再生混凝土单轴力学性能指标统一计算方法

丁发兴+方常靖+龚永智+余志武+胡莉娜

摘要：对大量再生混凝土单轴力学性能试验资料进行整理分析，基于统计分析方法，在借鉴普通混凝土力学模型的基础上，对不同取代率下再生混凝土的各种力学性能指标进行统一分析，提出了适用于不同取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变的统一计算公式，建立了再生混凝土单轴受压、受拉的应力-应变全曲线表达式，并将公式计算结果与试验结果进行对比。结果表明：计算结果与试验结果吻合较好；提出的再生混凝土单轴力学性能指标统一计算公式精度较高。

关键词：再生混凝土；力学性能；取代率；应力-应变全曲线

中图分类号：TU398 文献标志码：A

0 引 言

再生混凝土技术是实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，具有显著的社会、经济和环境效益。目前，各国学者对再生混凝土受压、受拉等力学性能开展了较为广泛的试验研究，取得了一些重要的研究成果[1-2]。由于影响再生混凝土力学性能的因素较多，包括再生骨料取代率、配合比方法、再生粗骨料强度、再生混凝土来源、龄期等，导致再生混凝土力学性能的离散性较大，不同学者基于小样本统计分析提出的计算公式适用性较局限。为了便于再生混凝土结构的计算分析，本文中通过对不同取代率下再生混凝土的基本力学性能试验研究资料[3-35]进行分析，在普通混凝土力学性能指标研究成果的基础上，提出考虑再生骨料取代率的再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变等力学性能指标的统一计算公式，并建立不同取代率下的再生混凝土单轴受压、受拉的应力-应变全曲线方程。

1 再生混凝土力学性能指标

1.1 立方体抗压强度

文献[3]中的研究表明，再生混凝土试件的尺寸效应有别于普通混凝土，小试件的强度反而低于大试件的强度。由于现有再生混凝土尺寸效应的试验研究很少，文献[4]中根据现行规范规定，取普通混凝土立方体抗压强度fcu与边长为100 mm的立方体抗压强度fcu，10的比值fcu/fcu，10为0.95。

图1为不同强度等级再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的立方体抗压强度fcu（r）与相同配合比下无再生骨料时的普通混凝土立方体抗压强度fcu比值的试验结果变化规律。由图1可以看出，再生骨料取代率对再生混凝土抗压强度影响的离散性较大，但是大体上再生混凝土立方体抗压强度与普通混凝土立方体抗压强度的比值随着再生骨料取代率的增加而降低。通过对图1所示的124组研究资料进行分析可知，再生混凝土立方体抗压强度fcu（r）与普通混凝土立方体抗压强度fcu关系的计算公式为

1.2 轴心抗压强度

图2为不同强度等级再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的轴心抗压强度fc（r）与相同配合比下 无再生骨料时的普通混凝土轴心抗压强度fc比值的试验结果变化规律。通过对图2所示的87组研究资料进行分析得

肖建庄[1]建议的再生混凝土轴心抗压强度fc（r）和立方体抗压强度fcu（r）的换算关系为

李旭平[6]提出的再生混凝土轴心抗压强度fc（r）和立方体抗压强度fcu（r）的关系为

表1为式（4）～（6）计算所得轴心抗压强度计算结果与试验结果比较的特征值。从表1可以看出：当再生骨料取代率较小时，采用式（4）～（6）计算所得轴心抗压强度都与试验结果吻合较好；当再生骨料取代率r>0.7时，采用本文中提出的式（4）计算所得轴心抗压强度与试验结果的吻合程度优于另外2个公式，且离散率较小。

1.3 轴心抗拉强度

图3为不同强度等级再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的轴心抗拉强度ft（r）与相同配合比下无再生骨料时的普通混凝土轴心抗拉强度ft比值的试验结果变化规律。通过对图3所示的15组研究资料进行分析得 肖建庄等[7]建议的再生混凝土抗拉强度ft（r）和立方体抗压强度fcu（r）的换算关系为

式（9），（10）的轴心抗拉强度计算结果特征值如表1所示。由表1可见，式（9）所得到的轴心抗拉强度更接近试验结果。

1.4 劈裂抗拉强度

图4为不同强度等级再生骨料混凝土在不同再生骨料取代率r下的劈裂抗拉强度fts（r）与相同配合比下无再生骨料时的普通混凝土劈裂抗拉强度fts比值的试验结果变化规律。通过对图4所示的71组研究资料进行分析，可得

根据式（13）～（15）计算的劈裂抗拉强度特征值如表1所示。由表1可以看出，式（13）计算所得到的劈裂抗拉强度更接近试验结果，且离散率更小。

1.5 弹性模量

图5为不同强度等级再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的弹性模量Ec（r）与相同配合比下无再生骨料时的普通混凝土弹性模量Ec比值的试验结果变化规律，其中，E为混凝土弹性模量。通过对111组受压弹性模量和10组受拉弹性模量试验资料进行分析得

根据式（18），（19）计算的再生混凝土弹性模量与试验结果的特征值如表1所示。由表1可以看出，采用式（18）计算所得结果较试验值偏大，采用式（19）计算所得结果在取代率较小时比试验值偏小，取代率较大时明显比试验值偏大，相比而言，式（18）计算结果较为理想。

1.6 受压峰值应变

图6为不同强度等级再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的受压峰值应变εc（r）与相同配合比下无再生骨料时的普通混凝土受压峰值应变εc比值的试验结果变化规律。通过对图6所示的49组研究资料进行分析得

1.7 受拉峰值应变

图7为不同强度等级再生混凝土在不同再生骨料取代率r下的受拉峰值应变εt（r）与相同配合比下无再生骨料时的普通混凝土受拉峰值应变εt比值的试验结果变化规律。根据图7所示的5组研究资料进行分析得endprint

图8为不同强度等级下再生骨料取代率r=0，0.5，1时再生混凝土单轴受力应力-应变全曲线，其中，RC表示混凝土强度。由图8可以看出，曲线形式与相同强度等级时无再生骨料取代的曲线形式一致。

图8 不同强度等级再生混凝土应力-应变全曲线

Fig.8 Stress-strain Curves of Recycled Concrete

Under Different Strength Grades3 结 语

（1）本文中建立的不同强度等级再生混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变、轴心受拉峰值应变等力学性能指标统一计算公式形式简单，且计算精度较高。

（2）本文中提出的不同强度等级再生混凝土轴心受力的应力-应变关系统一计算公式形式简单，与相同强度等级时无再生骨料取代的曲线形式一致，且上升段曲线避免了弹性模量衰减过快的缺点。

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