废砖再生混凝土组合墙体力学性能试验研究.pdf

全国中文核心期刊 杆 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 废砖再生混凝土组合墙傩 力学 生 雒i 式 验研究 赵文兰 ， 李双， 刘立新， 郝彤 ( 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州4 5 0 0 0 1 ) 摘 要： 通过对废砖再生混凝土组合墙体在竖向荷载作用 F 的受力特点、 变形特征、 破坏形态等力学性能试验研究， 分析 广 墙体 在 竖 向荷载作用下的承载能 力， 提 出了单片墙体竖 向承载力的计算公式 ， 为废砖再生混凝土墙体在工程 中的应用提供参考依据。 关键词： 废砖再生混凝土； 组合墙体； 构造柱； 竖向受压； 极限承载力 中图分类号 ： T U 5 0 2 + 6 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 3 0 0 3 Expe r i m e nt a l s t udy on mec h an i c al pr o pe r tie s of r e c yc l e d co nc r e t e c ompo s i wa l l wi t h was t e br i c k Z HA 0 We nl a n， LI S hu a n g， L1 U Li xi n， Ha o ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ， Zh e n g z h o u 4 5 0 0 01 ， He n a n， Ch i n a ) Abs t r a c t ： E p e r i me n t a i r e s e a r c h wa s ma de o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o mp o s i t e wa l l c o mp o s e d b y wa s t e b ric k a n d r e c y c l e d c o n c r e t e u n d e r t h e a c t i o n o f t h e v e rti c a l l o a dTh e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s i n c l u d e f o r c e c h a r a c t e ris t i c s ， d e f o r ma t i o n f e a t u r e s ， f a i l u r e mo d e s a n d S O o n Th i s p a p e r a n a l y z e s t h e v e rti c a l c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e c o mpo s i t e wa l l ， a n d p r o p o s e s f o r mu l a f o r c a l c u l a t i n g v e rti c a l b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e mo n o l i t h i c wall c o mp o s e d wi t h wa s t e b ric k a n d r e c y c l e d c o n c r e t e Th i s ma y p r o v i d e a r e f e r e nc e for t h e a pp l i c a t i o n o f t h e wa s t e b ric k a n d r e c y c l e d c o n c r e t e c o mp o s i t e wa l l i n e n g i ne e rin g Key wor d s ： wa s t e b r i c k r e c y c l e d c o n c r e t e ： c o mp o s i t e wall ： s t r u c t u r a l c o l u mn ； v e rti c a l l o a d； u l t i ma t e b e a rin g c a p a c i t y 0 前言 l 试验方法 随着城市建设不断加快，建筑垃圾的产生量也在不断增 加，如何利用废弃混凝土和废砖等建筑垃圾己 成为各国研究 的热点 。 将废弃混凝土和废砖经过粉碎、 分拣和筛分后， 作为 再生资源加以利用， 可保护环境， 实现资源的可持续利用。目 前，国内外学者和科研人员对再生混凝土材料性能的研究较 多， 而对废砖再生混凝土结构或构件方面的研究较少。 通过对 废砖再生混凝土组合墙体在竖向荷载作用下的受力特点、 变 形特征、 破坏形态等力学性能试验研究， 分析了墙体在竖向荷 载作用下的承载能力，提出了单片墙体竖向承载力的计算公 式， 为废砖再生混凝土墙体在工程中的应用提供参考依据。 基金项 目： 河 南省新型墙体材料 项 基金 ( 豫 建强 2 0 1 0 1 9 ) 投稿 日期： 2 0 I 2 - 0 1 1 7 作者简介 ： 赵 文兰 ， 女 ， 1 9 6 8年 生， 河南宁陵人 ， 博 士 ， 副教授 ， 主要从 事混凝 j 砌块结构方面 的研 究。地址 ： 河南省郑州市科学大道 1 0 0 。 3 0 新型建筑材料 2 0 1 2 6 1 1 试件概述 水泥： P C 3 2 5 复合硅酸盐水泥。细骨料： 土木工程学院建 筑材料试验室废弃的混凝土， 采用小型锷式破碎机进行破碎， 筛选直径5 m m以下的骨料。 粗骨料： 土木工程学院实训基地 废弃的砖混结构拆除后回收的建筑垃圾， 经过破碎、 分拣， 粒 径范围5 7 5 m m 。 废砖再生混凝土的组成性能为： 水灰比0 7 ， 砂率4 5 ， 水 1 8 5 k g m ， 水泥 2 6 4 k g ， 细骨料( 废混凝上) 6 2 4 k g ， 粗骨料( 废砖) 7 6 2 k g 。墙体为废砖再生混凝土组合墙体， 编号为W一 1 和W一 2 ， 墙体尺寸均为2 0 0 0 m m x 2 2 4 0 m m ； 木梁 及构造柱采用普通混凝土，截面尺寸为 1 8 0 m m x l S 0 m m ， 配 置4 C 1 2 钢筋； 测得木梁和柱、 墙板的立方体试块的抗压强度 平均值分别为2 0 8 5 M P a 、 1 0 2 6 M P a 。 1 2 测试 内容及仪表布置 仪表布置见图1 ，测试内容为废砖再生混凝土组合墙体 在轴心压力作用下的位移和墙体各点应变；分析墙体的破坏 特征、 应力应变关系。 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 赵文兰， 等： 废砖再生混凝土组合墙体力学性能试验研究 ( a) ( b ) 图 6 墙体的裂缝 从图5 、图6 可以看出，废砖再生混凝土组合墙体的生 产、 施工可以参照普通混凝土组合墙体执行。 2 - 3 受压试验结果 砌体组合墙体内的主拉应力迹线见图7 ，竖向压应力的 分布见图8 。 图 7 组合墙体 的应 力迹线 从图7 、 图8 可以看出， 在竖向均布荷载作用下， 废砖混 凝土组合墙体与砌体组合墙体的特点大致相同。 ( 1 ) 构造柱墙体的主压应力迹线向构造柱方向扩散【3 I ； 试 验结果与其相符， 墙体内水平拉应力均很小； 靠近构造柱与 圈梁的墙体处于双向受压应力状态。 ( 2 ) 墙体顶部、 中部和底部截面上的竖向压应力为上部 大、 下部小， 它沿墙体水平方向是中间大、 两端小， 应力峰值 位于墙体上部跨中处。 ( 3 ) 构造柱水平截面上的竖向应力呈线性分布， 竖向压 应力上部截面小、 下部截面大。 ( 4 ) 组合墙体受压时， 构造柱与圈梁形成“ 弱框架” ， 约束 墙体的横向变形， 从而间接提高了墙体的受压承载力 。 再生 混凝土墙体和构造柱具有良好的整体性能。 2 4 组合墙体的受压承载力 对砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙体的轴心受压承 载力计算， 国内科研人员提出不同的计算方法， 本文采用较 有代表性的由 湖南大学提出的砌体组合墙体的计算方法 5 1 ： v _ t ) 】 ( 1 ) 1 I = l L一 I ( 2 ) 【 b J 式中： 组合墙体的轴向受压承载力， k N ； _ 一组合墙体稳定系数， 可按文献 4 1 2 6 - 2 ， 取 口 = 0 8 5 ； 卵 强度系数； 沿墙长方向构造柱的间距， m ； 6 一沿墙长方向构造柱的宽度， m ； A 废砖再生混凝土墙的截面面积， m m ； A 构造柱的截面面积， m m ； A 受压钢筋的截面面积， m m ； 一 废砖再生混凝土的抗压强度， M P a ； f 构造柱中混凝土的抗压强度， M P a ； 钢筋的抗压强度设计值， M P a 。 图8 组合墙体的应力分布 废砖再生混凝土组合墙体的试验值与理论值见表 1 。 表 1 废砖再生 混凝土组合墙体 的试验值与理论值的 比较 从表 1 可以看出， 采用砌体组合墙体计算方法计算废砖 再生混凝土组合墙体的极限承载力与试验值吻合较好， 再生 3 2 新 型建筑材料 2 0 1 2 6 混凝土组合墙体的极限承载力计算可以参照砌体组合墙体 ( - F转第 4 4页) l一 岫 _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 尹 自立 ， 等： 不 同温度履历与约束程度下混凝土抗裂性的研究 ( 3 ) 降温阶段由于混凝土试件的收缩， 试件受到拉应力 ( 负值) ， 拉应力增长速率在第二零应力之前发展迅速， 在第二 零应力产生的时间左右到达最大值，之后降低并保持在一个 较稳定的值。 同样， 约束度高的试件拉应力发展速率比约束度 低的试件大。 养护时间 h 似， 但其应力绝对值较小。 相同 温度履历下约束度大的混凝土 抗裂性能差， 开裂危险性大。 ( 3 ) 绝热温升温控条件下约束度高的混凝土试件与约束 度低的混凝土试件相比应力发展速率大，降温阶段二者的拉 应力发展速率在到达第二零应力后减小，并维持在某一恒定 值左右。恒温条件下不同约束度下的混凝土应力发展速率均 维持在一个较低的水平，降温阶段约束度高的混凝土拉应力 发展速率大， 但绝对值较小。 参考文献： 1 Me h t a P K D u r a b i l i t y- c ri t i c a l i s s u e s f o r t h e f u t u r e J J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 7 ， J u l y ： 2 7 3 3 图 7 恒温 条件下混凝土应 力发展速率 2 对比图6 和图7 可见， 在恒温条件下混凝土应力发展速 率与绝热温升条件控制下有所不同。 由图2 可知， 由于温度变 化较小， 2 个试件应力发展速率均维持在一个较低的水平。 在 3 降温阶段不同约束度的混凝土试件应力发展速率总体趋势与 绝热温升条件控制下相类似，即在相同龄期下约束度越高的 试件其应力发展速率越大，但绝对值与相同约束条件绝热温 4 升条件控制下试件差距较大。 5 1 3 结论 。 。 ( 1 ) 绝热温升温控条件下的混凝土自由变形量远大于恒 6 温温控条件下的混凝土。 实际工程中以绝热温升混凝土自由变 形量作为指标会过高地评价混凝土的开裂危险性， 偏于安全。 7 ( 2 ) 绝热温升温控条件下约束度高的混凝土试件在早龄 期的开裂风险高， 开裂温度、 开裂时间等开裂指标均比约束度 低的混凝土试件差。 约束度低的混凝土试件应力储备较大， 因 8 】 此， 开裂指标较好， 混凝土抗裂性较好。恒温温控条件下的不 同约束度混凝土试件应力与绝热温升温控条件下发展趋势相 Al v a r e d o A M ， W i t t ma n F H S h r i n k a g e a n d c r a c k i n g o f no r ma l a n d h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e C Ma t e ri a l P r o p e r t i e s a n d De s i g n， Ch i n a Ra i l wa y P u b l i s h i n g Ho u s e， 1 9 9 5： 91 1 1 0 L i a n g G u a n g c h e n g ， X i e Y o u j u n ， J i a n g Z h e n g w u V o l u m e c h a n g e s o f v e r y h i g h p e rf o r ma n c e c e m e n t b a s e d c o mp o s i t e s J Ma g a z i n e o f Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 6， 5 8( 1 0 )： 6 5 7 6 6 3 R S p r i n g e n s c h mi d P r e v e n t i o n o f Th e rm a l Cr a c k i n g i n Co n c r e t e a t E a r l y a g e s M ， E &F N S P O N 1 9 9 8 ： 1 6 R S p r i n g e ns c h mi d T h e rm a l Cr a c k i n g i n Co n c r e t e at Ea r l y a g e s M ， E &F N S P ON， 1 9 9 4 ： 2 8 张士海 ， 覃维祖 ， 张涛， 等 、? 昆 凝土早期抗裂性 能评价单轴约 束试验方法 的进展 J 1 混凝 土与水泥制 品， 2 0 0 2( 3 ) ： 1 3 1 6 Bl o o m R， Be n t u r A F r e e a n d r e s t r a i n e d s h r i nk a g e o f n o r ma l a n d h i g h- s t r e n g t h c o n c r e t e 【 J J AC I Ma t e ri a l s J o u r n a l ， Ma r A p r ， l 9 9 5， 9 2( 2 )： 21 1 2 1 7 Ka d a H， L a c h e m i M De t e r mi n a t i o n o f t h e c o e f f i c i e n t of t h e rm a l e x p a n s i o n of h i g h p e rf o rma n c e c o n c r e t e i n i t i a l s e t t i n g【 J 1 Ma t e r i a l a n d C o n s t r u c t 2 0 0 2 ， 3 5 ： 3 5 4 1 A ( 上 接 第 3 2贞 ) 计算， 再生混凝土组合墙体的设计可参照砌体组合墙体执行。 3 结论 ( 1 ) 墙体在受力过程中截面变化基本符合平截面假定。 ( 2 ) 在轴向 压力作用下， 墙体破坏表现为明显脆性破坏。 ( 3 ) 废砖再生混凝土组合墙体的极限承载力的计算可参 照砌体组合墙的极限承载力计算方法。 ( 4 ) 废砖再生废砖混凝土组合墙体的生产、 设计和施工 可以参照砌体组合墙板执行。 4 4 新型建筑材料 2 0 1 2 6 参考文献 ： 1 肖建庄 ， 李佳彬 ， 兰阳 再生混凝 土研究最新 进展与评述 J j _ 混凝 土 ， 2 0 0 3( 1 0) ： 1 7 -2 0 2 孙恒 军， 周广 强， 程才渊 混 凝土小砌 块配筋砌 体墙 片受压性 能 试验研究【 J 1 山东建筑大学学报 ， 2 0 0 6 ， 2 1 ( 4 ) ： 3 1 7 3 2 0 3 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： 1 9 8 - 2 0 2 4 张立人， 施楚贤 钢筋混凝 土圈梁与构造柱在垂直荷载 作用下承 载力 的实验研究【 J lJ 湘潭矿业学 院学报 ， 1 9 9 3 ， 8( 3 ) ： 6 4 6 8 5 臧人卓 ， 时旭东 ， 赵论 语 钢筋混 凝土复合 墙板轴 向受力性 能试 验研 究 J 1 工业建筑， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 2 ) ： 7 3 7 6 A 叭 0 0 0 c ) c ) 一 弓 斟 皑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m