再生混凝土力学性能及其计算方法研究.pdf
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1、2 38 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 9卷第 5期 2 0 1 3年 1 O月 再生混凝土力学性能及其计算方法研究 王周松 ( 浙江丽水正达建筑公司, 浙江 丽水3 2 3 0 0 0 ) 摘要: 再生混凝土不同力学性能指标的计算方法对于再生混凝土结构构件的分析和设计具有重要的现实意义。 针对当前的研究现状, 本文完成了相关试验 , 系统研究了不 同强度等级再生混凝土的立方体抗压强度、 应力一 应变 曲线、 峰值应变、 泊松比、 圆柱体抗压强度和弹性模量以及断裂能等性能, 考察了普通混凝土各力学性能指标的计
2、算公式对再生混凝土的适用性。试验结果表明, 除断裂能外 , 普通混凝土力学性能指标的计算公式均不适用于再 生混凝土。基于本文试验结果的统计回归, 给出了再生混凝土相关力学性能指标的计算公式。 关键词: 再生混凝土; 力学性能; 试验研究; 计算方法 中图分类号: T U 5 2 8 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 5 2 3 8 0 5 S t u d y o n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c a l c u l a t i o n o f r e c y c l e d
3、a g g r e g a t e c o n c r e t e WANG Z h o u s o n g ( Z h e j i a n g L i s h u i Z h e n g d a B u i l d i n g L t d , L i s h u i 3 2 3 0 0 0, C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e r e l a t i o n s f o r v a r i o u s 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 c
4、o n c r e t e a r e v e r y i mp o rt a n t for t h e analy s i s and d e s i g n o f e l e me n t s a n d s t r u c t u r e s me mb e r s ma d e o f t h i s k i n d o f ma t e ria1I n t h i s p a p e r , e x t e n s i v e e x p e r i me n t al wo r k w a s c o n d u c t e d t o i n v e s t i g a t
5、e t h e c h a r a c t e ris t i c s o f d i ff e r e n t me c h an i c a l p r o p e r t i e s of r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e o f diff e r e n t s t r e n g t h g r a d e s Th e ma i n c o n t e n t s i n c l u d e t h e c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n gth, s t r e s s s
6、 t r a i n c u r v e, p e a k s t r a i n, P o i s s o n r a t i o, c y l i n d e r c o mp r e s s i v e s t ren gth a s w e l l a s mo d u l u s o f e l a s t i c i t y a n d t h e f r a c t ure e n e r g y T h e s u i t a b i l i t y o f e mp i ric a l e q u a t i o n s e s t a b l i s h e d f o r
7、 c o n v e n t i o n al c o n c ret e i s e v alu a t e d for r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e I t i s fou n d t h a t e x c e p t f o r t h e f rac t u r e e n e r g y ,t h e r e l a t i o n s b e t we e n d i f f e r e n t me c h a n i c al p r o p e rt i e s o f n o r mal c o n c
8、 r e t e a r e n o t v a li d for rec y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e On t h e b a s i s o f reg r e s s i o n analy s i s u s i n g t h e r e s u l t s o b t ain e d i n t h i s p a p e r , s o me alt e r n a t i v e e q u a t i o n s f o r rec y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t
9、e w e r e p rop o s e d, wh i c h c a n b e u s e d t o e s t i ma t e s o me me c h an i c al p r o p e rt i e s f r o m t h e c u b e c o mp res s i v e s t ren gth Ke y wo r d s : r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c ret e ; me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ; e x p e rime n t al s t u
10、d y; c a l c u l a t i 0 n - -0 一 U 刖 吾 废旧混凝土建筑物及构筑物的拆除 , 市政工程 的动迁改造 , 以及商 品混凝土厂 由于质量或者调度 等因素, 均会产生大量的废弃 昆 凝土。传统的废弃 混凝土处理方式既没有做到资源的合理利用 , 同时 又污染了环境 。对废弃混凝土进行循环再生利用 , 既可以实现废弃混凝土的有效处理, 又能减少其对 环境的污染, 符合发展可持续建筑发展的要求, 对于 发展循环经济, 构建节约型社会具有重要意义。 将废弃 昆 凝土块经过破碎和分级后形成再生骨料, 用来代替天然骨料( 一般是粗骨料) 配制而成的新 收稿 日期 : 2 0
11、 1 2 - 0 3 - 2 6 作者 简介 : 王周松( 1 9 6 3一), 男 , 高 级工程 师 , 主要 从事建 筑结构设 计与施工管理方面 的研究工作。 Ema i l : l i j i a b i n 6 5 9 8 h o t ma i l c o rn 混凝土称为再生混凝土。近 年来 , 国内对再生混凝 土进行 了一系列 的研究 , 取得了很多成果 - 】 引。针对 目前 的研究现状和应用需要 , 在作者 以往 的研究 中, 对再生混凝土的抗拉性能进行了系统的研究 , 建 立了再生混凝土峰值拉应变的计算公式, 并给出了 再生混凝土应力一 裂缝宽度的关系式 , 这些研究工作
12、有助于完善再生混凝土结构的分析和设计方法。 混凝土各力学性能指标之间的换算关系对于混 凝土结构构件的分析和设计具 有重要 的现实意义 , 对于再生混凝土而言, 也是如此, 但是在以往的研 究中, 大多数研究者往往侧重与普通混凝土配合 比 相同或者坍落度相 同情况下再生混凝土的基本性能 对比研究 , 所建议 的力学性能指标计算方法大多基 于比较单一的试验数据, 因此可能不适用于不 同强 度再生混凝土 的情况 。针对这 一研究 现状 , 本 文结合试验系统研究了不同强度等级再生混凝土各 王周松: 再生混凝土力学性能及其计算方法研究 2 3 9 力学性能指标之间的换算关系。主要研究 内容包括 再生混
13、凝土的立方体抗压强度、 应力一 应变 曲线 、 峰 值应变、 白 松 比及弹性模量和断裂能等。这些研究 工作为推动再生混凝土的推广应用提供了一些基础 数据。同时考虑到 , 虽然 目前利用再生骨料配制高 强混凝土技术上已经可行 , 但是以往的文献 研究 表明, 高强度再生混凝土的界面强度明显低于水泥 石基体强度, 因此导致其破坏时很快从界面处发生 破坏 , 因此再生 混凝 土的强度 等级不宜 超过 C 5 0 。 基于这一背景 , 本文 中再生混凝 土强度等级为 C 2 0 C4 0。 1 再 生 混 凝 土 的 配合 比设 计 及 工作 性能 1 1 原材 料 水泥为 3 2 5 R和 4 2
14、 5 R海螺 牌普通硅 酸盐水 泥, 表观密度为 3 1 0 0 k g m 。 , 其中 3 2 5 R水泥用于 配制 C 2 0C 3 0再生混凝 土 , 4 2 5 R水泥用 于配制 C 3 5C 4 0再生混凝土。砂为普通黄砂 , 细度模数为 2 7 5 。天然粗骨料最大粒径为 3 1 5 mm的碎石 , 连 续级配。再生粗骨料 由丽水市某拆除废弃混凝土建 筑物构件破碎加工而成。钻芯取样强度检测结果表 明, 该废弃混凝土的抗压强度大致在 3 6 4 0 M P a 之 间。拌和水为丽水市普通 自来水 。粗骨料 的基本性 能见表 1 。 表 1 粗骨料的基本性能 Ta b l e 1 B
15、a s i c p r o p e r ti e s o f c o a r s e a g g r e g a t e 由表 1可见 , 与天然粗骨料相 比, 再生粗骨料的 密度低、 吸水率高、 压碎指标大, 表明再生粗骨料空 隙率高, 强度低, 其主要原因是由于其表面附着有大 量 水 泥 砂 浆 , 这 与 以往 的研 究 中报 道 的试 验 结 果 H 比较一致 。 1 2混凝土配合比设计 根据本文 的研究 目的, 共配制了 5种强度等级 再生混凝 土 ,即 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 、 和 C 4 0 。各强 度等级再生混凝土的配合比通过调整水灰比反复
16、试 配最终确定, 具体的材料配合 比示于表 2中。由于 再生粗骨料的吸水率较高, 应适当增加用水量进行 补偿。参考 以往 的研究成果 【 】 , 本文试验 中, 在搅 拌混凝土之前, 先根据再生粗骨料的有效吸水率计 算应该增加的用水量( 假设其不参加水泥的水化反 应 ) , 在搅拌混凝土时 , 这部分水 与表 2中不考虑再 生粗骨料吸水时的单位用水量配合 比设计时设计的 用水量一起加入。以往 的许多试验表 明, 这部分 附 加水可以保证混凝 土拌和物具有 良好 的工作性 能, 同时对再生混凝土拌和物的有效水灰 比不会产生过 大影响。 表 2 混凝土的配合 比 Ta b l e 2 M i x
17、pr o por t i o ns o f c o nc r e t e 1 3 试件的浇筑与养护 所有混凝土拌和物均采用机械搅拌, 设备为一 容量为 5 0 L的强制式搅拌机。投料顺序和配制普 通混凝土类似, 首先加人黄砂和水泥, 然后加入粗骨 料, 最后加入水 , 搅拌 35 m i n后测其坍落度 , 试验 结果表明各组混凝土拌和物 的坍落度实测结果在 4 6 c m之间。因此 , 采用本文配合 比的再生混凝土 的工作性能较好, 可满足对 以普通混凝土的相应要 求。与作者前期完成的抗拉性能试验类似 】 , 坍落 度试验后, 将各组再生混凝土拌和物注入钢模, 2 4 h 后拆模 , 在标
18、准条 件下养护 至 2 8 d后 取出进行试 验。 1 4 试验方法 立方体抗压强度、 应力应变曲线和弹性模量试 验按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试 验方法 进行, 试块尺寸分别为 1 5 01 5 01 5 0 ( m m) 立方体和 1 5 01 5 0 X 4 5 0 ( m m) 棱柱体标准试 件 ; 圆柱体抗压强度参照棱柱体抗压强度试验方法 进行 , 试件为 直径 1 5 0 m m、 高 3 0 0 m m 的圆柱 体。 断裂能试验按 照 R I L E M 1 9 8 5 T C 5 0 一 F MC 】 三点弯 曲梁方法进行 ,
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