再生骨料自密实堆石混凝土墙体的力学性能研究.pdf

2 0 1 3年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C H I N A C O N C R E T E A N D C E ME N T P R O D U C T S 2 01 3 No 5 Ma v 再生骨料 自密实堆石混凝土墙体的力学性能研究 王海超 1 ,2 ， 高义龙 ， 安雪晖 。 ， 徐锡权 ， 周 立军 ， 高淑玲 ( 1 青岛工学院 ， 2 6 6 3 0 0 ； 2 山东科技大学土木工程防灾减灾实验室 ， 青岛 2 6 6 5 9 0 ； 3 清华大学水 电系， 北京 1 0 0 0 8 4 ； 4 日照职业技术学院， 2 7 6 8 2 6 ； 5 河北工业大学 ， 天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘要 ： 研究 了再 生骨料 自密实混凝 土堆石墙 体在 静荷栽作 用下的力学性能及破 坏形 态， 结果表 明， 再生 骨料 自密实混凝 土墙 体具有较 高的承载力 ， 特别是抗压 强度远远 大于普通毛石砌体 ， 而且 自密实混凝 土和再 生骨料之 间 的粘结性能 良好 ； 其破坏形 态与天然 大直径骨料堆石混凝土相近 ， 破 坏性 质亦属 于脆性破坏 ， 但下降段 较缓。 再 生骨 料 自密实堆 石混凝土可取 代普 通毛石砌 体 ， 其 工程应用前景 广阔。 关键 词 ： 大粒径再生骨料 ； 自密实再生骨料 堆石墙 体； 力 学性能 Ab s t r a c t ：T h e f a i l u r e mo d e a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e - fi l l e d s e rf- c o mp a c t i n g c o n c r e t e w a l l u n d e r s t a t i c l o a d a r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e s e rf- c o mp a c t i n g c o n c r e t e w a l l c a n b e a r h i g h e r l o a d t h a n o r d i n a r y r u b b l e s t o n e ma s o n r y ， e s p e c i a ll y i t s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ，a n d i t h a s g o o d b o n d i n g p r o p e rt i e s b e twe e n s e l f- c o mp a c t i n g c o n c r e t e a n d r e c y c l e d a g g r e g a t e s I t s f a i l u r e mo d e i s s i mi l a r wi t h t h e b i g n a t u r a l a g g r e g a t e- f i l l e d c o n c r e t e SI t s d e s t r uc t i o n p r o p e r t y b e l o n g s t o b ri t t l e f a i l u r e ，b u t t h e s t r e s s - s t r a i n c u r v e d e c r e a s e s s l o wl y T h e r e f o r e ， r e c y c l e d a g g r e g a t e - f i l l e d s e rf - c o mp a c t i n g c o n c r e t e c a n r e p l a c e o r d i n a r y r u b b l e s t o n e ma s o n r y a n d h a s f u rth e r e n g i n e e ri n g a p pl i c a t i o n pr o s p e c t Ke y wo r d s ：B i g- s i z e d r e c y c l e d a g gre g a t e ；Re c y c l e d a g gre g a t e l l e d s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e w a l l ；Me c h a n i c a l p r o pe r t i e s 中图分类号 ： T U 5 0 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7( 2 0 1 3 ) 0 5 6 7 一 O 4 0前 言 废弃 固体垃圾作为建筑施工 和拆 除旧建筑产 生 的废料 ， 弃置不用既会造成环境污染 ， 又是巨大 的资源浪费 I 】 。将废弃建筑物固体垃圾加工处理后 ， 可用于再次生产混凝土用的骨料称为再生骨料 。经 过近些年的研究实践表 明， 再生骨料的应用具有科 学 合 理性 2 - 3 】 。 自密 实 混凝 土( S e l f C o m p a c t i n g C o n c r e t e ) 是一种 高性 能混凝土 ， 具有高流动性 、 高 粘聚性、 抗离析和 自流平等特点4 1 ， 自密实混凝土最 早是 由 日本东京大学的冈村甫教授提出 ， 在多个 国 家得到 了广泛 的应用 。我国的深圳 、 上海等城市也 有一些建筑采用了 自密实混凝土施工技术 ， 取得 了 很好 的效果阎 。普通 自密实堆石混凝土 的制作是 由 清华大学金峰教授提 出的 ， 该技术是利用 自密实 混凝土 的高 流动及抗分离性能 ，在粒径较 大块石 ( 块石粒径在 1 5 0 mm)的随机堆积体内灌注 自密实 混凝土 ， 形成 的一种混凝土堆积体 ， 该技术 已推广 基金项 目： 清华大学水沙 国家重点实验室项 目( S k l h s e 一 2 0 1 0 一 C - 0 2 ) ； 青岛工学院校 长基 金项 目( 2 0 1 2 K Y 0 0 1 ) ； 山东省教育 厅 科 技 项 目( J 0 9 I 5 4 ) ； 潍 坊 市 科 技 计 划 发 展 项 目 ( 2 0 1 2 1 3 5 1 ) ； 国家青年科学基金项 目( 5 1 1 0 8 1 5 1 ) 。 应 用 于 或可 应 用 于堆 石 混凝 土 坝 以及 围堰 、港 口、 海工 、 护坡 、 块石胶结充填采矿等结构 中， 成为一项 新 的施工技术9 1 。国外学者的研究主要集 中在对 自 密 实混凝土性能 的研究方面 ， 如抗压强度 ， 抗弯强 度等 1 0 - 1 1 以及温度 、 水灰比， 矿物添加等 因素对 自密 实混凝土的影响 1 2 - 埘 。本项研究结合 自密实混凝土 和大粒径堆石体的特点 ， 并基于废弃固体垃圾 的综 合利用技术 ， 将普通 自密实堆石混凝土 中的天然骨 料换成大粒径的再生骨料 ，在模板 内随机堆积 ， 并 灌注 自密实混凝土 ， 就形成了再生骨料 自密实堆石 混 凝 土 ( R e c y c l e d A g g r e g a t e R o c k - fi l l C o n c r e t e ) ， 用 该材料制作墙体 ， 进行在静荷载作用下抗压承载力 试验和破坏形态分析 ， 为工程应用 的合理性提供科 学依据。 1 试 验原 材料 和试 验过 程 大直径再 生骨料 与普通 骨料相 比较有很 大不 同， 其表面裂隙较多 ， 骨料 比表面积小 ， 灌注的 自密 实混凝土材料较少 ， 界面粘结性能与普通机械搅拌 的再生骨料混凝土及普通 自密实堆石混凝 土有一 定 的差异 ， 材料的强度机理和破坏形态都带有 自身 的特点。该材料所制作 的结构构件与普通混凝土 、 一 6 7 2 0 1 3年第 5 期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 5期 有关破坏机理等尚需进一步的深入研究。 2 3 砌体的应力一 应变曲线 试验所得到的试件 1 、 试件 2的应力一 应变曲线 如图 7所示。图中 X h 一 1 表示西横 1 ， x s l 表示西竖 1 ， d h 一 1表示东横 1 ， d s 一 1 表示东竖 1 ，依此类推 ， 均 表示试验过程 中所取的方位 的测点横 向、竖 向应 变 ， 见 图 4 。 试验测得 了一定的下降段。从应力应变曲线中 可以看出， 砌体开裂前 ， 应力一 应变关系基本呈线性 变化 ， 线性变化阶段 比普通混凝土要长 ， 这可能是 由于再生骨料 自密实堆石混凝土 中， 大直径骨料所 形成骨架的弹性表现 ，导致有较高的平均应力水 平 。只有当压应力较大时， 主裂缝才会贯穿发展而 破坏。荷载达到峰值后， 砌体承载力迅速下降， 应力 增长速度减慢 ，而应变发展速率提高 。在应力为 8 5 - 9 0 的极限应力时 ， 试件基本丧失承载力。随 着应变增加 ， 应力 开始大幅下降 ， 最后至极 限压应 变 ， 对应 的应力为残余强度。 试验测得的弹性模量如表 4所示。毛石砌体弹 性模量采用毛石强度等级为 MU1 O 0 ， 砂浆强度等级 为 M7 5 。 表 4 实测 弹性模量值与规范值的 比较 由表 4可知 ， 再生骨料 自密实堆石混凝土 的弹 性模量值明显高于规范规定 的毛石砌体弹性模量 值 ， 说 明再生骨料 自密实堆石混凝土墙具较好 的抵 抗变形能力 ， 抗裂性能 比较好 ， 能够满足工程应用 的需要 。 3结论 ( 1 ) 从试件的破坏特征可 以看出 ， 再生骨料与 自密 实混凝土有很好 的粘结性 ，整体工作性能 良 好 。通过对试件的轴心抗压试验 ， 初步得到 了应力一 应变 曲线 ， 其 比例极 限和强度极 限较接近 ， 试件破 坏均属于脆性破坏。而毛石砌体一旦开裂则很快丧 失承载力 ， 易被压成碎块状 。从破坏形态看 ， 再生骨 料的变形性能好于毛石砌体。 ( 2 ) 试 验中得到的再生骨料 自密实混凝土墙的 抗压强度可达 7 1 2 MP a ，远远大于砌体规范规定的 同种砂浆强度的毛石砌体强度( 2 0 3 MP a ) 。弹性模 量明显大于毛石砌体 ， 进一步说明再 生骨料 自密实 堆石混凝土墙具有较高的承载能力和较好 的抵抗 一 7 0一 变形能力 ， 完全可 以满足实际工程中的应用。 参考文献 ： 【 1 】 刘庆 山 开发 利用 再生资源 ， 缓解 自然 资源短缺 J 再 生资 源研究， 1 9 9 4 ( 1 0 ) 5 7 2 D e u t s c h e r A u s s e h u s s F o r S t a h ! b e t o n ，D A f S t b ： R i c h fl i n i e “ B e t o n m i t r e z y k 2 l i e r t e m Z u s e h l a g ” J 1 E n t Wu r f S t a n d J u l i 1 9 9 8 ； G e r ma n c o mmi t t e e f o r R e i n 2 f o r c e d Co n c r e t e ； DA f S t b ： G u i d e l i n e“ C o n c r e t e w i t h R e c y c l e d A g g r e g a t e s ” J D r a f t S t a t u s ： J u l y ， 1 9 9 8 3 j 夕1 J 副麈物 再利用； ： 关寸否用途别暂定品耍 基单( 案) ， J A P A N 4 大内雅博 C u r r e n t c o n d i ti o n s o f s e lf - c o mp a c t i n g c o n c r e t e i n J a p a n P r o c e e d i n g of t h e S e c o n d I n t e rna t i o n a l S y mp o s i u m o n S e l f - Co mp a c t i n g Co n c r e t e ， 2 0 01 ： 6 3 - 6 8 【 5 】 廉慧珍， 张青 ， 张耀凯 国 内外 白密 实混凝土高性能混凝 土 研究及应用现状 J 施工技术， 1 9 9 9 ， 2 8 ( 5 ) ： 1 2 4 【 6 】 安雪晖 ， 金峰 ， 石建 军 自密 实混凝土充填堆石体试验研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 3 6 ， 4 2 7 】 石建军， 周绍青， 张志恒， 等 自密实堆 石混凝 土梁的正截面 受力性能 J 水利与建筑工程学报， 2 0 0 5 ， 3 ( 4 ) ： 3 3 3 5 8 金 峰， 安雪 晖， 石建军， 等 堆 石混凝 土及堆石 混凝 土大坝 叨 水利学报， 2 0 0 5 ， 3 6 ( I I ) ： 1 3 4 7 1 3 5 2 9 P a r r a ，C ， V ale u e n d e ， M ，G t m e z ， F S p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h a n d mo d u l u s of e l a s t i c i t y o f s e l f- c o mp a c t i n g c o n c r e t e C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 1 , 2 5 ( 1 ) ： 2 0 1 2 0 7 1 0 S u k u m a r ，B i n u ，N a g a ma n i ，K ，S r i n i v a s a R a g h a v a n ，R E v a l u a ti o n of s t r e n g t h a t e a r l y a g e s o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e w i t h h is h v o l u me n y a s h C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 8 ， 2 2 ) ： 1 3 9 4 - 1 4 0 1 【 1 1 】 G r z e s z c z y k ， S , S u d d， M T h e i n fl u e n c e o f t e m p e r a t u re o n t h e fl u i d i t y o f f r e s h ? s e l f c o mp a c ti n g c o n c r e t e P r o c e e d i n g s of t h e I n t e r n a t i o n al Co n f e r e n c e o n Ad mi x t u r e s- E n h a n c i n g C o n c r e t e P e r f o r ma n c e ， 2 0 0 5 ： 1 6 5 1 7 0 【 1 2 1 R e i n h a r d t H a n s - Wo l f , S t e g ma i e r M i c h a e 1 I n fl u e n c e of h e a t c u ri n g o n t h e p o r e s t r u c t u r e a n d c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f s e l f - c o mp a c ti n g c o n c r e t e ( s c c ) C e m e n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 5 ) ： 8 7 9 - 8 8 5 【 1 3 】E r d o a n O z b a y ，A h m e t 0 z t a s ，A d i l B a y k a s o g l u ，H a k a n Oz b e b e k I n v e s ti g a t i n g mi x p r o p o r t i o n s o f h i s h s t r e n gth s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e b y u s i n g Ta g u e h i me t h o d C o n s t r u c ti o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri als ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 2 ) ：6 9 4 - 7 0 2 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 2 7 作者简介 ： 王海超 ( 1 9 6 0 一 ) ， 男 ， 教授 、 博士。 通讯地址 ： 山东省青岛经济技术开发区前湾港路 5 7 9号 联 系电话 ： 1 5 2 5 3 2 8 8 0 1 7 E- ma i l ： h c h wa n g 6 0 3 1 1 6 3 c o m 通讯作者 ： 高义龙 1 5 8 6 6 8 2 8 8 2 0 E- ma i l ： g a o g o a 1 3 1 8 8 1 6 3 c o m