再生骨料混凝土柱受压性能试验.pdf

2 0 1 2年 第 5期 总 第 2 7 1期 ) Nu mb e r 5 i n 2 01 2 ( To t a l No 2 71 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I Nl CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 2 6 再生骨料混凝土柱受压性能试验 赵 临涛 ，郝 ( 1 郑卅l 大学 土木工程学 院，河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ； 彤 ，杜朝华 2 郑州大学 综合没计研究院，河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要： 完成了9 根不同再生粗骨料取代率下的轴心受压柱和偏心受压柱试验。 对构件的受压性能进行了研究和分析，并与普通混凝 土柱进行了对比； 探讨了新的 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ( 混凝土设汁规范 相关条款对再生骨料混凝上柱承载力的适用性。 为再生混凝土在实际工 程 中的应用提供参 考。 关键词 ： 再生混凝土 ；柱 ；轴心受压 ；偏 心受压 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 2 ) 0 5 0 0 8 0 0 5 Exp er i men t al s t udy on c ompr e s s i ve per f or man c e o f r ec y c l e d c on c r e t e c ol umns wi t h r e c y cl e d a ggr e ga t e ZHAO L i n t a o。 ， HA O T o n g ， D UZh a o - h u a ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g in e e ri n g ， Z h e n g z h o uUn i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 2， C h i n a ； 2 Zh e n g z h o uUn i v e r s i t yMu l t i f u nc t i o na l De s i g n a n dRe s e a r c hAc a d e my， Z h e n g z h o u45 0 0 0 2， Ch i n a) Abs t r a c t ： P r e s e n t s t h e t e s t r e s u l t s o f 9 R C c o l u mns wi t h r e c y c l e d a g g r e g a t e s u n d e r a x i a l l y l o a d i n g a nd e c c e n tr i c a l l y l o a d i n g T he c o mp r e s s i v e p e rfo r ma n c e a n a ly z e d a n d c o mp a r e d wi t l 1 t h e R Cc o l tmms ma d e o f o r d i n a r y c o n c r e t e T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o mp r e s s i v e p e r f o r ma nc e s u c h a s t h e l o a d i n g p r o c e s s ， t h e f a i l u r e mo d e s a n d t h e b e ari n g c a p a c i ty o f t h e R C c o l u mn s wi t h r e c y c l e d a g gre g a t e s a r e a l mo s t t h e s a me a s t h a t o f t h e c o l u mn s wi t h n a t u r a l a g g r e g a t e， t h e c o mp r e s s i v e b e a r i n g c a p a c i t y o f RCc o l u mns wi t h r e c y c l e d a g g r e g a t e s ma y b e c a l c u l a t e d b y t h e s t i p ula t i o ns o f c h i n e s e n e w d e s i g n c o d e( G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ) T h i s may b e a s a r e f e r e n c e f o r the a p p l i c a t i o n o f t h e c o n c r e t e w i t h r e c y c l e d a g gre g a t e s i n e n g i n e e rin g Key wor ds ： r e c y c l e d c o n c r e t e ； c o l u mn； a x i a l c o mp r e s s i o n； e c c e n t r i c c o mp r e s s i o n 0 引言 随着我国城镇化建设快速推进， 建筑业迅猛发展。 用于新建 建筑中的天然砂石的开采和房屋拆迁过程及新建建筑施工过 程中所产生的大量建筑垃圾都会对生态环境造成不良的影响。 利用废弃混凝土加工成再生混凝土骨料， 可以实现废弃混凝土 的用收再利用， 促进建筑资源的可持续发展。 柱子是混凝土结构中重要的受力构件。 再生混凝土柱受力 性能的试验分析和研究为再生混凝土在实际工程 中的应用提 供重要的理论依据。 在国内， 许多学者都曾对再生骨料混凝土柱 进行过试验和研究 1- 5 ， 取得了很多成果。 本文采用试验的方法， 对再生混凝土轴心受压柱和偏心受压柱进行分析和研究。 1 试 验 设 计 1 1 试验 材料 采用的再生粗骨料以学院建材实验室废弃的多批强度等 级不详的混凝土试块为骨料源， 采用小型锷式破碎机进行破碎 、 表 1 混凝土骨料性能指标 筛分， 其部分物性指标见表 1 。 水泥采用河南孟电集团水泥有限 公司生产的孟电牌 P 0 4 2 5级水泥； 粉煤灰采用河南洛阳首阳 山电厂生产的I I 级粉煤灰； 其他原材料分别为河南贾峪生产的 碎石； 平顶山鲁山的细度模数为2 8 2中粗砂； T H 2 高效减水剂 ； 水为自来水。 钢筋均采用首钢集团生产的H R B 5 0 0级钢筋。 1 2混凝 土配合 比设计 所用配合 比为预拌混凝土厂在实际lT程 中所使用的 C 4 0 混凝土配合比。 由于再生粗骨料的吸水率较高， 在拌制混凝土过 程中， 根据再生骨料4 0 mi n吸水率作为附加用水量， 不同替代 率混凝土配合比， 如表 2 所示。 表 2 不同替代率下的 C 4 0混凝土配合比 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 1 1 5 8 O 1 3 测 点布 置及加 载 方式 根据再生骨料替代率及偏心距的不同， 设计制作了 9根钢 筋混凝土柱( 其中偏心受压柱 6根， 轴心受压柱 3根) 详见表 3 。 构件几何尺寸 1 5 0 r n mx 2 0 0 m mx l 4 0 0 mm。 偏心受压柱上下端 设计高度 为 3 0 0 mm 的牛腿以承担偏心压力 。 钢筋均采用 H R B 5 0 0 级热轧带肋钢筋， 纵向受力钢筋及牛腿筋直径为 1 6 mm， 箍筋直径为 8 mm， 魄 = 魄 = 2 5 i n to， h o = l 7 5 rai n 。 为防止柱端局部 破坏， 在柱上、 下端还增设了 5 0 mmx 5 0 m l 的钢筋网片。 具体 设计参数见图 1 。 1 3 1 测点布置 试验主要量测柱 1 2高度截面处 的4根纵向受力钢筋应 变， 及柱 1 2高度处混凝土表面应变。 在垂直于柱水平方向距荷 表 3 构 件一览表 载较远一侧设置三块电子百分表用以量测柱的侧向挠度。 测点 具体布置情况见图2 。 两层 钢筋 L 1 5 0 网片5 0 一2 1 6 牛腿筋 、 l 0 I 牛腿箍筋噩 8 1 1 ) I 薹 l l l l l l I r I I l I f I f 8 2 0 0 3 7 1 8 偏心受压 构件钢筋网片 1 一L。 昌 d 蕊1 r i =： i = I n lI 。 巨 量 ” ” l = l二 I Q Q 4 歪 “ = 型 亘 j P JLJL _ - P rm f I f I j 3 x 4 亚 8 轴 心 受E I 构件钢筋网片 霹 誉 5筋0 l 4 网 片 一 偏心受压构件 轴心受压构件 图 1 受压构件尺寸及配筋图( 单位： mm) ( a ) 偏心受压柱 ( b ) 轴心受压柱 图 2 加载装置及测点 布置 图 1 3 2 加载方式 试验在 5 0 0 0 k N液压试验机上进行， 构件的两端设置半圆 滚轴铰支座， 用压力传感器控制荷载。 轴心受压构件试验时需仔 细对中， 预加载时量测柱 4个侧面混凝土的应变， 并根据应变 量测结果调整柱的位置， 直至柱 4个侧面混凝土的应变基本相 等时再进行正式加载。 偏心受压柱先预加 5 k N，然后固定柱子 并安装百分表， 再进行逐级加载。 构件试验情况如图 3所示。 2 试验现象及结果 2 ： 1 偏 心距 为 0的试件 当荷载较小时， 混凝土处于弹性工作状态， 纵 向受力钢筋 和混凝土的应变基本相同； 随着荷载的增大， 混凝土和钢筋应 变的增长速率加快， 试件端部柱表面开始出现细小的竖向裂缝。 随着荷载的继续增加 ， 裂缝宽度不断增大， 并且向试件中部逐 渐延伸。 临近破坏时， 竖向裂缝增多， 最后沿柱纵向出现一条较 大的劈裂裂缝， 端部混凝土压碎纵筋压屈而破坏。 在加载过程中 再生骨料混凝土柱与普通混凝土柱所表现出的试验现象是相 似的。 破坏形态见图 3 。 2 2 偏 心距 为 6 0 mm 的试件 当荷载较小时， 构件的侧向挠度增长缓慢， 钢筋和混凝土均 处于弹性工作状态， 远离荷载 0 钢筋和混凝土受拉， 靠近荷载一 侧钢筋和混凝土受压， 应变增长较慢。 荷载继续增大， 远离荷载一 侧柱表面开始出现横向裂缝 ， 横向裂缝的宽度随荷载的增大而 增大并向受压区延伸， 受压区高度减小。 最后因受压 4 柱中截面 昆 凝土突然压碎而破坏。 表现出了典型的小偷 受压特征， 且再生 骨料混凝土柱与普通? 昆 凝土柱特征相似， 破坏形态见图4 。 8】 1 6 0 0 l 4 0 0 1 2 0 0 至1 0 0 0 囊 80。0 4 0 0 2 0 0 0 3 1 6 0 0 l 4 0 0 1 2 0 0 蚤1 0 0 0 囊 ： 400 2 0 0 O 0 0 0 20 0 0 1 0 0 0 O 纵 筋应变 1 0 ( a ) 荷载一 纵筋应变曲线( e 。 = 0 ) o o o 一 2 o o o 一1 0 o o o 混凝土应 变 1 0 ( a ) 荷载一 混凝土压应变曲线( e 。 = O ) 至 、 辐 挺 纵筋应变 1 0 ( b ) 荷载一 纵筋应变曲线( e 。 = 6 0 mm) 图 6 构件荷载一1 2纵筋应变曲线图 3 0 0 g 2 5 0 2 0 0 , 1 5 0 喧 1 0 0 柩5 0 0 2 凝土压应变沿截面的分布大致为线性， 符合平截面假定。 3 2 承载 能 力 混凝土应变 1 0 ( b ) 跨中截面混凝土应变( D P z s o ) 图 7 混凝土应变图 3 0 0 2 5 0 2 0 0 l 5 O 1 0 0 5O O -2 纵筋 应变 1 0 ( c 湔 载一 纵筋应变曲线( e 。 = 1 4 0 mm) 混凝土应变 1 0 ( c ) 跨中截面混凝土应变( D P Z 一 7 0 ) 范公式 6 2 1 5进行计算， 偏心受压构件使用规范公式 6 2 1 7 - 1 、 6 2 1 7 2 、 6 2 8 3 及 6 2 4 1 式进行迭代计算， 承载力所使用的 按照 GB 5 o 0 1 o _ _ 2 O 1 O 规范 规定 ， 轴心受压构件使用规 材料强度均为实测强度( 表 4 ) ， 计算结果及分析见表 5 、 6 。 表 4 试验柱 实测材料参数 从表 5 , 6 可以看出， 轴心受压构件 佻 的平均值 产 1 1 8 3 ， 变 异系数& - - 0 0 3 3 。 偏心受压构件批 的平均值 z = 1 0 3 3 ， 变异系数 6 = 0 0 7 3 ， 其中小偏心受压构件 的平均值 1 1 0 2 ， 变异系 数 6 = 0 0 1 6 ， 大偏心受压构件 仨 的平均值 x = 0 9 6 3 ， 变异系 数6 - 0 0 2 8 。 使用 G B 5 0 0 1 0 - - -2 0 1 0 公式计算对再生骨料混凝土受 压构件进行承载力的计算是合适的， 且变异系数小。 承载力计算 值与实测值符合较好。 但是从表中也可看出， 当构件的再生骨料 替代率相同时 ， 随着构件偏心距的增大批 觥的值减小 ； 当构件 偏心距保持不变时， 的值随着随着再生骨料替代率的增大 而变小。 因此对于在实际应用中， 需要精确计算再生骨料混凝土 柱承载力时， 应根据再生骨料替代率的不同以及实际偏心距的 不同， 对按照规范公式计算的结果进行调整。 具体的调整方法需 进一步的研究。 4结 论 通过本研究进行的试验和分析可以得到以下结论 ： ( 1 ) 再生混凝土柱在试验加载过程中所表现出的受力性能、 破坏机理与普通混凝土柱是相似的， 并且随着偏心距的变化具 8 3