f t h e c o n c r e t e b u t d i f f e r e n t a d mi x t u r e a mo u n t s o f t h e e x p a n s i v e a g e n t ， a n d t h e u l t i ma t e b e a r i n g c a p a c i t y ， d i s p l a c e me n t 一 1 0 a d c u r 、 ， e ， t h e r e l a t i o n s h i p o f t h e d i s p l a c e me n t wi t h l o n g i t u d i n a l s t r a i n a n d l a t e r a l s t r a i n a r e g o t I t i s c o n c l u d e d t h a t fi g h t a mo u n t o f t h e e x p a n s i v e a g e n t c a l l i n c r e a s e t h e u l t i ma t e l o a d o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e ， b u t i t c a n a l s o r e d u c e t h e r e c y c l e d c o n c r e t e s t r e n g t h a n d u l t i ma t e l o a d i f a d d i n g t o o mu c h e x p a n s i v e a g e n t Ke y wo r d s ： Ex p a n s i v e a g e n t ； Re c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e ； C o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e； A x i a l c o mp r e s s i o n 中图分 类号 ： T U 5 2 8 O 4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 1 4 4 0 3 0前 言 大多数研究表明， 钢管再生混凝土轴压短柱极 限承载能力要低于普通钢管混凝 土 l ， 约低 l 0 ， 除 了再生混凝土较普通混凝土抗压强度低 、 弹性模 量 小 等 原 因之外 ， 最 主要是 因为再 生 混 凝 土收 缩 变 形大。在再生混凝土中掺人膨胀剂能够有效减小再 生 混凝 土 的收缩 变 形 ， 从 而形 成 微干 缩 或者 微 膨胀 的再生 混凝 土 。本文将 从补 偿核 心再 生混凝 土 收缩 变形 的角度对不同膨胀 剂掺量f - 7 _ 的钢管再生混凝 土短 柱进 行 轴压 试 验 ， 研究 不 同掺量 的膨胀 剂 对 于 钢管再生混凝土短柱轴压 力学性能的影响。 1 试验 概 况 1 1 试 件设 计 为 了研 究 不 同膨 胀 剂 掺 量 对 钢 管 再 生 混 凝 土 轴 压性 能 的影 响 ， 本 试验 设计 了 6根再 生 粗 骨料 替 代率相 同的钢管再 生混凝土短柱 ， 其中膨胀剂掺量 O ( 表示膨胀剂质量所 占胶凝材料质量 的比例) 两 根 、 膨胀 剂掺 量 1 0 两根 、 膨胀 剂掺 量 1 8 两根 。 试 件长度 L = 4 9 5 m m， 试件截面外径 D= 1 6 5 mm， 长径比 基金项 目： 住房与城乡建设部科学技 术项 目( 2 0 0 8 一 k l l 1 ) 。 一 4 4 一 L D ： 3 。再生混凝土的强度设计等级为 C 4 0 ， 钢管强 度等级为 Q 2 3 5 。 1 2 配合比设计 再生混凝土 中的再生粗骨料 因 存在空隙率和 吸水率 以及不同来源的集料性能存在离散性等原 因 目前 尚未有研究成果提出一个较为统一的强度 公式作为再生混凝土配合设计的基础。本试验主要 参照 了上 海市 地方 标准 D G T J 0 8 2 0 1 8 2 0 0 7 再生 混凝土应用技术规程 8 1 、 G B T 2 5 1 7 7 -2 0 1 0 混凝土 用再生粗骨料 嗍 等提出的将再生混凝 土的用水量 分为净用水量和附加用水量两部分的配合 比设计 方法 。所谓净用水量【 l 0 1 是指不包括再生集料吸水在 内的混凝土用水量 ； 附加用水量是指再生骨料吸水 至饱和面干状态时所需的用水量 。再生混凝土的强 度设计等级为 C 4 0 ， 再生粗骨料替代率为 5 0 。 试验 所 用配合 比见表 1 。 1 3 试 验方 法 试验在结构试验室 5 0 0 t 长柱试验机上进行 应 变片与应变数据采集测试仪连接完成后 将试件移 至压 力机 上 ， 采用 铅垂 校 正试 件 中心线 与 上下 加 载 王 振波 ， 刘飞 ， 华竹 君 ， 等 膨胀 剂对 钢 管再生 混凝 土柱 轴压 性能 影 响的试 验研究 注 ： 试件编号命名方式 ： 以 R C S F - I O - B为例 ， R C S F表示钢管再生混凝土 ， 1 0表示膨胀剂掺量 ， B表示同组试件中的第二个。 板 中心 线 一 致 。采 用 两端 固接方 式 进 行 试 验 ， 在试 验 机 底 板 与 试 件 下 端 板 接 触 面 以及 试 件 上 端 板 与 压力机顶板接触面处平铺一层细砂 ， 以确保试件在 受压过程中上下两截面处受力均匀 。试件加载方式 采用位移加载 。试件加载前期 的位移加载速度 为 0 3 mm s 。 进入加载后期 ， 试件位移的加载速度适 当 增大为 0 5 1 O mm s 。 每当荷载达到一个级别后适 当 稳载 以便采集数据 ，在荷 载峰值 附近 加载速度缓 慢 并适 当增加采样次数 ， 当试件产生较大变形后 停止试验 。为了测量钢管 中部截面的纵 向应变和环 向应变 ， 在钢管中部对称设置纵向和环向应变片各 4片 。加载装 置 见 1 ( a ) ， 应 变片 布置 见 1 ( b ) 。 _ 一 ( a )加载装置图 ( b )应变片布置 图 图 1 测 点 布 置 及加 载装 置 图 2试 验结 果 与分析 2 1 试验 主要 成果 表 2为主要 实验 结果 。 表 2主要试验结果 由表 2可 以看 出 ：试件 R C S F 一 1 0 一 A 和 RC S F 一 1 0 一 B的 核 心再 生 混 凝 土强 度 和 轴压 极 限荷 载 均 大 于试件 R C S F 一 0 一 A和 R C S F 一 0 一 B的核心再 生混凝 土强度和极限荷载。表 明掺人适量的膨胀剂能够改 善 再 生 混 凝 土 的 强 度 和 轴 压 极 限 荷 载 ：而 试 件 R C S F 一 1 8 一 A 和 R C S F 一 1 8 一 B的核 心再 生混 凝 土抗 压 强 度 和 轴 压 极 限 荷 载 要 低 于 试 件 R C S F 一 0 一 A 和 R C S F 一 0 一 B，表 明膨 胀 剂 掺量 过 大 则 会影 响再 生 混 凝土的强度 。 钢管再生混凝轴压短柱的极 限荷载反 而会下降。 2 2 荷载一 位移关系曲线分析 图 2为 2根钢管再生混凝土短柱和 4根加入膨 胀剂的钢管再生混凝土短柱试件的荷载一 位移 ( P 一 ) 曲线 。由图 2可以看出： 两者的荷载位移 曲线基 本 类 似 ， 主 要 分 为 弹 性 阶 段 、 弹 塑 性 阶 段 和 强 化 阶 段。曲线先呈现近似直线的上升趋势 ， 随后 曲线的 上升速度开始放缓 ， 开始偏离直线而形成过渡 区一 弹塑性阶段 ，在这一阶段 可以看 到膨胀剂 掺量为 1 0 这 一组试件 的极 限荷 载要高于膨胀剂 掺量为 O 这一组试件的极限荷载 ，而膨胀剂掺量为 0 这 一 组 试 件 的极 限 荷 载 要 高 于 膨 胀 剂掺 量 为 l 8 这 一 组试 件 极 限荷 载 ， 主 要原 因是 由 于膨 胀剂 掺 量 为 1 0 的钢管 再生 混凝 土 的核 心再 生混 凝 土 的强度 略 大于不掺膨胀剂 的再生混凝土 而且适量的膨胀剂 也补偿 了再生混凝土部分收缩 ，而膨胀剂 掺量为 l 8 钢管再生? 昆 凝土的膨胀剂掺量过大 导致核心 再生混凝土强度降低。在弹塑性阶段结束后 ， 钢管 进人塑性阶段 ， 荷载位移曲线开始出现缓慢的下降 钢管开始出现局部的鼓 曲， 这表明此时 内部 的再生 混凝土已经被压碎 ， 但是由于外部钢管 的约束 内部 45 2 0 1 4年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 3期 的再生混凝土发生重新分布 ， 荷载位移 曲线下降一 段后 ， 钢管进入强化阶段 ， 钢管的纵 向应力又开始 出现增 长 ，钢管再生混凝土的承载能力 又有 所 回 升， 曲线又呈现出缓慢上升的趋势。 位移 m m 图 2 荷 载一位移 曲线 2 3 荷载应变关系曲线分析 图 3为布置在钢管中部的应变片所测得的纵 向应变和环向应变与轴向荷载 P的关系曲线 。 一 1 0 0 0 2 O 0 0 、 、 z l l 0 0 6 自 一 自 5 0 0 E ( a ) R C S F - 0 - A ， b ) R C S F - 0 - B 、 l l 。 一一-纵 向应 变 一 自 50 0。 、 。 耋 一 一 - 纵 向 应 变 一 自 l 蜘 l o4 自 5 0 d 一20 ( I O 一 1 00 0 0 1 00 0 2 0 u e ( d ) R C S F 一 1 0 一 B 、， I 一 一 纵 向 应 变 一 自 5 0 d du ( e ) R C S F 一 1 8 一 A( f ) R C S F 一 1 8 一 B 图 3荷载一应变曲线 由图 3可知 ，加载开始钢材处于弹性阶段 ， 随 后进入弹塑性阶段 ， 钢管表 面的应变片脱落或者断 裂 ， 所 以曲线的下降段不明显 。掺人膨胀剂 的钢管 4 6 再生 昆 凝 土的环 向应变 比不掺入膨胀剂 的钢管再 生 混 凝土 的环 向应变 发 生 的更早 ， 主要 原 因是 由于 在再 生混凝土 中掺入膨胀剂减少再生混凝土 的收 缩 变 形 ，从 而 形 成 微 干缩 或 者 微 膨 胀 的再 生 混 凝 土 ， 对 钢 管再 生 混凝 土 的核 心混 凝 土起 到 了补偿 收 缩的作用 ， 使得钢管与核心再生混凝之间更早的产 生 相互 作用 。 3结语 ( 1 ) 掺 人适 量 的膨胀 剂 能够 改 善再 生 混凝 土 的 强度 和 钢管 再混 凝 土短 柱 的轴 压极 限荷 载 ： 而膨 胀 剂掺量过大则会影响再生混凝土的强度 反而会使 试件的核心再生混凝强度和轴压极限荷载下降。 ( 2 ) 加 入 膨胀 剂 的钢 管 再生 混 凝 土 与钢 管再 生 混 凝 土 的变 形 性 能 较 为类 似 ， 包 括 弹性 阶段 、 弹 塑 性 阶段 和强化 阶段 ； 而且 加 入膨 胀 剂 的钢 管再 生 混 凝 土短 柱 的钢 管 与 核 心 再 生混 凝 之 间相 互 作 用 的 产 生 要早 于 钢管 再 生混 凝 土 ， 从 而 使 钢管 与 再 生混 凝土能够更好的共同工作。 参 考 文 献 ： 【 1 王振波， 张卫东， 张福瑞 钢骨再 生混凝土轴压短柱试 验研 究 J J 河南科技大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 , 3 2 ( 6 ) 5 6 5 8 2 肖建庄 钢 管约束再生 混凝土轴 压试验研 究【 J 】 建筑结 构 学报 2 0 1 1 ， 3 2 ( 6 ) ： 9 2 9 8 3 1 邱慈长， 王清远 薄壁钢管再生混凝 土轴压试验研 究 J 1 试 验力学， 2 0 1 1 ， 2 6 ( 1 ) ： 8 1 5 1 4 】 陈杰 钢管再生混凝 土短柱轴心受压 力学 性能研究【 D 】 _ 哈 尔滨： 哈尔滨工业大学。 2 0 1 1 【 5 】K o n n o K， S a t o Y， K a k u t a Y ， e t a 1 P r o p e r t y o f R e c y c l e d C o n c r e t e C o l u m n E n c a s e d b y S t e e l T u b e S u b j e c t e d t o A x i a l C o mp r e s s i o n 【 J 1 T r a n s a c t i o n s o f t h e J a p a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 2 ) ： 2 3 1 - 2 3 8 【 6 】 吴中伟 补偿 收缩混凝 土 M 北京： 中 国建筑 工业 出版社 ， 1 97 9 【 7 吴 中伟， 张鸿 直 膨 胀混 凝土 M 北 京 ： 中 国铁 道 出版社 ， 1 9 90 8 】 同济大学 DG T J 0 8 2 0 1 8 2 0 0 7再 生混凝 土应 用技术规程 S 】 北京： 中国建筑 工业 出版社， 2 0 0 7 【 9 中国建筑科 学研 究院 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 1 0 沈大钦 再生骨料混凝 土性能 的研究 D 】 北京 ： 北京交通 大 学 2 0 0 6 收 稿 日期 ： 2 0 1 3 1 1 2 5 作者简介 ： 王振波 ( 1 9 6 0 一 ) ， 男 ， 教授 。 通讯地址 ： 南京浦 口区浦珠南路 3 0号 联系方式 ： 1 5 2 6 1 8 6 7 2 5 1 E -ma i l ：y u we n l i u 81 2 6 c o rn