（环境工程专业论文）再生混凝土梁受弯性能试验研究.pdf

摘要 摘要 大量的废弃混凝土会随着新建筑物的建设、危旧建筑物的拆除以及基础项目 建设而产生。将废弃混凝土破碎、清洗、分级，并按一定的比例配合得到的再生 骨料作为部分或全部骨料而配制成的新的混凝土，即为再生骨料混凝土，也称再 生混凝土。生产再生混凝土是建筑废弃物资源化利用的一种途径。对再生混凝土 的基本性能，已有较多的研究，而目前再生混凝土主要应用于基础层，如公路、 构筑物垫层等。如果能把再生混凝土应用到构筑物上，则可以成为废弃混凝土的 一个有效而广阔的处理途径。 本文通过对八根钢筋再生混凝土简支梁正截面性能的试验研究，分析了再生 骨料替代量、纵向配筋率等对再生混凝土梁的正截面受力性能、破坏形态及变形 特征，主要研究分析了再生混凝土简支梁的正截面承载能力、抗裂度、正常使用 荷载下的裂缝宽度和正常使用荷载下的挠度等的计算，其主要结论如下： ( 1 ) 再生骨料替代量对受弯承载力无显著影响。正截面承载力主要由构件 的尺寸、混凝土材料强度和纵筋配筋率等决定。 ( 2 ) 再生混凝土对钢筋再生混凝土梁的正截面开裂弯矩无显著的影响。再 生混凝土梁的开裂弯矩随配筋率的提高有提高的趋势，但是配筋率对 开裂弯矩影响不大，再生混凝土梁的开裂弯矩主要由混凝土的抗拉强 度决定。 ( 3 ) 再生骨料替代率对钢筋再生混凝土梁的正截面最大裂缝宽度无显著 的影响。 ( 4 ) 在相同荷载下，再生混凝梁的挠度大于普通钢筋混凝土梁的挠度约 1 0 ，再生混凝土梁的挠度随再生骨料取代率的提高而增大。实际工 程应用时，应引起注意。 关键词：再生混凝土；梁；h r b 4 0 0 钢筋；受弯承载力；开裂弯矩；裂缝宽度； 挠度；变形 稳0，j_1jj麓。曩j毫_。一囊j0蠢。学_囊。囊麓。i。，i冀。j。j。囊嚏j穗麓镬_穗。曩膏鼍_勺蔫_稳谚稳麓潼o。德蠢譬j麓鬈，臻麓 摘要 a b s tr a c t al a r g en u m b e ro fa b a n d o n e dc o n c r 反e 、枷l lb ec r e a t e d 、) l ，i t l l l ec o n s 协j c t i o no f n e wb u i l d i n g s ，t h ed e l l l o l i t i o no fo l db u i l d i n g sa n dc o n s t n l c t i o no fi n 仔a s 劬c t u r e p r o j e c t s r e c y c l e da g 黟e g a t ec 锄b eg a i l l e db yb r e a l ( i n g ，c l e a i l s i n ga n dc l a s s i f i c 撕o n m ea b a n d o n e dc o n c r e t e t l l en e wc o n 删e ，u s i n gr e c y c l e da g 莎e g a t ea sac o m p l 锄e 1 1 t t os o m eo ra l lo ft l l en a t l l f a la g 舀e g a t e ，i sc a l l e dr e c y c l e da g 目g a t ec o n c r e t e ，a l s o l ( i l o ma sr e c y c l e dc o n c r e t e p r o “c i n gr e c y c l e dc o n c r e t ei saw a yo fu s i n g 廿l e c o n s m l c t i o nw a s t ea so n er c s o i l r c e 1 i l l ep a s tp e r i o d ，t l l es t l l d i e so n r e c y c l e d c o n c r e t ea r em a i n l yf o c u so nm eb a s i cp 抵a 1 1 c e ， a i l dr e c y c l e dc o n c r e t em a i l l l y a p p l i e dt of 0 u n d a l i o nl a y s l l c h 嬲r o a d s ，s 咖c t l 】eg 曲s n a t e i fr e c y d e dc o n c r e t e c o u l db ea p p l i e dt oc o n c r e t es t r i l 咖r e s ，i tc a l lb e c o m ea 1 1e f f & t i v ea i l db r o a dw a yt o t 1 e a td b a n d o n e dc o n c r e t e b a s e do nb e n d i n ge x p 甜m e l l to f8 r e c y c l e dc o n c r e t eb e 锄s ，a i l a l y z er e c y c l e dt h e i n n u e n c eo fc o n c r e t ea n dr e 主“f o r c 黜e n tr 撕on ot h e r e c y c l e dc o n c r e t eb e 锄s b 蚰d i n g p 娟n l l a l l c e ， f a i l u r em o d e s ，d e f o 姗a t i o nc h a r a c t 嘶s l i c s ，a l l d s t u d yt h en e x w a l c a p a c i 吼c f a c kr e s i s t 柚c e ，c f a c kw i d m 锄dd e n e c t i o n su n d e rs e r v i c 醯b i l i t yl i m i ts t a t 锱 7 1 1 1 em a i nr e s u l t sa sf 0 1 l o w s ： ( 1 ) r 印l a c 锄e n to f n a n l m la g 伊e g a t ew i mr e c y c l e dc o n c r e t eh a sn o ts i 印i f i c a n t i n n u e n c en ot h ef l e x u m lc a p a c i t y r e c y c l e dc o n c r e t eb e a i n s b e n d i n gb e a r c 印a c i t yi sm a i n l yd 酏啪i n e db yd i m e n s i o n so f 鳓r t l c t u r a lm e m b e r m e v a l u eo fc o n c r e t ec o m p r e s s i v es t r e i l 舀ha n dr a t i oo f r e i n f o r c e m e n t ，e t c ( 2 ) r e c y c l e dc o n c r e t eh a sn os i 印谁c a i l ti m p a c to nc r o s s s e c t i o nc r a c kb e n d i n g m o m e n t r e c y c l e dc o n c r e t eb e 锄s c r a c kb r e a l ( i n gm o m e n ta r ei n c r e a s e d w i t ht h e s i n go fr e i n f o r c e i 】【l e n tr a t i o ，b u tt h er 撕oo fr e i n f o r c 啪e n th a s l i t t l ei m p a c t ，c o n c r e t et e i l s i l es t r e n 舀hi st h em 勾o r i m p a c tf a c t o r ( 3 ) r 印1 a c e m e n to fn a t u r a ja g g r e g a t ew i t hr e c y c l e dc o n c r e t eh a sn os i 印i 矗c a n t i m p a c to nt h em a ) 【c 砌( 埘d t ho fr e i n f o r c e m e n tr e c y c l e dc o n c r e t eb e 锄s i i j q；j；j；：j尊；j。；，；4一；，辨l#fi麓尊h；髫，；d1日，津y囊。冀1，譬碍净ol量事l净l；4$孽a：，管l薅i馐口疆s3，茸霉萼埤棚瑶 ( 4 ) t h ed e n e c t i o no fr e c y c l e dc o n c r e t eb e 锄si sl a 增e ra b o u t1 0p e rc 髓tt l l 髓 l a to fo r d i n a r ya g g r e g a t ec o n c r e t eb e a m s ，a n dt l l ei l e n e c t i o nw i l lr i s ew i m m ei n c r e a s eo fr e c y c l e da g 蓦弦g a t er e p l a c e m 咖硼d e rm es 啪el o a d t h e c a l c u l a t e dd e n e 幽o nb vn a t i o n a ls t a l l d a r dc o d e ( g b 5 0 0 1o 一2 0 0 2 ) f 研 d e s i 印o fc o n 凹e t es t n l c t l 玳sa r es m a l l e rt h a ne x p 砸m 朗t a lv a l u e ，s ow e s h o u l dp a ya t t e n t i o nt ot h i st e n ni na c t u a l lc o n s 缸：i l c t i o np r o j e c t k e yw o r d s ：r e c y c l e dc o n c r e t e ； b e 咖；h r b 4 0 0s t e e lb a r ； n e x u r a lc 印a c i t y ；c 稼c k r e s i s t 觚c e ：c r a c kw i d m ；d e f l e c t i o n ；d e f o m a t i o n ； i i l r，浅嗨德滢。遵强蠖壤爹l漕驾淳蛰爱。 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文 没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本 人愿意承担由此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：翔帛 形年孕月枯日 r。j；。；。，；。，。，；=；：，。l，。o；ij；。；。；。o；。；，；，。溺|_。_j一。_。j；。j一。一j鬈i。；一一。一，；囊j_j翻j。一_j。曩j_。一。曩i囊。j。io。；。疆。一一j。j曩?一 警孽 。一 i j郑州大学硕士学位论文 i _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ 一 i i | | 。：； | | ；j |第一章绪论 i 4 - 一4摘要：本章叙述了本选题的意义；简述了国内外再生混凝土技术的研究及开发 ? 现状；阐述了本试验的主要研究内容。 爹关键词：再生混凝土；梁；钢筋；混凝土；再生骨料 薏 _ 潜1 1 选题意义 _ 懑 0 一i随着经济在飞速的发展，城市的建设也正如火如茶的进行中，城市的发展必 i 。簿然伴随着新建筑物的建设、废旧建筑物的拆除和基础建设，在这个过程中必然会 i产生大量的建筑垃圾。 ； ii 在我国，据不完全统计，建筑废弃物数量已占城市垃圾总量的3 0 4 0 ， 漕并且绝大部分建筑垃圾未经处理，直接运往郊外或乡村采用露天堆放或填埋的方 li 式处理，耗用大量的征用土地费、垃圾清运等建设经费；同时，清运和堆放过程 l i l 中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染，破坏了生态环境。 。因此，如何处理和再生利用建筑垃圾已经成为建筑行业和环境保护部门所面临的 l ? 毫l一个重要课题。 一凄在全世界每年混凝土工程中，无论新建还是拆除，其产生的废弃混凝土数量 臻十分巨大。据统计：欧洲共同体废弃混凝土的排放量从1 9 8 0 年的5 5 0 0 万吨增加 浮到目前的1 6 2 0 0 万吨左右，而废砖排放量将基本稳定在每年5 2 0 0 万吨左右；美 霪 国每年大约有6 0 0 0 万吨废弃混凝土；日本每年约有1 6 0 0 万吨废弃混凝土；在德 季国，每年拆除的废弃混凝土约为o 3 吨年人；我国每年拆除建筑垃圾按4 0 0 0 万 。雾吨计算，其中3 4 是混凝土块，则由此产生的废弃混凝土就有1 3 6 0 万吨，除此 | ：琴之外还有新建房屋产生4 0 0 0 万吨的建筑垃圾所产生的废弃混凝土，同时预计今 懑 后混凝土碎块的产生量将增多1 2 1 。 耋 如此巨量的建筑垃圾的处理费用可想而知，而由此引发的环境问题也很明显 。爹 ( 如对耕地的占用、景观的破坏、粉尘对环境的污染等) 。建筑垃圾有许多处理方 一i 法和手段，而建筑垃圾最妥善和最有价值得处理方法就是把它当作可再生资源重 浮r 新利用生产建筑材料。因为这样既可以减少垃圾排放量，节约建筑原材料的消耗， i 浮： 又保护了自然资源和人类的生存环境，产生良好的经济效益、社会效益和环保效 j l ，蠡 l 嵩 一麓 郑州大学硕士学位论文 益。 另外，混凝土生产需要大量的砂石骨料，而随着天然砂石开采的日益增加， 天然骨料资源也亦趋于枯竭，要确保高质量的骨料供给将会愈加困难。因此，建 筑垃圾的再生利用已成为世界发达国家建设和环保部门所共同关注的课题，也由 此引发了各国对建筑垃圾的再生利用的深入研究【l 】。 为解决这些问题，混凝土的生产及施工技术必须走可持续发展的道路，再生 混凝土正是在这种形势下发展的一种适应可持续发展的新型绿色混凝土。 再生混凝土的开发和应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此 造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面，用废弃混凝土循环再生骨料替代天 然骨料，可以减少混凝土工程对天然砂石的开采，可以从根本上解决天然骨料的 日益匮乏以及大量砂石的开采对生态环境的破坏，保护了人类的生存环境，保证 了人类社会的可持续发展。因而再生混凝土作为一种新型的绿色混凝土，已经成 为世界各国共同关心的重大课题，并成为国内工程界和学术界关注的热点和前沿 问题之一引。 1 2 再生混凝土的研究开发现状概述 再生骨料混凝土( r e c y d e da g 黔g a t ec o n c r e t e ，r a c ) 简称再生混凝土 ( r e c y c l e dc o n c r e t e ) ，它是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后，按一定 的比例与级配混合形成再生混凝土骨料( r e c y d e dc o n c r e t ea g g r e g a t e ，r c a ) 简 称再生骨料( r e c y c l e da g 伊e g a t e ) ；部分或全部代替砂石等天然骨料( 主要是粗骨 料) 配制而成的新混凝土。相对于再生混凝土而言，用来生产再生骨料的原始混 凝土称为基体混凝土( o n 西n a lc o n c r e t e ) 。 按骨料的组合形式，再生混凝土可以有以下几种：( 1 ) 粗细骨料全部为再生 骨料( 2 ) 粗骨料为再生骨料、细骨料为天然砂( 3 ) 粗骨料为天然的碎石或卵石、 细骨料为再生骨料( 4 ) 再生骨料替代部分粗骨料或部分细骨科，或者再生骨料同 时替代部分粗骨料和细骨料【4 】【5 1 。 1 2 1 国内外再生混凝土研究开发利用的现状和发展 第二次世界大战结束后，一些国家开始进行了再生混凝土的研究和丌发利 2 ；+ll，iiit，l钕 郑州大学硕士学位论文 用。到现在已召开了三次有关废弃混凝土再利用的专题国际会议，提出混凝土必 须绿色化的新概念。在加拿大渥太华举行的“水泥和混凝土工业可持续发展国际 会议”也将“利用回收的混凝土作为集料或其它再生结构材料 这一技术列为交 流专题之一。再生混凝土的研究和开发已受到许多发达国家的高度重视，并且已 成为发达国家的共同研究的重大课题，有些国家还采用立法形式来保证此项研究 和应用的发展【6 】【7 1 。在亚洲，日本政府很早就将废弃混凝土作为可再生资源而重 新开发利用，1 9 9 7 年就制定了再生骨料和再生混凝土使用规范，并对再生混 凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了系统的研究；在德国，德 国钢筋混凝土委员会1 9 9 8 年8 月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指 南”， 目前再生骨料混凝土主要应用于公路路面。美国和欧洲各国也加紧了对再 生混凝土的研发。 我国对再生混凝土的开发研究晚于发达国家。2 0 世纪末，我国政府在中 国2 1 世纪议程中国2 1 世纪人口、环境和发展白皮书中，对世界砸临的 环境污染、生态破坏等问题给予了高度的关注。我国政府制定的中长期科教兴国 和社会可持续发展战略，鼓励废弃物的研究和应用。建设部也将“建筑废渣综合 利用 列入了1 9 9 7 年科技成果重点推广项目。这些举措的实施对我国再生混凝 土技术的开发研究起到了积极的推动作用，目前在我国已开始了对大量废弃混凝 土的再生利用进行立项研究。 1 2 2 再生骨料特点 废弃混凝土经过破碎处理，生产出的再生骨料含有3 0 左右的硬化水泥砂 浆，这些水泥砂浆大多数独立成块，少量附着在天然骨料的表面，导致再生骨料 密度小，吸水率高，粘结能力弱。一般来讲，再生骨料棱角较多，表面粗糙。同 时废弃混凝土块再生破坏过程中由于损伤积累会使再生骨料内部存在大量微裂 纹。由于以上原因，以往的研究【8 】【9 】表明，与天然骨料相比，再生骨料具有孔隙 率较高，密度较小，吸水性增强和骨料强度较低等特点。 再生骨料的性能可以通过一定的措施加以改善，如机械措施【1 0 1 ，化学手段， 骨料的强化处理( 将水泥和外掺超细矿物质如粉煤次、纯水泥浆和硅粉等与水按 比例调成浆液，分别对再生骨料进行浸泡和干燥处理) 】，使再生骨料具备和 3 r；：；。，。；。；0，：。；，j。；。o；，。；oj 一 ? | - i ? 。 。 郑州大学硕士学位论文 天然骨料相当的性能。 1 2 3 再生混凝土配合比 由于再生骨料各方面的性能与天然骨料存在差异，为合理有效地推广再生混 凝土，必须根据再生骨料的特点，对再生混凝土的配合比设计进行专门研究。再 生混凝土配合比设计常用的方法有如下几种【4 】f 1 2 】【1 3 】： ( 1 ) 遵循普通混凝土配合比设计方法。由于再生骨料吸水率高，用该法配制 水灰比较低的再生混凝土，其工作性较差；又由于未改变了水灰比，再生骨料吸 水率较高，使实际水灰比降低，拌制的混凝土的强度有所提高。因此该方法适宜 配制强度等级较低如c 2 5 及以下等级的再生混凝土。 ( 2 ) 以普通混凝土配合比设计方法为基础，根据再生骨料吸水率计算所得的 水量计入拌和水中或用水对再生骨料进行预处理。该法的特点是所得的再生混凝 土和易性较好，满足施工要求，但改变了水灰比，增加了实际需水量，在一定程 度上降低了混凝土的强度。 ( 3 ) 以普通混凝土配合比设计方法为基础，用相同水灰比的水泥浆对再生骨 料进行预处理，或者拌合时直接增加水泥和水用量。该方法的特点是不会改变水 灰比，混凝土的强度可以控制，但却增加了水泥的用量。 根据高性能混凝土配合比的设计方法，在再生混凝土配合比设计中，通过掺 入高效外加剂与高活性超细矿物质掺合料或者两者复合均能显著改善再生混凝 土的性能。试验研究显示，掺加高效减水剂，可有效提高抗压强度( 1 0 2 0 ) ， 并能大大改善拌和物的和易性；掺加l o 的粉煤灰，使再生混凝土的干缩应变、 渗透性和吸水性接近普通混凝土，而且再生混凝土的抗酸性大大提高；两者复合 不仅可以配制出c 5 0 以上强度等级的再生混凝土，而且工作性良好，耐久性得 以较大改善，为配制高性能再生混凝土开辟了途径。 1 2 4 再生混凝土物理性质 由于再生骨料的表观密度普遍低于天然骨料，因而再生混凝土的密度比天然 骨料混凝土的要低。随着再生骨料取代天然骨料用量的增加，再生混凝土的密度 有规律的下降；再生骨料取代率为1 0 0 的再生混凝土较普通碎石混凝土表观密 4 汀矧溺渊潮，溺q溺一稳灞溺淄潮懑一澍润淄溯q懑溺溺，瀚 郑州大学硕士学位论文 度降低约8 。再生混凝土自重降低，对降低建筑物自重，提高构件跨度和降低 结构自重有利。同时，由于其孔隙率大，使得再生混凝土具有较好的保温性能 【1 4 】【1 5 1 。 一般认为，在用水量相同的情况下，与天然骨料混凝土相比，再生混凝土的 坍落度较小，流动性较差，但保水性和粘聚性良好。这主要是由于再生骨料表面 结构、粒径效应和棱角效应所致。再生骨料的表面粗糙，孔隙率大，吸水性较强， 使新浇的拌和物坍落度变小，流动性变差；并且再生骨料粗糙的表面结构，增大 了拌和物的摩擦阻力，使新拌的再生混凝土混合物保水性和粘聚性增强。随着水 灰比的减小，再生混凝土的坍落度变小，这与天然骨料混凝土的规律一致 f 1 3 】【1 5 】【1 6 1 【1 7 1 。 l ：2 5 再生混凝土基本力学性能 再生混凝土的强度与基体混凝土的强度、再生骨料破碎工艺、再生骨料的替 代率以及再生混凝土的配合比等密切相关。由于基体混凝土的强度等级、使用环 境与碳化程度各不相同，解体、破碎的工艺及质量控制措施的差异，导致再生混 凝土强度变化的规律性较差，不同的研究者所得的结论也有所不同。试验研究 f 1 3 】【1 4 】【1 6 】【1 8 】f 1 9 1 表明： ( 1 ) 与普通混凝土相比，再生混凝土的抗压强度降低为0 3 2 【1 3 】。再生混 凝土抗压强度降低的原因一般认为是：再生骨料孔隙率较高，在承受轴向应力时 容易形成应力集中现象；再生骨料与新旧水泥浆之间存在一些结合较弱的区域； 再者再生骨料本身的强度较低。再生混凝土的强度随再生骨料的基体混凝土强度 的提高而增大；并随再生骨料掺量的增加而降低，当再生骨料的置换率小于3 0 时，再生混凝土强度降低很少；用再生粗骨料取代天然粗骨料的再生混凝土的强 度降低幅度较小，而用再生细骨料取代天然细骨料的再生混凝土的强度有较明显 的下降，各龄期均表现出相同的趋势；水灰比对再生混凝土强度的影响较大，随 着水灰比的减小，与天然骨料混凝土强度相比，再生混凝土强度降低的幅度越来 越小。对于不同强度等级的再生混凝土，再生骨料的来源和性质对其强度的影响 程度不同：配制高强再生混凝土时，再生骨料的来源和性质对再生混凝土的强度 影响最大；配制中等强度的再生骨料混凝土时，其对再生混凝土的强度影响次之； 5 郑州大学硕士学位论文 而配制低强度的再生骨料混凝土时，其对再生混凝土的强度影响很小。 ( 2 ) 再生混凝土的抗拉强度和它的抗压强度一样，随着龄期的增长而增长。 r a v i n d r a r a j a h 等【2 伽研究表明，再生混凝土极限抗拉强度与普通混凝土相当。国 内研究者邢振贤等研究表明，再生混凝土的极限拉应变比普通混凝土增加 2 7 7 ，且随着再生集料取代率的增加而增加。但如果在再生混凝土中掺加微细 硅粉和高效减水剂则能够明显的提高其抗拉强度，尤其在2 8 d 龄期以后更为明 显。 ( 3 ) 由于再生骨料中有大量的老旧砂浆附着于原骨料颗粒上，导致再生混凝 土的弹性模量通常较低，一般约为基体混凝土的7 0 8 0 。由于弹性模量低， 变形大，可以预计再生混凝土具有较好的抗震性能和抵抗动荷载的能力。掺入塑 化剂后，可以改善再生混凝土的弹性模量。当掺入最佳数量( 1 0 ) 的膨胀剂后， 弹性模量可提高8 l o 。水灰比对再生混凝土的弹性模量影响较大，当水灰 比由0 8 降低到0 4 时，再生混凝土的抗压弹性模量增加3 3 7 。再生混凝土泊 松比在o 1 8 o 2 3 范围内【h 】。 ( 4 ) 再生混凝土与天然骨料混凝土相比，其干缩量和徐变量平均增加约为 6 0 【1 5 】f 2 0 1 。干缩量的增大取决于基体混凝土的性能、再生骨料质量以及再生混凝 土的配合比。收缩和徐变较大会对再生混凝土的推广和应用有一定的影响，这会 使再生混凝土结构产生较多非受力裂缝，如果这些裂缝内外贯通，周围环境中的 水及其它有害物质很容易渗入到混凝土中，不利于结构的耐久性。可以通过各种 措施来改善再生混凝土的收缩变形性能，m e s b a h 等1 2 1 1 研究掺入聚丙烯纤维和钢 纤维，或再生混凝土中掺入一定量的膨胀剂制成收缩补偿混凝土【l0 1 ，也可采用 较低水灰比或较高强度的再生骨料，试验结果显示，这些措施可以在一定程度上 减小再生混凝土的收缩。为推广再生混凝土，使其能在结构混凝土中应用，需进 一步研究提高再生混凝土强度的途径，降低再生混凝土的收缩和徐变方法，研究 再生混凝土的微观结构和破坏机理。 1 2 6 再生混凝土耐久性能 一般认为，提高混凝土抗拉强度和极限拉伸值，适当降低混凝土的弹性模量， 增加混凝土的拉压比，是提高混凝土构件抗裂性的重要措施。试验结果f 1 4 】【2 2 】表 6 郑州大学硕士学位论文 明，再生混凝土的极限延伸率为1 1 9 1 0 4 ，并且全部采用再生粗骨料的再生混 凝土极限拉伸值较天然骨料混凝土增大2 7 7 ，弹性模量降低3 5 ，拉压比稍 有提高，抗拉强度仅降低7 。由此综合考虑预计再生混凝土的抗裂性稍优于天 然骨料混凝土。 国内外学者根据试验研究，均指出再生混凝土具有较好的抗冻融性。 l i m b a c h iy a 等【2 3 1 根据a s t m 试验方法，得到了经过3 0 0 次冻融循环后，再生集料 取代率为1 0 0 的再生混凝土相对动弹性模量超过9 5 的试验结论。张雷顺等【2 4 】 选用三套配合比设计方案，即普通法、预湿水法和增浆法，配制再生混凝土，并 与天然骨料混凝土作对比来研究再生混凝土的抗冻融性能。结果表明，加入引气 剂后再生混凝土能达到甚至超过天然混凝土的抗冻性能，其中增浆法配制的再生 混凝土的抗冻融性能最好；降低水灰比会提高抗冻融性能。 再生混凝土的抗冻性与同条件下的天然骨料混凝土基本一致，但其抗渗性较 差，而且再生混凝土的抗渗性随着再生骨料用量的增加而降低；但再生粗骨料的 掺入率为3 0 的混凝土的水渗透高度与普通混凝土大致相同。如果加入适量的 粉煤灰可以改善其抗渗性能l l4 1 。对于公路用混凝土，耐磨性是个重要指标。试 验研究发现，再生混凝土的耐磨性能和碎石骨料混凝土的耐磨性能基本相同，满 足道路的耐磨性要求。但也有研究者认为由于再生骨料的抗磨性较差导致再生混 凝土的抗磨性较差。再生混凝土的抗磨性关系到其能否应用于路面工程中的关键 性能之一，因而有必要展开进一步研究。 1 2 7 再生混凝土的结构性能 与普通混凝土相比，再生混凝土的性能相差不大，虽然的确存在不尽人意的 地方，但在合理设计的基础上，再生混凝土作为承重构件用于结构中也是可行的。 当前，国内外对再生混凝土用于简单构件方面进行了一些试验研究【2 5 】【2 6 1 。 1 2 1 7 1 再生混凝土对钢筋锈蚀影响 在混凝土构件中，混凝土需要与钢筋协同工作，以便有效利用混凝土的抗压 强度和钢筋的抗拉强度，在其他条件相同的情况下，氯化物含量和混凝土的碳化 是影响混凝土中钢筋锈蚀的两大因素。废弃混凝土本身含有一定量的氯化物，导 7 郑州大学硕士学位论文 致再生混凝土中氯化物含量偏高【2 7 1 ，从而使再生混凝土中钢筋的锈蚀速度较快。 再生混凝土的碳化速率高于普通混凝土f 2 8 】，其原因一方面是基体混凝土可能已 经碳化，另一方面是再生混凝土孔隙率较大，相同条件下，其碳化深度较大，这 样将导致钢筋锈蚀较快。 目前，各国主要通过限制基体混凝土的氯化物含量和碳化程度以及限制再生 混凝土的使用环境( 如限制在恶劣条件下使用配筋再生混凝土构件) 来解决此类 问题。 1 2 7 2 与钢筋粘结性能 混凝土与钢筋之间的粘结性能是两者共同工作的基础，因此再生混凝土与钢 筋之间的粘结特性对再生混凝土能否作为结构混凝土至关重要。m u l ( a i 等【2 9 1 的试 验表明，无论是在静力还是动力荷载作用下，再生混凝土与钢筋的粘结强度与普 通混凝土基本相同。 1 2 7 3 受弯性能 i p p e im a l l j y 锄a 等1 3 0 j 研究了钢筋再生混凝土梁的受弯性能，试验结果表明再 生混凝土梁的受弯破坏过程与普通混凝土梁一样经历了弹性和塑性阶段，再生粗 骨料混凝土梁的承载力与普通混凝土梁相差不大。c a i m s 等【3 l 】人设计了3 根跨 度为1 5 m 强度4 0 m p a 的混凝土预应力梁，进行了受力性能的试验研究。其中两 根为再生混凝土预应力梁，另一根为普通混凝土预应力梁作对比。研究结果显示， 再生混凝土预应力梁的变形比普通混凝土预应力梁的变形增加显著。 1 2 7 4 受剪性能 b c h a n 【j 副对不同剪跨比和不同配筋率的钢筋再生混凝土梁的抗剪承载力 进行了研究。试验结果表明，钢筋再生混凝土梁按普通钢筋混凝土的设计方法设 计偏于不安全。m s o n o b e 等f 3 3 】研究了钢筋再生混凝土梁的受剪性能，试验结果 表明再生混凝土梁裂缝开展情况和破坏方式与普通混凝土梁相似，无腹筋再生混 凝土梁受剪承载力降低约2 0 ，而有腹筋再生混凝土梁的受剪承载力与普通混凝 土梁几乎没有差异。肖建庄【3 4 】等设计了三根不同再生骨料取代率的有腹筋钢筋 8 郑州大学硕士学位论文 再生混凝土梁进行抗剪试验，试验结果表明抗剪承载力有随着再生粗骨料取代率 的增加而降低的趋势。 1 2 7 5 框架节点抗震性能 vc o r i n a l d e s i 【3 5 】进行了1 0 0 再生粗骨料替代率再生混凝土框架节点与普通 混凝土框架节点的抗震性能对比试验，试验结果表明1 0 0 再生粗骨料取代率再 生混凝土节点的耗能能力比普通混凝土节点略有降低，但降低幅度很小。肖建庄 等【3 6 】进行了3 种不同再生粗骨料取代率再生混凝土框架边节点在恒定竖向轴压 荷载和水平低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究，试验表明：再生混凝土节 点的破坏过程与普通混凝土类似，随着再生粗骨料的加入，再生混凝土节点的抗 震性能有降低的趋势，表现为抗剪承载能力降低，耗能能力降低，延性减小。虽 然再生混凝土节点的抗震性能略低于普通混凝土，但再生混凝土节点的延性等 抗震性能仍满足相应抗震设防要求。 另有，s h i n g o 等【3 7 1 人研究了钢筋再生混凝土梁的疲劳性能；n i s h i u r a 等【3 8 】 人研究了半预制再生混凝土梁的抗震性能。 1 3本文的工作 目前国内外对再生混凝土的基本性能进行较多的研究，再生骨料的应用范围 也主要集中在道路工程和基础中。通过合理的配合比设计，再生混凝土的强度与 普通混凝土相差不大，而在于缩、徐变和抗渗透性等方面较普通混凝土差。因此， 在合理设计的混凝土承重构件与结构中，使用再生混凝土是可行的。目前，对再 生混凝土结构性能方面的研究相对较少，对再生混凝土结构的研究，如果能对再 生混凝土的结构性能给予研究，根据其结构性能特点合理的运用到钢筋混凝土结 构中，这样将给予再生混凝土一个更为广阔的应用范围和应用前景。 本文通过对再生混凝土梁受弯性能的研究，目的在于了解再生混凝土对梁的 受弯承载力、抗裂度、裂缝宽度和梁的变形性能的影响。具体如下： ( 1 ) 分析研究再生混凝土对再生混凝土梁的受弯承载力的影响，分析承载力 计算公式的适用性。 ( 2 ) 研究再生骨料取代率、配筋率对再生混凝土梁的抗裂度的影响，分析抗 9 郑州大学硕士学位论文 裂度计算公式的适用性。 ( 3 ) 分析再生混凝土梁裂缝宽度的影响因素，分析最大裂缝宽度的适用性， 提出修正建议。 ( 4 ) 了解再生混凝土梁的变形情况，分析挠度计算公式的适用性，提出修正 建议。 ( 5 ) 依据再生混凝土梁的相关试验结果，对再生混凝土在工程中应用提出一 些意见和建议，为工程设计作参考。 1 0 郑州大学硕士学位论文 第二章试验概况 摘要：本章介绍了本课题的试验目的、试件的主要参数和几何特征；介绍了试 验所用的原材料及试件制作过程；介绍所用的测试方法和测试内容；描 述了试验的过程，对试验结果进行了汇总。 关键词：再生粗骨料；砂；混凝土；配合比；钢筋；配筋率 2 1 试验梁的设计与制作 2 1 1 试验目的 通过本次试验，研究钢筋再生混凝土梁在改变再生骨料取代率、纵向钢筋配 筋率的情况下的正截面受弯性能，对比再生混凝土梁在受弯极限承载力、最大裂 缝宽度、刚度、开裂荷载等方面与普通混凝土梁的差异，分析现行规范g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 混凝土结构设计规泓3 明中的最大裂缝宽度、挠度等计算公式在再生混凝 土梁中的适用性，并提出修正建议。 2 1 2 试验材料 本次试验混凝土设计配制强度为c 3 0 ( 1 ) 再生粗骨料由郑州大学环境与水利工程学院结构试验室废弃混凝 土经人工破碎、筛分、清洗得到，再生粗骨料粒径5 m m 一2 0 l t n 。废弃混凝土强 度3 5 m p a 4 5 m p a ，龄期3 - 4 年 ( 2 ) 普通粗骨料普通碎石，粒径5 m m 一2 0 m m ( 3 ) 细骨料普通河砂，中砂 ( 4 ) 水泥郑州金龙水泥股份有限公司生产的龙源牌普通硅酸盐水泥 3 2 5 级 ( 5 ) 水郑州市日常饮用水 ( 6 ) 减水剂河南建苑工程材料有限公司生产的f d n 2 萘系高效减水 剂 ( 7 ) 钢筋纵向受拉钢筋采用热轧带肋新1 1 1 级( h r b 4 0 0 ) 钢筋，箍筋和 郑州大学硕士学位论文 架立筋采用i 级8 光圆钢筋，钢筋强度试验值见表2 1 。 2 1 3 试验设计 2 1 。3 1 混凝土配合比 由于再生粗骨料棱角较多，表蔼粗糙，生产出的再生粗骨料含有3 0 左右的 硬化水泥砂浆以包裹在普通集料表面或碎屑的形式存在，且再生破坏过程中由于 损伤积累会使再生骨料内部存在大量微裂纹，因此与天然骨料相比，再生粗骨料 的吸水率较大，再生混凝土的工作性能较差【8 】。本文试验配合比是在普通混凝土 配合比设计方法【4 0 】的基础上，添加高效减水剂，来改善再生混凝土的工作性能。 本文采用的配合比见表2 2 。 表2 1 钢筋试验强度表 t a b l e2 - lp r o p e n i e so f r e i n 如r c 啪e n t 钢筋 8盐1 2釜1 4釜1 6盐1 8 屈服强度( m p a ) 4 0 64 3 24 4 9 4 4 44 3 5 极限强度( m p a ) 5 7 75 8 05 9 95 8 75 9 5 表2 2 混凝土配合比 1 砺l e2 - 2m i ) 【p r 0 叫i o no f c o n c r e t e 再生骨科 水灰比 每m 3 混凝土材料用量( 蚝) 取代率砂率 w c 水 水泥砂天然粗骨料再生粗骨料藏水剂 ( ) 0o 5 73 5 1 9 53 4 26 3 51 1 7 8o 1 3 6 8 3 00 5 7 3 5 1 9 5 3 4 26 3 58 2 4 63 5 3 41 3 6 8 7 0o 5 73 5 1 9 53 4 26 3 53 5 3 48 2 4 61 3 6 8 1 0 00 5 73 5 1 9 53 4 26 3 5o1 1 7 8 1 3 6 8 2 1 3 。2 试件设计及制作 本次试验中共设计制作了8 根梁，所考虑的主要变化参数为纵筋配筋率和再 生骨料取代率： i 组梁：四根，纵筋为3 盐1 2 ，配筋面积3 3 9 ，配筋率p = o 8 2 ，再生骨料取 1 2 疆锄，o；o，o噫；o；，。j，。j，、一；。霄，；一，；：o。一，。，等_矗一对；污；jj。一。，p冀 ，t | 1 - u 。 一。 一 郑州大学硕士学位论文 代率分别为1 0 0 、7 0 、3 0 、o ，编号分别为z s - 3 - 1 2 、z s o 7 3 1 2 、z s o 3 - 3 - 1 2 、 p t - 3 1 2 。 i l 组梁：五根，再生骨料取代率均为1 0 0 ，配筋依次为2 曲1 2 、3 1 2 、2 盐1 8 、 2 盐1 8 + 1 釜1 4 、2 营1 8 + 2 盐1 6 ，配筋率依次0 5 5 、0 8 2 、1 2 5 、1 6 3 、2 4 3 ， 编号依次为z s 一2 1 2 、z s 3 1 2 、 z s 2 1 8 、z s 2 1 8 + 1 4 、 z s 2 1 8 十2 1 6 。梁的 具体设计状况及编号见表2 3 。 表2 3 试验梁的设计参数 t a b l e2 3d e s i 助p a r 铷m e t e r so f b e a m s 再生骨 净混凝 试件编号料取代 梁长梁高梁宽纵筋钢筋面配筋率土保护 ( 珈l n l )( m m )( m m ) 配筋积a 。 p 层厚度 率 ( m m 2 )( ) ( 瑚d n ) z s 2 一1 2 1 0 0 2 0 0 03 0 01 5 02 1 22 2 60 5 52 0 z s 3 1 21 0 0 2 0 0 03 0 01 5 03 盐1 2 3 3 9 o ，8 22 0 z s o 7 3 127 0 2 0 0 03 0 01 5 03 盐1 23 3 9o 8 22 0 z s o 3 3 1 23 0 2 0 0 03 0 01 5 03 妊1 23 3 90 8 22 0 p 1 乙3 1 20 2 0 0 03 0 01 5 03 盐1 23 3 90 8 22 0 z s 2 1 8 1 0 0 2 0 0 03 0 01 5 02 盐1 85 0 91 2 52 0 2 1 8 z s 2 1 8 + 1 41 0 0 2 0 0 03 0 01 5 06 6 31 6 32 0 1 釜1 4 2 盐1 8 z s 2 一l8 + 2 一l61 0 0 2 0 0 03 0 01 5 09 1 12 4 32 0 2 1 6 注：梁z s - 2 1 8 + 2 1 6 钢筋为双层布置，钢筋间净距为2 5 m m ；其他梁钢筋均为单层布置 编号说明：z s - x y 为再生粗骨料取代率为1 0 0 ，配筋为x 根埘的钢筋； z s o 7 3 1 2 为再生粗骨料取代率为7 0 ： p t - x y 为普通混凝土梁( 再生骨料取代率为零) ，配筋为x 根妨的钢筋。 梁的构造图见图2 一l 。根据混凝土结构试验方法标准( g b 5 0 1 5 2 9 2 ) 【4 l 】的 规定，抗压强度、劈拉强度的试块取1 5 0 n 1 1 1 1 1 5 0 m m 1 5 0 m m 的立方体，每组 试件为三块。同时浇注钢筋温度补偿块一块。 构件浇注时采用木模，浇注构件时使用振动棒充分振捣，以防底部不密实， 1 3 翁o_。溺一潮。_渗搿；一镬薯潮譬稿一溺蕊；。蛰警黎一鬻溜潮。镬镬灞，鬻嚏罐。懑，淄淄蠢漕遣溪撼搿懑溜强懑懑灞搿强薅淄灞鞠秘漕浮穗瀚。溜懑溶潭 郑州大学硕士学位论文 但时间也不能过长，太长会导致上层形成纯砂浆层，这样对整个构件的受力有一 定影响。2 4 小时后拆模，拆模后，试件上覆盖草编，并浇水养护，由于夏天蒸 发较快，所以草编上再覆盖塑料布来保持水分。拆模初期每天浇水两次养护，7 天后每天浇水一次养护，龄期2 8 天。 i 塑旦l 鱼! !上鱼! ql 鱼q ! j 三旦旦i 1 1 图2 一l 试验梁的构造图 f i g 2 1s t n l c t i l r eo f e x p e r i m e n t a lb e 绷s 2 2 试验方法及试验结果 2 2 1 加载装置及测试内容 试验采用2 0 0 0 k n 的压力试验机进行加载，取用5 0 0 k n 量程，采用三分点加 载，通过分配梁将荷载对称地施加到试验梁上，在跨中形成6 0 0 m m 纯弯段，试 验装置【4 j 】见图2 2 。 ( 1 ) 钢筋应变测量 钢筋的应变通过粘贴钢筋应变片的方式测量，使用的是标距为5 3 m m 的钢 筋应变片，分别布置在跨中、加载点及支座附近。应变片采用后粘法，在应变片 粘贴处预留孔洞，在梁浇筑养护完成后，再粘贴应变片的方法。这样可以防止在 浇筑及养护过程中应变片由于振捣或受潮失效的问题。 1 4 引_ 一门u 搿舶q。，一。堪；。镬。，一。锑，o_一一，鬈一；镳一_，弼，喵镰。镰童，砑_镧灌一_譬q溺稳确。镰鬈增穗，鬈。_。譬氆瑶遵穗霜露茹穗。礴礴。q y_罐穗。灞“嘈囊。臻穗灞坤_t砑港m疆潞。 一 ， 郑州大学硕士学位论文 矿分表l 。，r矿 i 挚旦l 垒! ! 上 鱼堕 i 鱼! ! 1 塑旦1 分表 图2 2 试验加载装置 f i g 2 2l o a d i n ge q 娃| p 雠i l t 在贴片前首