对剥壳再生粗骨料混凝土受弯构件裂缝的研究.pdf

2 0 1 0 年 第 7 期 (总 第 2 4 9 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 1 2 对剥壳再生粗骨料混凝土受弯构件裂缝的研究 钱 大行 ( 洛 阳理工学院 土木工程系 ，河南 洛阳 4 7 1 0 2 3 ) 摘要： 对常用于配制再生混凝土的再生粗骨料进行二次加工， 将其表面黏结的水泥砂浆剥去， 得到了新型的剥壳再生粗骨料， 利用其 所配制的混凝土制作钢筋混凝土受弯构件， 在受弯条件下进行裂缝宽度测试。试验证明： 由于剥壳再生粗骨料性能的改善， 配制的混凝土 具有较好的相关性能， 解决了目前废弃混凝土再生利用存在的技术问题。 关键词： 剥壳；再生骨料；混凝土；受弯构件；裂缝宽度 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文 献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 3 7 0 2 Re s ea r c h of c r a c k on s hu ck r e c yc l e d c oar s e a ggr e ga t e c onc r et e f l ex ur al membe r Q I ANDa - x i n g ( De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， L u o y a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e&Te c h n o l o g y ， L u o y a n g 4 7 1 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r ac t ：Re c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e t h a t i n c o mmo n u s e c o n f e c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e i s p r o c e s s e d f o r the s e c o n d t i me， s h u c k i n g o ff c e me n t mo r t a r s that a ffi x e s t o r e c y c l e d c o ar s e a g g r e g a t e s u rfa c e， g e t t i n g th e r i nd o f ne w t y p e r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e， t a k e s a d v a n t a g e o fi t s ma k i ng the f o r mul a t e d c o n c r e t e b e a ms o fr e i n f o r c e d c o n c r e t e， t a k e s c r a c k wi d t h t e s t s i n the Be n d i n g c o n d i t i o n s Te s t i n d i c a t e s the f or mu l a t e d c o n c r e t e r e l a t e d p r o pe r t i e s ha s i mp r o v e d b e c a u s e of t h e r i n d o f r e c yc l e d c o a r s e a g gre g a t e b e i n g t he Be t t e r pe rfo rm a n c e ， wh i c h s o l v e s t h e c u r r e n t wa s t e c o n c r e t e r e c y c l i n g e x i s t i n g t e c h n i c a l p r o b l e m s Ke y wor ds ： s h uc k； r e c yc l e d a g gre g a t e ； c o n c r e t e； fle x u r a l me mb e r ； c r a c k wi d t h 0 引言 受弯是建筑工程中常见的受力形式。在受弯条件下 ， 构件 产生裂缝会直接影响到结构的安全性和耐久性。利用再生骨料 制作的再生混凝土构件 ， 在受弯条件下 ， 产生裂缝的状况对废 弃混凝土再生利用有着重要的影响。 目前， 再生粗骨料大都是由废弃混凝土破碎、 筛分后得到 一 定粒径要求的再生骨料。虽然再生工艺简单， 但再生粗骨料 表面黏结着水泥砂浆和破碎时产生的微裂缝， 使其技术指标与 天然骨料有着较大的差别【 l_ 2 】 。 如压碎值、 吸水率和孔隙率增大， 密度减小等现象。配制的混凝土工作性能和强度， 以及弹性模 量的下降， 在构件受弯时易产生裂缝。故有学者提出， 应控制再 生粗骨料的替代率 ， 或者将 混凝土结构设计规范 中相关的 计算公式进行修正， 乘以一个大于 1 的修正系数 ， 以保证构 件的安全度。以上两种观点 ， 前者对提高废弃混凝土再生利用 的使用量有所制约； 后者需涉及到规范管理、 设计等多个部门， 尚且废弃混凝土来源复杂， 现阶段没有制定相关的分类标准。 因此， 应对再生粗骨料进一步加工， 提高其技术指标 ， 从根本上 解决存在的技术问题。 近年来 ， 日本和欧美采用加热磨损法和湿处理法生产高性 能再生骨料同， 但存在能耗或水耗较高的原因， 均不适合我国国 情。国内为得到品质较好的再生骨料， 在生产工艺中加人了冲 洗过程同 ， 对提高再生骨料的性能是非常有利 ， 但是同样存在生 产工艺复杂 、 水资源消耗较大、 成本增加的问题， 也没有得到很 好推广。 1 剥壳再生粗骨料的研制 本试验所采用的新型再生粗骨料是以普通再生粗骨料为基础， 利用特殊的设备( 现已获得国家专利， 专利号： Z L 2 0 0 8 2 0 0 6 9 8 1 5 5 ) 进行二次干法加工 ， 将表面黏结的水泥砂浆剥去， 强度较低的 骨料压碎进行筛分， 为与其他再生粗骨料的区别， 故称为“ 剥壳 再生粗骨料 ” 阎 。 通过试验对其技术指标测试 ， 结果见表 1 。 表 1 试验表明， 剥壳再生粗骨料在普通再生粗骨料基础上， 孔隙率、 压碎值和吸水率分别下降 1 4 、 1 6 8 和 4 6 9 ， 堆积 密度提高 2 6 7 ， 故粗骨料的技术指标得到改善。 表 1 各种种类粗 骨料指标对 比 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 - 0 7 基金项 目：河南省科技厅科技发展计划项 目( 0 4 2 4 4 4 0 0 3 9 ) ； 河南省教育厅自然科学研究资助计划项 目( 2 0 0 8 A 5 6 0 0 0 9 ) 37 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 剥壳再生粗骨料混凝土的性能 通过试验， 在相同配合比、 不同粗骨料和替代率条件下， 对 再生混凝土抗压强度 、 坍落度和弹性模量等项指标进行测试， 结果详见表 2 、 3 。 表2 试验表明， 在替代率小于5 0 时， 再生混凝土的 7 d 和2 8 d 强度是提高的， 而在替代率大于 5 0 时， 强度开始不同程度的下 降； 这是由于普通再生粗骨料堆积密度下降和吸水率提高后水泥水 化需要的水分不足而造成的。 对于混凝土的工作性能， 则出现明显 的下降趋势， 在替代率 1 0 0 fl ， 坍落度下降了5 0 0； 这是由于普通 再生粗骨料表面粗糙、 吸水率高所导致的结果。 对于弹 随着替 代率的提高而出现下降； 在替代率 1 0 0 时， 最大下降率为2 9 4 ； 弹 漠量则与混凝土强度的下降、粗骨料的孔隙率增大等因素有 着较大关系。故有学者提出了要控制再生粗骨料替代率的观点。 表 2 普通再生粗骨料混凝 土抗压强度、 坍落度和弹性模量 表 3试验表明， 随着剥壳再生粗骨料替代率的提高， 混凝 土早期抗压强度基本接近普通混凝土， 但不及再生粗骨料混凝 土； 这是由于早期混凝土还未完全达到强度 ， 再生粗骨料粗糙 的表面产生的摩阻力和机械咬合所起的作用； 后期强度普遍超 过天然混凝土， 并且随替代率变化的波动幅度不大。坍落度随 着替代率的提高而增大， 并且工作性能良好。弹性模量虽然随 着替代率的提高而降低 ， 但是下降幅度较普通再生粗骨料混凝 土小， 在替代率为 1 0 0 时， 剥壳再生粗骨料混凝土下降仅 8 8 ， 而普通再生粗骨料混凝土则下降 2 9 4 ；这对受弯构件降低挠 度和裂缝宽度是有利的。 由于在利用再生粗骨料配制混凝土时， 不仅要考虑混凝土 强度因素， 而且同时也要考虑工作性能、 弹性模量和替代率等 各方面的技术指标。因此， 通过试验表明， 剥壳再生粗骨料混凝 土具有较好的技术性能。 3 对受弯构件 最大裂缝 宽度 的研 究 通过试验， 在相同配合比， 不同替代率条件下， 分别利用普通 再生粗骨料和剥壳再生粗骨料制作相同配筋和截面， 以及跨度 的受弯构件进行加载试验， 测试装置见图 1 。 测试裂缝理论计算值 与实测值的比值， 以便判断其抗裂性能， 以及与 G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 0 2 1 5 0 l 5 0 0 l 5 0 0 I 5 0 0 l 5 0 0 I 1 5 0 5 OI 5 0 0 1 5 0 0 【 5 0 0 L 5 0 0 L 1 5 0 38 图 1 试验梁配筋 图和试验装置示意 图( 单位 ： mm) 混凝土结构设计规范提出的普通混凝土梁计算公式的适应 程度。结果详见表 4 、 5 。 表 4 普通再 生粗骨料混凝土受弯条件下， 最大裂缝宽度理论 计算值与实测值 的变化 表 5 剥 壳再生粗骨料混凝土受弯条件下 。 最大裂缝宽度理论 计算值 与实测值 的变化 表 4试验表明， 在 4组不同替代率试验中， 普通再生粗骨 料混凝土梁每组最大裂缝宽度理论计算值与实测值之比的平 均值分别为 1 0 7 1 、 0 9 6 1 、 0 9 4 5 和 0 9 3 7 ； 与基准混凝土( 1 1 6 1 ) 相比平均值分别减少 7 8 、 1 7 2 、 1 8 6 和 1 9 3 。试验说明： 普通再生粗骨料混凝土随着替代率的增加， 试验梁的最大裂缝 宽度有增大的趋势。在低替代率( 2 5 ) 时， 仍然比理论计算值 小， 偏于安全； 而提高替代率开始出现了不安全的趋势。因此， 有学者提出了， 利用废弃混凝土时， 建议控制再生粗骨料的替 代率在 2 5 左右 。 这对构件的裂缝控制是有利的， 但是 2 5 的 替代率对废弃混凝土的利用率来说是较小的， 不利于废弃混凝 土再利用对环境的保护和经济效益的提高。 下转第 4 1 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 6 5 l 4 3 2 1 0 5 0 0 1 0 0 0 I 5 0 0 2 0 0 0 距组合梁端中距离 ra m 图 4 CF RP布弹性模量影 响 3 3 胶结层厚度的影响 计算得到不同胶结层厚度下的变形沿梁长半跨的分布曲 线， 见图 5 。可以看出， 组合梁的变形随着胶结层厚度增大而减 小， 变化幅度不是很大。 距组 合梁端 中距 离 X mm 图 5 胶结层厚度影响 4结论 利用弹性理论， 建立了施加预应力阶段 C F P J 布加固钢与 混凝土组合梁变形计算公式。计算结果表明， 在其他条件相同的 情况下 ， 胶结层剪切模量 、 胶结层厚度及 C F R P布弹性模量分 别对组合梁变形产生影响。变形随 C F R P布弹性模量和胶结层 厚度的增大而减小， 随着胶结层剪切模量的增大而增大， 且越靠 近跨中位置变形越大， 到达 C F P J 布端部时变形达到最小值。从 理论上讲公式具有合理性 ， 但所建立的公式的适用性还有待于 试验进一步验证。 上接第 3 8页 表 5试验表明， 在 4组不同替代率试验中， 剥壳再生粗骨 料每组最大裂缝宽度理论计算值与实测值之比的平均值分别 为 1 1 4 3 、 1 1 2 7 、 1 1 0 5和 1 0 5 4 ； 与基准混凝土( 1 1 6 1 ) 相比平均 值分别减少 1 6 、 2 9 、 4 8 和 9 2 。 试验说明： 再生粗骨料混 凝土随着替代率的增加， 试验梁的最大裂缝宽度有增大的趋势 ， 但是都比计算值小， 偏于安全的。因此， 利用剥壳再生粗骨料配 制混凝土， 对于控制最大裂缝宽度来讲 ， 可以不用考虑替代率 ， 并仍可采用原有的相关设计规范进行计算。 4结 语 以上试验证明， 普通再生粗骨料通过二次加工后 ， 得到的 新型粗骨料， 在制作的钢筋混凝土梁在受弯时， 最大裂缝宽度 实测值与普通混凝土构件基本一致 ， 与 G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 0 2 混凝 土结构设计规范 提出的普通混凝土梁计算公式能较好的适应， 并且普遍小于理论计算值，可保证构件在裂缝方面偏于安全。 在使用剥壳再生粗骨料配制再生混凝土时， 不需要考虑替代率 和修正设计规范， 可进一步提高废弃混凝土利用的社会效益和 经济效益 。 参考文献 ： 【 1 】 岳清瑞， 李庆伟 预应力碳纤维布放张时受力性能分析J J 工业建筑， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 - 4 2 张明武 ， 余建星 ， 王有志 ， 等 F R P 补强加固R C粱黏结破坏机理研 究【 J J 建筑结构学报 ， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 6 ) ： 9 2 9 7 3 】王德选 ， 王连厂 ， 等 集中荷载下预应力 F R P 布钢与混凝土组合梁变 形计算f J 2 0 0 8 ， 2 9 ( 4 ) ： 5 8 5 5 8 8 4 吴网 0 ， 安琳 ， 吕志涛 碳纤维用于钢筋混凝土梁的抗弯加固的试验研 究 J _建筑结构， 2 0 0 0 ， 8 ( 7 ) ： 3 - 6 5 L E NWA R I A， T HE P C H A T R I T， AL B R E C H T P， e t a 1 F l e x u r a l r e - s p o n s e o f s t e e l b e a ms s t r e n gt h e n e d w i t h p a r t i a l - l e n g t h C F R P p l a t e s 叨 J o u r n al o f C o mp o s i t e s f o r C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 5 ， 9 ( 4 ) ： 2 9 6 - 3 0 3 【 6 MO S A L L A M A， P h D ， P E ， M A S C E S t ruc t u r a l e v alu a t i o n a n d c o n - s t r u c t i o n o f f i b e r -r e i n f o r c e d p o l y me r c o mp o s i t e s s t r e n gth e n i n g s y s t e ms f o r t h e s a u v i e i s l a n d b ri d g e J J o u r n a l o f C o mp o s i t e s f o r C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 7 ， 1 1 ( 2 ) ： 2 3 6 2 4 9 7 7 HA ME D E， R A B I NO V I T C H O D y n a mi c b e h a v i o r o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms s t r e n gth e n e d wi t h c o mp o s i t e ma t e ri a l s J J o u rnal o f C o mp o s i t e s f o r C o n s t ruc t i o n ， 2 0 0 7， 9 ( 5 ) ： 4 2 9 - 4 4 0 8 R AB I N O VI T C H O B e n d i n g b e h a v i o r o f r e i nfo r c e d c o n c r e t e b e a ms s t r e n gth e ne d wi t h c o mp o s i t e ma t e ria l s u s i n g i n e l a s t i c a n d n o n l i n e a r a d h e s i v e s J J o u r n a l o f C o m p o s i t e s for C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 5， 1 3 1 ( 1 0 )： 1 5 8 0 -1 5 92 【 9 AH ME D K， e t a1 C o n t r i b u t i o n o f e x t e rna l l y b o n d e d F R P t o s h e a r c a p a c i t y o f R C fl e x u r a l m e m b e r s 咖J o u r n a l o f C o m p o s i t e for C o n s t ruc t i o n ， A S C E， 1 9 9 8 ， 5 ( 2 ) ： 1 9 5 2 0 2 【 1 0 S UB E D I N K， C O Y L E N R I mp r o v i n g t h e s t r e n g t h o f f u l l y c o mp o s i t e s t e e l - c o n c r e t e - s t e e l b e a m e l e me n t s b y i n c r e a s e d s u r f a c e r o ug h n e s s a n e x p e ri me n t al s t u d y J 1 E n g i n e e ri n g S t r u c t u r e s ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 8 ) ： 1 3 4 9 1 3 5 5 1 1 T R I AN T AF I L L OU T C， DE S KO V I C N I n n o v a t i v e p r e s t r e s s i n g w i t h F R P s h e e t s ： m e c h a n i c s o f s h o rt t e r m b a v i o r J J o u rna l o f E n g i n e e ri n g Me c h a n i c s ， 1 9 9 1 ， 1 1 7 ( 7 ) ： 1 6 5 2 1 6 7 0 作者简介： 霍君华( 1 9 7 9 一 ) ， 女， 博士研究生， 研究方向： 结构工程。 单位地址： 沈阳市和平区文化路 3 巷 1 1 号 东北大学资源与土木学 院( 1 1 0 0 0 4 ) 联 系电话 ： 1 3 9 4 O 0 7 0 7 3 2 参 考文献 ： 1 张金喜， 杜辉 ， 杨荣俊 废弃混凝土再生利用的室内试验【 J 北京工业 大学学报， 2 o o 7 ( 3 ) ： 2 9 3 2 9 6 2 邓寿昌， 张学兵， 罗迎社 废弃混凝土再生利用的现状分析与研究展 望 J 】 _混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 2 0 2 4 【 3 J3 张利娟 ， 徐亦冬 再生混凝土的抗压强度与弹性模量研究 J 低温建 筑技术 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 6 - 8 【 4 兰阳 再生混凝土受弯与受剪性能研究 D 】 上海： 同济大学， 2 0 0 5 【 5 】肖建庄， 兰阳 再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究【 J J 特种结构， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 9 - 1 2 6 】 王智威_ 古品质再生骨料的生产工艺 J _ 混凝土， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 4 8 5 0 7 】肖建庄， 孙振平， 等 废弃混凝土破碎及再生工艺研究 J 建筑技术， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 4 1 1 4 4 f 8 孙犁， 钱大行， 张日华 再生粗骨料性能改善试验研究【 J 】 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 5 8 6 0 9 】李旭平 钢筋再生混凝土梁的受弯性能【 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 9 2 1 作者简介： 钱大( 1 9 6 6 一 ) ， 男， 副教授， 主要从事混凝土及施工技术 研究。 单位地址 ： 河南省洛阳市洛龙区王城大道 9 0 号 洛阳理工学院土木 工程系( 4 7 1 0 2 3 ) 联 系电话 ： 1 3 6 5 3 8 9 0 5 2 5 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m