粘土砖再生粗骨料混凝土梁弯曲性能的试验研究.pdf
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1、第 3 7卷 第 3期 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) V o 1 3 7 N o 3 2 0 1 6年 6月 J o u r n a l o f N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) J u n 2 0 1 6 DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 01
2、 6 0 3 0 0 8 粘 土砖再 生粗 骨料 混凝土梁弯 曲性能 的试验研 究 程 远 兵 ,乔 光 华 ( 1 华北水利水 电大 学 土木 与交通学院 , 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ; 2 黄 河交通学院 , 河 南 焦作 4 5 4 9 5 0 ) 摘要 : 为了研 究粘土砖再生粗骨料混凝 土梁的弯 曲性 能及其 与普通 混凝 土梁 的差异 , 设计 了 2个粘 土砖再 生粗 骨料混凝 土梁试 件和 1个普通钢筋混凝土梁对 比试 件 , 3个试件均为简支梁 、 矩形截面 , 截面的宽和高 分别 为 1 5 0 mm和 3 0 0 m m, 梁的跨度均为 3 m, 配筋均相 同
3、, 试验 的加载方式也完全相 同。再生粗 骨料 混凝土 中 粘土砖粗骨 料的质量替代率为 3 5 。采用 M T S液压伺 服系统进行加载 , 测 试了各个 试件 的受 力与变 形性 能 , 对钢 筋的应变 、 梁 的变形和破坏形态等进行 了对 比分析。结果表 明 : 在相 同条 件下 , 与普通 混凝土 梁相 比, 粘土砖再生粗骨料混凝 土梁 在发生弯 曲破坏时 , 挠度稍大 , 承 载能力和刚度均有一定程度 的降低 。 关键词 : 混凝土 ; 粘土砖再生粗骨料 ; 梁 ; 弯曲性 能 ; 试验研究 中图分 类号 : T V 4 3 1 9 ; T U 3 7 2 文献标识码 : A 文章编
4、 号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 4 1 0 4 随 着房 地产 业 和 城 镇 化 建设 的不 断发 展 , 旧有 建筑 的拆 除及改 造量 不 断增 加 , 建 筑 垃圾越 来 越多 , 对建筑垃圾的无害化处理和再生资源化利用 已成为 重要的研究领域。建筑垃圾的主要组成部分之一是 废弃的粘土砖 , 将废弃粘土砖粉碎 、 筛选成再生粗骨 料 , 部 分 或全 部替 代普 通混 凝 土 中的粗 骨料 , 制做 成 粘 土 砖再 生粗 骨 料混 凝 土 , 是 建筑 垃 圾 循 环 利 用 的 一 种 新途 径 。 已有的研究 表 明, 用粘土砖粗
5、骨料替代部 分 普 通骨 料拌 制 的混凝 土 的强度 较 普通 混凝 土 的强 度 有 一定 程度 的降 低 。 因此 , 粘 土砖 再 生 粗 骨 料 混 凝土主要用于低层 、 多层建 筑结构或对材料强度要 求不高的工程结构中。 本 文 主要研 究粘 土 砖再 生粗 骨料 混凝 土 梁 的受 力 和变 形性 能 。根 据 选 定 的 配 合 比, 制 作 粘 土砖 再 生粗骨料混凝土梁试件和普通混凝 土梁对 比试件 , 两类试件的尺寸、 配筋 以及支 承条件等 完全相 同。 试验 梁 均采 用液 压伺 服 系统进 行 加载 。通 过试 验测 试两 类 梁 的受力 特点 、 变 形特 征 和
6、破坏 形态 等 , 来对 比研究粘土砖再生粗骨料混凝土梁的结构性能。 1 试件设计及试验 1 1试 件设 计 共设计 了 3个 梁 试件 , 试 件 的编 号 分别 为 R C B 一 1 、 R C B 2和 B 1 , 其中符号 R C B代表粘土砖再生粗骨 料混凝 土梁 , 符号 B代表普 通混凝 土梁 。确定梁 的尺 寸和配筋时, 综合考虑了工程实际应用情况、 设计规 范要求和试验条件限制等因素。梁的跨度均为 3 m, 矩形截 面 , 截 面 的宽 和高 分别 为 1 5 0 m m 和 3 0 0 m m, 梁弯拉 区 的配 筋 均 为 2生 l 4 , 梁 端 为 简 支 , 如
7、图 1所示 匹二二 豇 ,0t, 1, 9009003 000 1 900 4, t 150 图 1 试验梁 的尺寸和配筋 ( 单位 : mm) 1 2试 件材 料 的配 比及性 能 综 合考 虑粘 土砖再 生 粗骨 料混 凝 土强度 的降低 情况 加 和粘 土砖 骨 料掺 加 量 , 经 过 试 验 确定 再 生 粗 骨料 混凝 土梁试 件 中再 生粗 骨料 的质 量替 代率 为 收 稿 日期 : 2 01 60 53 0 基 金项 目: 2 0 1 5年度河南 省基础与前沿技术研究计划项 目( 1 5 2 3 0 0 4 1 0 1 1 1 ) 。 作 者简介 : 程 远兵 ( 1 9 6
8、 5 一 ) , 男 , 河南南 阳人 , 教授 , 博士 , 主要从事 混凝 土结构及抗震方面 的研究 。E - m a i l : c y b n y 1 6 3 e o m。 4 2 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 ) 3 5 , 即将 普 通混 凝 土 中的 粗 骨料 质 量 的 3 5 用 粘 土砖 粗 骨料 替代 。普 通混 凝 土 和再 生混凝 土 配合 比 的水 灰 比均 为 0 4 , 砂 率 为 3 0 。普 通 混 凝 土 的设 计强 度 为 C 4 0 , 粘 土 砖 骨 料 的 粒 径 范 围 为 5 2 0 m m。普 通 混 凝 土
9、的 配 合 比 ( 1 1 T I 的 材 料 用 量 , k g ) 为水 泥: 水 : 砂: 石 = 5 6 3 2 : 2 2 5 2 : 4 8 4 0 : 1 1 3 0 0 , 掺 加粘 土砖 再 生 粗 骨 料 混 凝 土 的 配 合 比 ( 1 m 的 材 料 用 量 , k g ) 为 水 泥 : 水 : 砂 : 石 : 粗 砖 骨 料= 5 6 3 2 : 2 2 5 2 : 4 8 4 0 : 4 8 4 0 : 7 3 4 4 。 实 测 的 混 凝 土 材 料 的 力学 性 能 指 标 见 表 1 , 实 测 的钢 筋 的 力 学 性 能 指 标 见 表 2 。 表
10、1 实 测 的 混 凝 土 材 料 的 力 学 性 能 指 标 1 3 加 载 方 案 采 用 MT S液 压 伺 服 系 统 加 载 。试 验 梁 采 用 液 压 千 斤 顶 施 加 集 中力 , 通过分 配 梁将 千 斤顶 产 生 的 集 中 力 对 称 地 分 配 到 试 验 梁 上 , 使 梁 跨 中 形 成 9 0 0 m m长 的纯 弯 段 。 图 2是 试 验 梁 的 加 载 系 统 示 意 和测点 布 置 图。 表 2 实测的钢筋材料 的力学性能指标 试 验 梁 按 照 一 般 结 构 静 载 试 验 的加 载 程 序 进 行 , 包括 预加 载 、 正式 加 载和 卸载 3个
11、 阶段 。正式 加 载 时 , 每级 加载值 取 计算 破 坏 荷 载 的 1 0 左 右 。加 载 过程 中 , 待每 级荷 载稳 定后 , 采 集数 据 并 观察 裂缝 出现及 开展 情 况 , 描 画 裂 缝 。相 邻 加 载 级 之 间 的 时 间间 隔大 约 为 1 5 mi n , 最 后 加 载 至 混 凝 土 梁 破 坏 。 在 预计 达 到 试 验 梁 开 裂 荷 载 和 极 限 荷 载 的前 一 级 时 , 加 密加 载等 级 。梁 的加 载级 数 为 1 0级 到 1 2级 。 试 验梁 的 卸载 分两 级完 成 。 图 2试验 梁的加载示意及测 点布 置图 ( 单位 :
12、 mm) 1 4测试 参 数及 测试 方 法 试 验 测试 的 主要 参 数 有 : 梁 在 每级 荷 载 下 的跨 中挠 度 、 混凝 土 的 应 变 和 纵 向 钢 筋 的应 变 。观 察 裂 缝 的出 现 和发展 情 况 。 施 加 在 试验 梁 上 的力 采用 压 力传 感 器 测 得 , 试 验梁 的 变形 通过 位 移 传 感 器 量 测 , 钢 筋 和 混 凝 土 的 应变 通 过 电阻应 变 片测 得 。裂缝 观测 采 用放 大镜 和 裂缝 宽 度仪 。 钢 筋 应 变 片 设 置 在 纵 向 受 拉 钢 筋 的跨 中 位 置 处 。在 梁 的两个 侧 面 各 设 置 5个 混
13、 凝 土 应 变 片 , 最 上 面 的应 变片距 梁 顶 面 2 5 mm, 向下 依 次 布 置 2个 间距 为 2 5 f i l m 的应变 片 , 梁高 的 中间 处 也 布置 混 凝 土 应 变 片 , 底 部 的应 变 片距 梁 底 面 2 5 m m。 为便 于 观 察裂 缝 的 出现和 发 展 情 况 , 试 验梁 的表 面 在 试 验 开 始之 前 已打 磨平 整 , 并涂 刷 白色涂 料 , 梁表 面 用墨 斗弹 出 网格线 。 2 试 验结果分析 2 1试验 梁 的荷 载 与挠 度的 关 系 普通 混凝 土对 比试验 梁 B 一 1和粘 土 砖粗 骨 料 冉 生混 凝土
14、 试 验梁 R C B 的荷 载 一挠 度 关 系 曲线 分 别 如 图 3和图 4所示 。 蚕 挺 挠度 mm 图 3试 验 梁 B- 1的 荷 载 一挠 度 曲 线 第 3 7卷第 3期 程 远兵 , 等 : 粘土砖再生粗 骨料混凝土梁弯 曲性能 的试验研究 4 3 蚕 枢 o 1 2 3 4 5 6 7 挠度 m m 图 4试验梁 RC B的荷载 一挠 度 曲线 从 图 4及 其 与 图 3的对 比中 可 以看 出 : 粘 土砖 再 生粗 骨 料 混 凝 土 梁 的 受 力 全 过 程 可 划 分 为 未 开 裂 、 带 裂缝 工作 和破 坏 3个 阶段 。在 刚开 始加 载 时 , 由
15、于荷 载较 小 , 试 验梁侧 面 各点 的应 变均 较小 , 梁 表 现 为弹 性变 形特 征 , 跨 中挠 度 与荷 载 基 本 呈 线 性 增 长关 系 。曲线 的起 始 段 随 着 荷 载 的持 续 增 加 , 挠 度 增长 速 率提 高 , 临近 开裂 时 , 混凝 土 的应变 值 和钢筋 的应变值 都变得不稳 定。在加 载到钢筋 接近屈服 时 , 在 梁 的纯 弯 段 区域 , 出现 了一 条 或 多 条 竖 向裂 缝 。跨 中挠度 增加 得 很 快 , 荷 载 一挠 度 曲线 上 出现 了拐 点 , 跨 中的挠 度值 和应 变值 发生 了突变 。之 后 , 随 着荷 载 的持 续
16、增 加 , 试 验 梁 的跨 中位 置 处 裂 缝 也 越来 越 多 , 挠度 值进 一步 增加 , 荷 载 一挠度 曲线呈 明 显 的非 线性 特点 。在 纵 向 钢筋 屈 服 后 , 荷 载 一挠度 曲线 近 似 以水 平 线 式 发展 , 粘 土 砖 再 生 粗 骨料 混 凝 土梁 与普 通混 凝 土 梁 的挠 度 均 急 剧 增 加 , 纯 弯段 处 的裂缝宽度迅速变宽 , 但荷载值 的变化却很小。随 后 , 试验梁 由于纯弯段处的裂缝宽度过大, 受拉区受 力 钢筋 屈服 、 受 压 区混凝 土 被压 碎 而破坏 。 上 述 对 比和分 析 表 明 , 粘 土 砖再 生 粗 骨 料 混
17、凝 土梁的变形性能与普通混凝土梁的大体相似。不同 的是 , 粘 土砖 再 生粗 骨 料 混 凝 土 梁 由于 粘 土砖 再 生 粗 骨 料 的掺 入 , 开 裂 荷 载 较 普 通 混凝 土梁 的开 裂 荷 载低 , 最终 的破坏 荷 载 也 较 低 。表 3是 两 类 梁 的开 裂 荷 载 、 屈 服荷 载 和破 坏荷 载数 据 。 表 3试验梁的开裂荷载 、 屈服荷载和破坏 荷载 值k N 2 2试验 梁 荷载 与钢 筋 混凝 土 的应 变 关 系 2 2 1 试 验梁 荷载 与钢 筋 的应 变 试 验 梁 B 一 1和 R C B的荷 载 一底 部 纵 向受 拉 钢 筋应 变 关 系 曲
18、线 如 图 5所 示 。 1 6 o o o 1 4 o o o 1 2 o o o l O o o o 8 0 0 o 疆 器 6 o o o 4 o o o 2 o o o O o l O 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 荷载 k N 图 5试验梁荷载 一底部纵向受拉钢筋应变关 系 从 图 5中可 以看 出 , 在每 个 阶段 , 纵 向受拉 钢 筋 的应变 与荷 载基 本 上呈线 性 比例关 系 。在 混凝 土 开 裂 前 , 混 凝 土承担 主 要 的拉 应 力 , 纵 向钢筋 的应 变较 小 。混凝 土 开裂 后 , 受 拉 区混凝 土 逐渐 退 出工作 ,
19、钢 筋 开始 承担 主要 的 拉力 , 粘 土 砖再 生 粗 骨 料 混 凝 土 梁和普通混凝土梁 的纵 向钢筋应变变化规律基本一 致 。荷 载 继续 增加 , 新 的裂 缝不 断产 生 和发展 , 钢 筋 应 变也 不 断增 加 。纵 向钢 筋 屈 服 时 , 钢 筋 的 应 变迅 速 增大 而荷 载变 化却 很小 。 试 验 结果 表 明 , 粘 土 砖 再 生粗 骨 料 混 凝 土梁 和 普 通混 凝土 梁在 加 载 过程 中 , 受 拉 纵 向钢 筋 应 变 变 化规律大体相似 , 试验梁在加载过程 中各个 阶段 的 受力 性 能 良好 。钢筋屈 服后 , 和普通 混凝 土 梁相 比,
20、 粘土 砖再 生粗 骨料 混凝 土梁 纵 向钢筋 应变 增 加更 明 显 , 这 表 明粘土 砖 再 生粗 骨 料 混 凝 土 与 钢 筋 的 粘结 性 能 良好 , 二者 在梁 的加 载过 程 中 的变 形协 调 性好 。 2 2 2 试验梁荷载与混凝土的应变 试验梁在不 同荷载等级下跨中截面混凝土应变 沿 高度方 向的变 化情况 如 图 6所 示 。 3 0 0 目 柰 2 25 蛊 恒 l 啦 1 5 o ; 盛 I 75 k N k N k N 一 8 0 0 - 4 0 0 0 4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0应变 “ 图 6 各级荷载下梁侧面
21、的应变变化 从 图 6中可 以看 出 , 和普 通混凝 土 梁相 似 , 各 级 荷 载下 粘土 砖再 生粗 骨料 混凝 土梁 的跨 中截 面上 混 凝 土 的平 均 应变 近似 呈直 线分 布 。这表 明粘 土砖 再 生粗 骨料 混凝 土梁 和普 通 混 凝 土 梁 一样 , 跨 中截 面 舳 如 如 加 O 4 4 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2 0 1 6年 6月 上 的应 变符 合 平截 面 假定 。 2 3裂缝 分布 情 况 图 7是 试 验梁 的 裂缝 分布 图 。从 图 7中可 以看 出 , 在 加 载初 期 , 试 验 梁 的裂缝 较 少
22、 , 开 展 缓慢 , 裂缝 宽 度较 窄 , 裂缝 长度 较 短 。在加 载 中期 , 裂 缝 开始 陆 续 增多并 持续发展 , 无论是 粘土砖再 生粗骨 料 4 j 6 【 9 1 o n l 1 2 l 3 1 6 l1 7 18 【 l9 。 2 2 l 。 一 , I 一 止 回 o ll = 1 k j 畎 , f f l ( J l( 同 l lt 0 护 一 l 0 L 岛 由 lj 。 i 。 k 底面 混凝 土 梁还 是 普通 混 凝 土 梁 , 裂 缝 在 纯 弯 段 位 置 处 分布均密集 , 很多裂缝都近似平行地竖直 向上延伸 , 但 裂缝 宽度 增 加 不 是很
23、明显 。在 加 载 后 期 , 梁 在 纯 弯 段 的裂缝 继 续 向上 延 伸 , 并 不 断 变 宽 。试 验 结 果 表 明 , 粘土 砖再 生 粗 骨料 混 凝 土梁 与 普 通 混 凝 土 梁 在 不 同 的加载 阶段 , 裂缝 的 出 现及 分 布 情 况 十分 相 似 , 裂 缝 均集 中在 梁 的纯 弯段 。 底面 ( b )梁R C B 图 7试 验 梁 的 裂 缝 分 布 图 3 结 语 通 过 2个粘 土砖 粗 骨料 再生 混凝 土 梁 和 1 个 普 通混凝土梁 的对比试验 , 测得了梁在各 级荷载作用 下 的挠 度 、 梁侧 面 的应 变 和纵 向受拉 钢筋 的应变
24、, 观 察 了 裂缝 的 出现 和发 展 情 况 , 研 究 了在 弯矩 作 用 下 粘 土砖 粗 骨料 再 生混凝 土 梁 的弯 曲性 能 。通过 对 比 分 析 , 得 到以 下主要 结 论 : 1 ) 粘 土砖 再 生 粗 骨 料 混 凝 土 梁 与 普 通 混 凝 土 梁 的受 弯 性能 基本 相 同 。从开 始 加载 到破 坏 的整个 过 程 中 , 粘 土 砖再 生 粗 骨 料 混 凝 土 梁 与 普通 混凝 土 梁 均具 有 弹性 、 开 裂 、 屈 服 和破 坏 4个 阶段 , 试 验梁 达 到 极 限状态 前 , 都有 较 大 的挠度 增 长和 裂缝 开展 , 均属 于 塑性
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- 粘土砖 再生 骨料 混凝土 弯曲 性能 试验 研究
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