钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究.pdf

2 0 1 3年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONCR ET E AND C EME NT P R0DUC T S 2 01 3 No 3 Ma r c h 钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究 杨海涛 ， 田石柱 ， ( 1 哈尔滨工业大学土木工程学院 ， 1 5 0 0 9 0 ； 2 苏州科技学院土木工程学院 ， 2 1 5 0 1 1 ) 摘要 ： 以废弃混凝土为原料 配制再生混凝土。通过对再生混凝土进行拉拔 试验 ， 研 究再生粗骨料取代率和水灰 比对再生混凝 土的握裹力及抗压强度 的影响， 并对试验现象进行 了分析和总结。结果表明 ， 再 生混凝土的粘结强度 大 于普通混凝土的粘结强度， 并对水灰 比给 出了合理的取值范 围， 为再生混凝土的进一步推广应 用提供 了试验依据。 关键词 ： 再 生混凝 土； 拉 拔试验 ； 再 生粗 骨料取代 率； 握 裹力 ； 抗压强度 Ab s t r a c t ：Re c y c l e d c o n c r e t e i s p r e p a r e d b y t h e w a s t e c o n c r e t e a s a g g r e g a t e ma t e r i a l s T h r o u g h t h e p u l l o u t t e s t r e l a t e d t o r e c y c l e d c o nc r e t e ，t h e e f f e c t s o f r e c y c l ed c o a r s e a g g r e g a t e r e pl a c e me n t r a t e a n d c e me n t wa t e r r a t i o o n t he b o nd s t r e s s a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e a r e s t u d i e d F r o m t h e e x p e r i me n t a n d t h e a n a l y s i s ，t h e c o h e s i o n a l s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e i s s t r o n g e r t h a n t h a t o f c o mmo n c o n c r e t e Ra t i o n a l r a n g e o f c e me n t wa t e r r a t i o i s g i v e n a n d i t c a n p r o v i d e t h e o r e t i c a l b a s i s f o r f u r t h e r a p p l i c a t i o n O f r e c y c l e d c o n c r e t e Ke y wo r d s ：R e c y c l e d c o n c r e t e ；P u l l - o u t t e s t ；R e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e r e p l a c e me n t r a t e ； Bo n d s t r e s s ；C o mp r e s s i v e s t ren gth 中图分 类号 ： T U 5 2 8 5 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 3) 0 3 - 0 6 - 0 5 0前 言 近年来 ，伴随着我国国民经济持续快速增长 ， 城市基础设施的升级和改造也得到了迅猛发展。一 方面 ， 城市建设 中一些老 旧的建筑物 、 构造物被拆 除 ，由此产生了大量 以废弃混凝土为 主的建筑垃 圾 ， 这些建筑垃圾不仅 占用土地 ， 而且 对环境也造 成了污染 。另一方面 ， 大量建筑项 目的启动， 对混凝 土的需求量也变得越来越大 ， 这就需要开采大量的 天然砂、 石来供应。将废弃混凝土进行回收利用 ， 不 但解决 了土地 占用 和环境污染问题 ， 而且有利于 自 然资源的保护 。 将从老 旧建筑物上拆除下来 的废弃混凝 土经 清洗 、 加工 、 破碎 和分级后 ， 按 一定 的 比例相互配 合 ， 作为部分或全部骨料配制而成的混凝土称为再 生混凝土 1 。在再生混凝土研究和利用方面， 同国外 相比 ， 我 国起步较晚 ， 但近几 年随着研究 的不 断深 入 ， 研究成果也越来越丰富 ， 但 多数 的研究工作是 围绕着提高再生骨料混凝土 的强度及改善其力学 性能展开 的 2 - 5 l ， 对再生混凝土与钢筋粘结性能的研 究 还不 多见 。本文 主要 对再 生混 凝 土与钢 筋之 间 的 握裹力进行研究 ， 考察不同再生粗骨料取代率和水 灰比条件下握裹强度的变化 ， 为再生混凝土 的推广 应用提供试验依据。 1 试验 1 1 原材 料 水泥 ： 选用 P 0 4 2 5级 普通硅酸盐水泥 ， 具体 性 能见 表 l 、 表 2 。 细骨料 ：天然 中砂 ，级 配合 格 ，表观密度为 表 1 水泥的基本性能 一 6 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨海涛 ， 田石柱 钢筋与再生混凝土握裹力 的试验研究 2 6 4 0k g m 。 天 然粗 骨 料 ： 选 用最 大 粒径 为 3 】 5 ra m 的碎 石 ； 再 生粗 骨 料 ： 来 自哈尔 滨 市某 拆 迁 工地 的废 弃 钢筋 混凝 土 块 经 过人 工 破碎 、 碾 磨 、 筛 分 加 工 得 到 ， 粗 骨 料的基本性能见表 3 。 钢筋 ： 采用直径为 1 6 ram的 H R B 3 3 5级钢筋， 具 体材料性能见表 4 。 水 ： 地下水 。 1 2配合 比设计 本次试验采用的水灰 比为 0 4 0 ， 试件编号中的 0、 3 0 、 5 0 、 8 0和 1 0 0 ， 分 别代 表 再 生 粗 骨料 取 代 率为 0 、 3 0 、 5 0 、 8 0 和 1 0 0 。由于再 生 混凝 土还 没有 统一 的配合 比设计规范 ， 因此 ， 本 次试验采用天然 骨料 昆凝土配合 比设计 方法 I6 ，即按照 J G J 5 5 2 0 0 0 普通混凝土配合比设计规程 执行_7 l。试验 中 所 采用 的混凝 土配 合 比见表 5 。 表 3粗 骨 料 的 基 本 性 能 试件编号 粗 代 一 栅 骨料 率 水泥 水 砂 粗 骨料 再 生粗 骨料水泥： 水： 砂 ： 粗骨料 1 3 试件设计与制作 采 用无横 向钢筋 的立方体拉拔 试验测定钢筋 的握裹强度 。钢筋与混凝土之间的握裹强度可 由下 式求 得 ： 击 式 中： 握裹强度 ， MP a ； P 一荷载峰值 ， k N； d 。_ 钢 筋直 径 ， mm； J 。 一 钢筋的有效锚 固长度 ， m m。 根据再生? 昆 凝土粗骨料取代率 的不 同， 试验划 分为 5组 ， 每组 3个试件 ， 即本次试 验共制作尺寸 为 1 5 0 mmx l 5 0 ra m 1 5 0 ram 的标 准 立方 体 试 件 1 5 个 。试 件 中没 有横 向配 筋 ， 在试 件 的 中心 预埋 了直 径为 1 6 ram的 HR B 3 3 5级钢筋。试件保护层 的厚度 取 7 5 m m， 有 效锚 固长度 取 8 0 ram。 配制再生混凝土拌合物时 的投料顺序为 ： 细骨 料一水泥一水一粗骨料 。每次投料后都要进行充分 的搅拌 ， 使得搅拌后的混凝土拌合物在满足和易性 的 条 件 下 成 型 。 所 有 试 件 的 制 作 均 采 用 钢 模 ( 1 5 0 ram 1 5 0 mm 1 5 0 mm) 统一进行浇筑 、 振捣 和成 型。 浇筑完成 2 4 h后 ， 进行编号和拆模工作 。 在标准 养护条件下养护到 2 8 d时进行试验。 1 4 试验装置与试验方法 试验采用 1 0 0 k N的万能试验机 。具体操作 如 下 ： 首先 ， 将试 件装入 已安装 在万能机上的试验夹 头中， 使万能机的下夹头将试件的钢筋夹牢 。其次 ， 在试件上安装量表 固定架 ， 并装上百分表 ， 使百分 表 杆尖 端 垂 直朝 下 ， 与 略伸 出混 凝 土 试 件表 面 的钢 筋顶面相接触。第三 ， 在加荷载前应检查百分表量 杆 与 钢筋 顶 面 接触 是 否 良好 ，百 分 表是 否 灵 活 ， 并 进行适 当的调整。第 四， 记下百分表的初始读数后 ， 即开动万能试验机开始试验 ， 每次加一定量的荷载 后 ， 记 录百分表 的读数 ， 将此读数与初始读数做差 一1一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 3期 即得到该荷载作用下的滑动变形量 。所有试验严格 按照 G B rI 1 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验 方法标准 执行嗍 。试验装置如图 1 所示。 ， | I。 I t- 1 ) ， ， 4 _ b = 。 _ f _ l L 、 1 = = ，一 I I _ l 0一 一 一 一 2 3 1 一 上球铰 ； 2 一 上端端板 ； 3 - 钢杆 ； 4 一 百 分表 ； 5 - 试件 ； 6 一 垫板 ； 7 一 夹持架 ； 8 - 下球铰 ； 9 一 下端钢板 ； 1 0 一 钢筋 图 1 试验装置示意图 2试验 结果 与分 析 2 1 破 坏过程 和 现象描 述 通过试验可 以发现 ， 全部试件 的破坏形式分为 两 种 ： 拔 出破坏 和劈 裂破坏 。 发生拔出破坏的试件全 部为再 生粗 骨料取代 率为 0即普通混凝土试件 。在试验开始时 ， 试块的 表 面完好 ， 没有发现裂缝。当荷载增加到极 限拉拔 力 的一半时 ， 试件的表面开始出现纵 向裂缝 。随着 拉拔力的继续增加 ， 裂缝开始缓慢发展 ， 逐渐变宽 和变长。当拉拔力达到最大值后 ， 裂缝的宽度和长 度变得更加显著 ， 最终钢筋被拔出， 试件破坏。 发生劈裂破坏 的试件为掺入再生粗骨料 的试 件 。试验开始时 ， 试块表面完好 ， 没有发现裂缝 。荷 载增加直至达到最大值后 ，试件突然发生劈裂 ， 试 件破 坏 。 2 2 试验结果与分析 具体试验数据见表 6 。 由表 6可以看出， 随着再生粗骨料取代率 的增 加 ， 握裹强度呈现先上升再下 降的趋势 ， 但再生混 凝 土的握裹强度整体上都大于普通混凝土的握裹 强度。强度上升的原因是由于再生粗骨料的吸水率 较 高 ， 当再生混凝土浇筑完成后 ， 再生粗骨料仍然 要 吸收一部分水 ， 使得再生混凝土拌合物的水灰 比 下降， 由此导致强度的上升。而强度的降低是 因为 当再生粗骨料取代率超过 5 0 时 ， 再生粗骨料不利 因素带来 的强度 降低 已经远远 大于 由水灰 比降低 而带来的强度提高 。再生粗骨料 的不利因素包括 ： 骨料颗粒棱角多、 含有水泥砂浆 、 压碎指标高等。 2 2 1 粘结滑移 曲线 不 同再生粗骨料取代率 下试件的粘结滑移 曲 线见 图 2 。 1 5 喜 l 0 0 o o 05 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 S mm 图 2 粘结 滑移 曲线 由图 2可以看 出 ， 从 曲线形状上看 ， 再 生混凝 土与普通混凝土的粘结滑移曲线非常相似 ， 但再生 混凝土的斜率比普通混凝土的要大。由于二者的破 表 6 立方体试件试验结果 一 8 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨海涛， 田石柱 钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究 坏形式不 同， 导致 了曲线 的发展趋势不 同。由于普 通 混 凝 土 的破 坏 形 式 为 拔 出破 坏 ， 因此 ， 它 的 粘 结 滑移曲线较完整 ， 分为上升段和下降段。而掺入再 生骨料 的混凝土由于是劈裂破坏 ， 故其粘结滑移 曲 线仅有上升段9 - “ 。 在试验 开始 时 ， 随着荷载 的不 断增 大 ， 滑动变 形开始缓慢增加 ，这个过程呈线性分布且斜率 较 大。随着荷载的进一步增加 ， 滑动变形增加得非常 明显 ， 直至钢筋被拔出， 试件破坏 。产生此现象 的原 因是钢筋与混凝 土之间的握裹 力主要 由化学胶结 力 、 摩擦阻力和机械 咬合力 3部分组成 ， 它是钢筋 与混凝土共 同工作的基础。在试验开始时化学胶结 力 、摩擦阻力和机械咬合力 3种力都发挥作用 ， 使 得变形阻力 比较大 ， 混凝土与钢筋 的粘结面处于弹 性 阶段 ， 故二者之间呈线性关系 ； 当荷载继续增加 时 ， 混凝 土与钢筋粘结面的剪应力逐渐增大 ， 当超 过极 限强度时 ， 产生滑动变形 ， 混凝土与钢筋之 间 的化学胶结力已经消失 ， 只有摩擦阻力和机械 咬合 力发挥作用 ， 使得变形阻力减小 ， 因此 ， 当荷 载进一 步增 加 时 ， 滑 动变 形增 加 的非 常 明显 。 2 2 2 粗骨料取代率对抗压强度的影响 不 同再生粗骨料取代率 对抗压强度 的影响见 图 3 。 由图 3可 以看 出 ， 再 生 混 凝 土 的抗 压强 度 受 再 生粗骨料取代率 的影响较大 ， 再生混凝 土的抗压强 度总体上随着再生粗骨料取代率的增加而减小 。但 当再生粗骨料取代率达到 5 0 时 ， 再生混凝 土的抗 压强度不但没有减小 ， 反 倒有所提高 ， 甚至超过 了 普通混凝土的抗压强度 2 1 。 4 6 4 4 善 4 2 警 墨4 0 3 8 3 6 U 2 0 40 6 0 8 【 J 1 0 0 粗骨料取代率 图 3粗骨料取代率与抗压强度关系 曲线 再生混凝土抗压强度降低 的原因 ， 一方面是加 工再生粗骨料 时施加 的压力大 ， 使再生粗骨料表 面 出现 细微裂缝 ， 导致粗骨料本身强度 降低 ； 另一方 面由于再生粗骨料 中含有水泥砂浆。以上方面都不 利于再生粗骨料与水泥之间粘结强度的发展 ， 导致 粘结强度较普通 昆凝土的粘结强度低 。 再生粗骨料取代率达到 5 0 时 ， 抗压强度有所 提高的原 因， 一是天然粗骨料与再生粗骨料等量加 入 时，再生粗骨料的空隙恰好被天然粗骨料填充 ， 导致出现了最优级配 ；另一方面按 等量加入时 ， 再 生粗骨料恰好吸收了多余的水分 ， 从而使得水泥浆 体 中的水灰 比降低 。 2 2 3 水灰 比对 握裹 强度 的影 响 再生粗骨料取代率为 1 0 0 时 ，不同水灰 比试 件 的配合 比见表 7 。试验时每组配合 比共制作 3个 试件 ， 具体试验结果见表 8 。 水灰比与握裹强度的关 表 7 试 件配合 比 系曲线见 图 4 。 由图 4可 以看 出 ， 握裹强度随着水灰 比的增加 而减小。当水灰 比取值在 0 4 0 - 0 4 5之间时 ， 握裹强 度变化 比较平缓 ； 当水灰 比大于 O 4 5后 ， 握裹强度 变化幅度较大。因此， 在进行再生混凝 土设计时 ， 为 了提 高再 生 混 凝 土 的粘 结性 能 ， 应 该 把 水灰 比取 在 0 4 0 - 0 4 5之 间 。 2 2 - 4 水灰 比对 抗压 强 度 的影 响 水灰 比对抗压强度的影响见图 5 。 由图 5可以看出 ， 再生混凝 土的抗压强度随着 一 9 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年 第 3期 混 凝 土与水 泥制 品 总第 2 0 3 期 表 8 不 同水灰 比下试件强度 o 4 0 0 4 5 05 O o 5 5 0 6 o 水灰 比 图 4 水灰比与握裹 强度 的关 系曲线 o 4 0 o 4 5 o 5 0 o55 O6 0 水灰 比 图 5 水灰 比与抗压强度的关 系曲线 水灰 比的增加而减小 ， 这与普通混凝土的规律相 一 致。水灰 比在 0 4 0 - 0 4 5之间时， 再生混凝土的抗 压 强度 变 化不 大 ，故 在设 计 再 生混 凝 土 配合 比时 ， 为了提高再生混凝土 的力学性能 ， 应将水灰 比取在 0 4 0 - 0 4 5之 间 。 3结 论 ( 1 ) 随着再生粗骨料取代率 的增加 ， 握裹强度 呈现先上升再下降的趋势 ， 但再生混凝 土的握裹强 度整体上都大于普通混凝土的握裹强度。 ( 2 ) 再生混凝土 的粘结滑移 曲线与普通混凝土 一 1 0一 的非常相似 ， 但再生混凝土的斜率要 比普通? 昆 凝土 的大 。 ( 3 ) 握 裹 强 度 随 水 灰 比的 增 大 而 减 小 ， 为 了提 高再生混凝土的粘结性能 ，水灰 比应在 0 4 0 0 4 5 区 问内取值 。 参考文献 ： 【 1 1 杜婷， 李慧强， 覃亚伟， 等 再生混凝土 未来发展 的探 讨 J 昆 凝土， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 9 - 5 0 2 HA N S E N T C R e c y c l e d A g g r e g a t e a n d R e c y c l e d A g g r e g a t e Co nc r e t e Se c o n d St a t e o f t he Ar t Re p o r t De v e l o pme nt 1 9 45 1 9 8 5 J Ma t e ri a l a n d S t r u c t u r e ， 1 9 8 6 ， 】 9( 5 ) ： 2 0 1 - 2 4 6 3 】O I K O N O MO U N D R e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s J J C e me n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s 2 0 0 5 ( 2 7 ) ： 3 1 5 - 3 1 8 【 4 R A H A L K Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e w i t h r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e J 1 B u i l d i n g a n d E n v i r o n m e n t ， 2 0 0 7 ( 4 2 ) ： 4 0 7 41 5 5 】 A J D U K I E WI C A A， K L I S Z C E WI C Z A I n fl u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f H S H P C J C e m e n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 2 ( 2 4 ) ： 2 6 9 2 7 9 6 】 张亚梅， 秦鸿 根 再 生混 凝土配合 比设计初探 混 凝土 与水 泥制 品， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 7 - 9 7 】中国建筑科学研究 院 J G J 5 5 -2 0 0 0普 通混凝土配 合 比 设计规程 S 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 【 8 中国建筑科 学研 究院 G B 厂 r 5 0 O 8 1 2 o 0 2普 通混 凝 土力 学性 能试验方法标准【 S 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 9 范吉军， 余南辉 ， 文 国知， 等 玻璃 钢筋 与混凝 土握裹 力 的实验研究【 J J 武汉工业学院学 报， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 2 ) ： 6 3 6 5 【 1 0 1 周万 良， 周士琼， 李益进， 等 水胶 比 、 超细粉煤灰掺量对 高性能 混凝 土钢 筋握 裹力 的影 响 J 1 混凝 土 与水 泥制 品 ， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 1 2 1 5 1 】 孟志 良， 孙建恒， 白永兵， 等 芯拄 自密实混凝土 与钢筋 握裹强度 的试验研究 J J 混 凝土， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 2 1 6 【 1 2 胡 敏萍 不 同取 代率 再生 骨料 的力学性 能 I J J 昆凝 土， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 5 2 5 4 1 3 】 张学兵， 邓 寿 昌， 邓 旭华， 等 影响再生混 凝土强度 几个 主要 因素的试验研 究 I J J 湘潭大 学 自然科学学 报， 2 0 0 5 ， 2 7 f 1 1 ：1 2 9 一 l 3 3 收 稿 日期 ： 2 01 3 0 2 1 6 作者简介 ： 杨海涛 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 博士 研究生。 通讯地 址 ： 哈尔滨市南岗区和兴路 1 3 3号 联 系 电话 ： 1 3 8 3 61 6 9 6 6 0 E - ma i l ： h lj y a n g h a i t a o 1 6 3 c o m 8 7 6 5 4 3 2 B d 乏 黑 靼 勰 B d w 嗵 出 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m