试验分析再生粗骨料混凝土梁抗弯性能

丁雪艳

建设施工

试验分析再生粗骨料混凝土梁抗弯性能

丁雪艳

再生粗骨料混凝土梁的抗弯性能，在很大程度上，直接影响整个项目工程的建设质量，因此，需要在满足项目工程建设需求的前提条件下，全面地提升再生粗骨料混凝土梁抗弯性能，但是在实际工作中，依然存在诸多的不足和问题，基于此，本文采用试验方式，对再生粗骨料混凝土梁抗弯性能展开具体的论述，期望能够产生一定的积极效用。

一、增强再生粗骨料混凝土梁抗弯性能的必要性

在大量的旧混凝土工程改造工作中，大量的废弃混凝土引发严重的环境污染，并且会占用大量的耕地，增强项目工程建设成本，另外，旧混凝土工程改造工作应当充分地体现出环保性、高效性，在和谐小康社会建设中，提升建筑的使用寿命，而且在混凝土的生产中，大量的砂石骨料往往时期主要构成部分，直接决定着混凝土的使用性能，而且天然矿石的开采，往往是建立在破坏环境的基础之上的，因此，需要科学合理地配置混凝土原材料，多利用再生骨料，以便有效地缓解混凝土生产中骨料供求矛盾（立足于环境保护），从而有效地减轻旧混凝土工程改造工作对环境的破坏与污染，通过全面地提升再生粗骨料混凝土梁抗弯性能，降低工程项目施工成本，推动环境保护型小康社会建设。

二、试验研究

1.再生粗骨料混凝土的配置

本次试验研究所采用的再生粗骨料混凝土均来自于废弃混凝土破碎（上海某机场），而且经多年的实践经验证实，再生粗骨料的吸水率往往比天然骨料的吸水率高，因此，在不同要求下，需要添加不同的普通混凝土（降低吸水率，提升紧实度）。本次试验研究所使用的再生粗骨料混凝土在用水量上，主要有两种划分方式，即：（1）吸附水——再生粗骨料所吸附的水分，并且再生粗骨料的吸水率表示吸附水的用量；（2）自由水——拌合用水量。另外，自由水与水泥用量之比即为水灰比，水灰比的表达公式为：w/c，水灰比决定再生粗骨料混凝土的强度。除此之外，本次试验研究所采用的再生粗骨料混凝土均通过100·100·300（ram）棱柱体试块和150·150·150（arm）立方体试块，分别测得了再生粗骨料混凝土的弹性模量以及抗压强度。为了有效地提升试验研究的准确性，我们从纵向角度，进行钢筋取样，进行科学的抗拉试验，并且利用相关工具，准确地测量出极限强度、屈服强度、弹性模量。

2.相关试件的设计及相关参数

本次试验研究使用了3根粗骨料混凝土梁，其中1根属于天然粗骨料对比梁，其编号为BFO，剩余的两根均为再生粗骨料混凝土梁，且它们的粗骨料取代率分别为50%（编号为BF50）、100%（编号为BF100）。另外，为了有效地避免再生粗骨料混凝土正截面产生变形（在受力状态下），需要对所有的样本进行集中处理研究，并且试件需要采取相同的配筋，而且所有的受拉钢筋的配筋率均需要控制在0.77%，另外，需要将剪弯区配筋率设置为1.1%。

3.试验测量的内容以及加载装置的设计

本次试验研究，为了有效地降低剪应力对再生粗骨料混凝土梁的抗弯能力造成负面影响，本次试验研究在分配梁上在跨度上采用了长度为1m的纯弯段，与此同时，利用专业的工具，准确地测量了再生粗骨料混凝土梁各个受力阶段的钢筋应变力、裂缝宽度、混凝土应变力、构建挠度等（基于纯弯段的跨中）。另外，本次试验研究的混凝土梁的应变片型号为BX120、80AA（附：钢筋应变片型号设置为BX120、3AA），除此之外，在正式试验研究之前，要将试验装置正确连接，正确的步骤为：加载方式：两点集中对称的同步分级，在试验梁支座的一端连接固定铰支座；并且在另一端连接滚动铰支座（并且在水平方向适当的移动滚动铰支座），而且在加载实施之前，需要先进行10kN的预加载，并且利用专业的仪器或者工具检测各种试验仪器的工作状态，荷载与变形之间的稳定性关系等，然后，在试验中，需要利用计算机自动采样系统收集各个测量仪表的数值新消息等，最终严格的按照（GB-50152-92）——《混凝土结构试验方法标准》执行相应的操作。

三、结果

经试验研究（针对再生粗骨料混凝土梁抗弯性能），最终的研究结果显示：本次试验研究所采用的3根粗骨料混凝土梁具有强烈的相似性，均需要经受开裂、弹性、屈服、极限4个阶段（同时四大共同特点），并且这3根粗骨料混凝土梁均属于适筋梁破坏（正截面先受纵拉筋屈服），然后再进行压区混凝土压碎（获取试验所需的再生粗骨料混凝土样本），而且经试验发现，在普通粗骨料混凝土中掺入再生粗骨料，能够有效的降低混凝土梁的开裂荷载、极限荷载、屈服荷载等，探讨再生粗骨料混凝土梁抗弯性能的受制因素（平截面的适用性、荷载之间的跨中挠度关系、荷载与跨中钢筋的应变、裂缝）。下面我们对试验研究的结果展开具体的分析，如下：

1.分析平截面的适用性

本次试验研究采用3根粗骨料混凝土梁，其中1根属于天然粗骨料对比梁，其编号为BF0，剩余的两根均为再生粗骨料混凝土梁，且它们的粗骨料取代率分别为50%、100%，所对应的编号分别为BF50、BF100，严格的按照（GB-50152-92）——《混凝土结构试验方法标准》执行相应的操作，发现：3根试验梁的跨中截面所对应的钢筋、混凝土应变沿截面的高度存在差异（根据荷载等级的不同），在分布上存在较大的差距，具体的表现在：整个过程：开始加载——纵向钢筋屈服，再生粗骨料混凝土的取代率如何变化或者无论控制在哪个范围，在某种特定的载荷作用下，中性轴之间的距离与截面上的各个点所对应的钢筋、混凝土应变均呈明显的正相关关系（正比），因此，再生粗骨料混凝土梁在任何状态下（尤指发生弯曲），上述的平截面结论仍然成立。

2.分析荷载之间的跨中挠度关系

加载方式：两点集中对称的同步分级，在试验梁支座的一端连接固定铰支座；并且在另一端连接滚动铰支座（并且在水平方向适当的移动滚动铰支座），而且在加载实施之前，需要先进行10kN的预加载，进行了支座处位移的修正，使得再生粗骨料混凝土梁跨中挠度随着荷载的变化发生相应的变化。而且再生粗骨料混凝土与普通混凝土相比，均具有明显的开裂、弹性、屈服、极限4个受力特点，并且可以根据实际需要，将其科学的划分为弹性阶段、破坏阶段、带裂缝工作阶段等，其中在弹性阶段，我们发现荷载挠度呈直线上升的趋势，并且再生粗骨料混凝土梁在开裂之后，其荷载挠度均呈非线性变化，但是，在发生纵向钢筋屈服之后，相应的荷载挠度则会呈水平状态。

另外，我们对比分析本次试验所采用的3根混凝土梁的荷载、跨中挠度，发现：梁在未开裂的状态下，并且在相同荷载支持下，这三根混凝土梁中，BF100的再生粗骨料混凝土梁的荷载挠度最大，其次为BF50再生粗骨料混凝土梁，最后为BF0混凝土梁，追究其原因，发现：与普通混凝土相比，再生粗骨料混凝土的弹性模量低，而且再生粗骨料混凝土的取代率往往与弹性模量之间呈负相关关系（反比），即：弹性模量越低，再生粗骨料混凝土的取代率越高，便于施工安全。另外，试件开裂——试件纵向钢筋屈服前，整个变化过程中，再生粗骨料混凝土梁的刚度往往与荷载呈负相关关系（反比），即：随着荷载的增加，再生粗骨料混凝土梁的刚度越小，但是在这种状态下，减小速率往往存在较大的差异。因此，最终得出：再生粗骨料混凝土梁的抗弯刚度降低最快，而BF100与BF0两者之间的抗弯刚度下降速度相近，普通混凝土梁BF0的挠度最小，最终容易导致试验梁在比较接近屈服弯矩时，再生粗骨料混凝土BF50与再生粗骨料混凝土BF100梁之间的挠度比较相近。另外，本次试验研究我们还发现：50%的再生粗骨料混凝土梁的取代率往往是影响其抗弯性能的第一要素占主导作用，100%的再生粗骨料混凝土梁的取代率仅次于50%，另外，在发生纵向钢筋屈服后，本次试验研究所采用的3根混凝土梁均表现出良好的延性，且生粗骨料混凝土BF50、 BF100梁两者的延性更高。

3.荷载与跨中钢筋的应变

直线段、曲线段、水平段是本次试验研究所采用的3根混凝土梁在荷载、跨中钢筋应变的三种呈现状态，并且这三种类型的表现，能够让我们看出：在纵向钢筋发生屈服之前，2根再生粗骨料混凝土梁与1根普通混凝土梁之间的应变差异不大，但是，相比普通混凝土梁，再生粗骨料混凝土梁的钢筋应变急剧增大（在纵向钢筋发生屈服之后），并且其增大率往往与再生粗骨料混凝土梁的取代率呈正相关关系（正比），即：再生粗骨料混凝土梁的取代率越大，所对应的钢筋应变增加值越大，这样的研究结果反映出：再生粗骨料混凝土梁的延性高于普通混凝土梁。

4.裂缝

3根混凝土梁的裂缝开展形态、分布基本一致，在开裂时均伴随轻微的响声，与荷载的相关性表现不明显，在开裂后，其荷载会增大（荷载与开裂程度呈正相关关系），并且在纵向钢筋发生屈服之后，再生粗骨料混凝土梁的裂缝宽度会急剧的增大，最终发生试验梁破坏。另外，本次试验研究所采用的3根混凝土梁的裂缝间距基本相同，但是虽然差异不大，仍存在不可忽视的差别，我们发现：与普通混凝土梁相比，再生粗骨料混凝土梁的开裂弯矩略小，但是，在相同荷载作用下，与普通混凝土梁相比，再生粗骨料混凝土梁的宽度略高，并且这两种微小的差异是随着再生粗骨料混凝土梁的取代率增加而小幅度的增加（与再生粗骨料混凝土梁的取代率呈正相关关系），追究造成这种微小差异的原因，发现：各种各样的微裂缝存在于再生粗骨料混凝土表面，最终导致上述的微小差异的发生。

四、试验研究结果引发的思考

从上述的研究分析，我们可以看出：无论是普通混凝土梁，还是再生粗骨料混凝土梁，均需要经过四个受力阶段，即：开裂、弹性、屈服、极限，而且从加载环节发展到梁的临近破坏，整个过程中各个节点混凝土应变的梁高与加载往往呈正比（正相关关系），而且其截面基本上符合平面假定原理，但是再生粗骨料混凝土梁的极限承载能力往往不如普通混凝土梁，而且与再生粗骨料混凝土取代率呈负相关关系（反比），这样的研究结果告诉我们：再生粗骨料混凝土梁抗弯性能在很大程度上取决于再生粗骨料混凝土取代率，在开裂、弹性、屈服、极限各个环节均需要注重衡量各项参数或者指标是否满足实际施工需要，所有的施工操作均要严格的遵循（GB-50152-92）——《混凝土结构试验方法标准》执行相应的操作。

另外，再生粗骨料混凝土梁的承载力或者抗弯刚度往往低于普通混凝土梁，因此，其抗弯能力往往比较差，在实际工作中，需要致力于全面的提升再生粗骨料混凝土梁的抗弯性能。

再生粗骨料混凝土梁的应用，在很大程度上，能够有效的解决废弃混凝土的出路问题，而且在很大程度上，能够有效的将其废弃混凝土对环境所造成的污染，推动节能型和谐小康社会建设。另外，全面地提升再生粗骨料混凝土梁的抗弯性能（抗弯刚度），便能够有效地缓解骨料的市场供求矛盾，并且有效地减少自然资源、能源的消耗，全面地提升相关项目工程建设的经济效益和社会效益，在遵循可持续发展观念的基础上，实现绿色建筑长远发展。

五、结语

总而言之，50%的再生粗骨料混凝土梁的取代率往往是影响其抗弯性能的第一要素（占主导作用），100%的再生粗骨料混凝土梁的取代率仅次于50%，再生粗骨料混凝土的取代率往往与弹性模量之间呈负相关关系（反比），在某种特定的载荷作用下，中性轴之间的距离与截面上的各个点所对应的钢筋、混凝土应变均呈明显的正相关关系（正比），在纵向钢筋发生屈服之后，相比普通混凝土梁，其增大率往往与再生粗骨料混凝土梁的取代率呈正相关关系（正比）——再生粗骨料混凝土梁的钢筋应变急剧增大（在纵向钢筋发生屈服之后），因此，在实际工作中，需要严格地控制取代率、弹性模量、钢筋和混凝土应变与该点到中性轴之间的距离等。

（作者单位：福建信息职业技术学院）