再生混凝土空心砌块抗压性能与破坏形态研究★

贾红斌 胡庆港 韩 璟 方光秀*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)



·建筑材料及应用·

再生混凝土空心砌块抗压性能与破坏形态研究★

贾红斌 胡庆港 韩 璟 方光秀*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

通过试验，研究了再生混凝土空心砌块的抗压强度和破坏形态，并根据再生混凝土空心砌块变形经历的弹性阶段、裂缝发展阶段以及破坏阶段，提出了相关参数回归方程，为砌块的内力及有限元分析提供参考。

再生混凝土砌块，抗压强度，破坏形态，配合比

0 引言

伴随着城市化建设的推进，新建筑的建设和旧建筑的拆除都会产生大量的建筑垃圾[1]，将建筑垃圾经一定处理制作成再生混凝土空心砌块符合绿色低碳生产方式的要求。研究表明，利用再生骨料生产混凝土空心砌块，对于墙体革新以及废弃混凝土的高效回收利用具有重要现实意义[2]。国内不少专家、学者对再生骨料混凝土空心砌块的再生取代率对混凝土力学性能等方面作了大量试验和研究，并取得了重要成果。卓玲[3]采用85%再生粗骨料取代率结合适当的配合比制成了MU5.0再生混凝土空心砌块，但100%高取代率方面研究较少。本文通过探究100%再生粗骨料取代率、50%再生细骨料取代率对混凝土空心砌块抗压强度以及变形形态的影响，为高取代率的混凝土空心砌块力学性能研究提供借鉴。

1 试验概况与方案

1.1 试验材料与试验方案

1)试验材料。水泥为盾石牌P.O42.5级普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；再生粗骨料是将废弃混凝土试块通过颚式破碎机破碎后经清洗、破碎和筛分等处理而获得的粒径为5 mm～10 mm连续级配的再生碎石，其吸水率为2.5%；天然细骨料为延吉产的河砂，细度模数为2.4，含水率为4.1%；再生细骨料为粒径控制在0.16 mm～5 mm范围内的再生骨料，吸水率为5%；拌合用水为自来水。

2)试验方案。试验采用390 mm×190 mm×190 mm的单排双孔空心砌块。其制作过程为：模具制作、拌混凝土并振动装模、抹平、脱模、养护。试验在YAW-HNT微机控制电液伺服压力试验机上进行，将5块再生混凝土空心砌块编为一组进行加压试验，测定其抗压强度。同时，在加载过程中观察砌块破坏形态，并对3根再生混凝土空心砌块进行荷载—应变试验，探讨混凝土空心砌块受压破坏形态规律。

1.2 试件设计

试验所用的再生混凝土砌块为单排孔结构，壁厚均为30 mm，中间肋厚为40 mm。试件尺寸如图1所示。

在砌块的前后端设计成凹凸形式，砌块右端凸出部分为10 mm×110 mm×190 mm。砌块左端凹陷部分为10 mm×130 mm×190 mm，凹槽两端各留有10 mm的灰缝槽，用于抹10 mm厚的1∶3水泥砂浆。

1.3 再生骨料混凝土空心砌块配合比

再生骨料混凝土空心砌块的设计强度等级为MU5.0，再生粗骨料取代率为100%、再生细骨料取代率为50%。空心率约为48%，强度调整系数为1.17[3]，根据壁厚30 mm，经查表得体型系数为1.086[4]。采用振动不加压成型，养护条件为温度23 ℃、湿度92%的蒸汽养护。要求浇筑的混凝土为干硬性混凝土，坍落度为0。经试配调整而得到的最终配合比如表1所示。

表1 试验配合比

再生空心砌块配合比设计流程图如图2所示。

2 试验现象与结果

2.1 再生混凝土空心砌块抗压强度

试验在YAW-HNT微机控制电液伺服压力试验机上进行，将5块再生混凝土空心试块编为一组进行加压实验。加载试验过程如图3所示。

试验前，先用石膏将砌块上表面抹平，使砌块表面的受力分布均匀。只有将均匀的力分布在砌块上才能得到砌块的最大极限抗压承载力[5]。在试验进行时将试件置于试验机承压板上，使试件的轴线与试验压板的压力中心重合，加载速度为3 kN/s，直至试件破坏，分别记录每一块试件最大破坏荷载P，根据P计算再生混凝土砌块的抗压强度。加载试验结果如表2所示。

表2 再生混凝土砌块抗压强度的试验结果

由试验结果可知，砌块平均抗压强度为5.51 MPa，最小抗压强度为5.13 MPa，均大于5 MPa。所以，认定该再生混凝土空心砌块等级为MU5.0。

2.2 再生混凝土空心砌块受压时破坏形态

由于砌块强度的离散性始终较大，个别数据偏差较大，而且受生产工艺的限制，砌块并不能保证完全均一[6]。因此，本试验通过观察记录6块经石膏抹平的再生混凝土空心砌块的受压变形特点来反映其破坏形态的规律。本次试验的试件破坏形态如图4所示。

1)弹性阶段：加载前期，砌块基本处于明显弹性阶段，具体表现为：随着荷载的增加，压力机的读数均匀而快速的增加。试件的表面无明显变化，没有裂缝的出现。

2)裂缝发展阶段：当压力逐渐增大到试件能承受的最大极限抗压承载力的70%左右时，能听到细微的开裂声，然后在角部处率先出现竖向裂缝，紧接着在条面会出现个别细微裂纹。随着荷载的逐渐增加，已有的裂缝逐渐变大，且出现一些没法预测的新裂纹。裂缝进一步扩大，有些裂缝互相连通，并能听到噼啪声音，此时为试件破坏的裂缝发展阶段。

3)破坏阶段：随着荷载接近极限荷载，试件处于破坏阶段，有些试件的转角处发生压溃从而发生断裂，脱离整体。观察断裂面发现：绝大部分直接把再生粗骨料截断，说明再生骨料抵抗能力特别弱。从破坏截面中可看到，有些截面天然粗骨料被截断，有些截面在粗骨料与水泥胶体结合面断开。

此次试验的试件破坏形态主要有：竖向和斜向裂缝、条面一侧压溃、转角处压溃等。

2.3 再生混凝土空心砌块荷载—应变试验

砌块结构在轴向压下的荷载—应变，反映了砌块砌体最基本的力学性能，是砌块砌体结构进行强度计算、内力分析以及有限元非线性分析的重要基础[6]。本试验在砌块的图示位点处贴了混凝土应变片，再以50 kN为一级加至试件破坏，得出各个砌块的荷载—应变图。贴应变片的位点如图5所示。

再生混凝土空心砌块的荷载—应变试验如图6所示。

根据荷载—应变实验，测定记录出相关点，并得出荷载—应变关系图。选取其中一条具有代表性的荷载—应变曲线如图7所示，并通过计算得到曲线的相关参数回归方程。

表3 荷载与应变的回归系数

由荷载应变曲线方程可知：曲线在试件破坏前期阶段变化不大，基本处于弹性阶段。应用origin pro8.0软件模拟分析四个位点的参数方程，曲线变化规律可用关系式Y=Ax4+Bx3+Cx2+Dx+F进行拟合，其结果如表3所示。其中，Y为砌块承受的荷载；x为应变；A，B，C，D，F均为回归系数，E=10-5。

结合以上数据，可对该配合比、该砌块块型下的任一荷载处四个位点的应变进行理论推算，为再生混凝土空心砌块的内力分析及有限元非线性分析提供参考。

3 结语

本文通过高取代率的再生混凝土空心砌块力学性能试验，得到如下结论：

1)提出再生混凝土空心砌块的最佳配合比为水泥∶石子∶砂子∶水=1∶2.42∶1.547∶0.511、水灰比为W/C=0.51；再生粗骨料取代率为100%、再生细骨料取代率为50%，再生混凝土空心砌块的抗压强度可达到5.51 MPa，能够满足抗压强度等级MU5.0的

要求。

2)研究高取代率的再生混凝土空心砌块破坏形态与规律，分别对其弹性阶段、裂缝发展阶段以及破坏阶段等三阶段进行分析，提出竖向和斜向裂缝，条面一侧压溃，转角处压溃等破坏形态与裂缝分布规律。

3)通过再生混凝土空心砌块荷载—应变试验，选取其中一条具有代表性的荷载—应变曲线，并通过软件计算得到相关参数回归方程，为砌块内力分析及有限元分析提供参考。

[1] 王 超.再生混凝土空心砌块的经济性分析[J].混凝土,2012(10):114-115.

[2] 唐晓翠.利用再生骨料生产混凝土空心节能砌块试验研究[J].新型建筑材料,2006(8):15-18.

[3] 卓 玲.MU5.0再生骨料混凝土空心砌块配合比设计[J].硅酸盐通报,2014(2):271-276.

[4] 许建荣，王 瑜.混凝土空心砌块配合比设计中参数的优化[J].新型建筑材料,2008(7):14-17.

[5] 蔡序鑫.混凝土空心砌块抗压强度检测方法与评定方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士学位论文，2011.

[6] 井一村.190厚空心砌块砌体标准抗压及应力应变关系试验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士学位论文，2012.

Experiment study on the compressive properties and deformation morphology of recycled concrete hollow blocks★

Jia Hongbin Hu Qinggang Han Jing Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineeringYanbianUniversity,Yanji133002,China)

Through the experiment, this paper researched the compression strength and failure pattern of recycled concrete hollow block, and according to the elastic stage of recycled concrete hollow block deformation experience, crack development stage and failure stage, put forward relevant parameters regression equation, provided reference for block internal force and finite element analysis.

recycled concrete block, compression strength, failure pattern, mix proportion

1009-6825(2016)27-0106-03

2016-07-13

贾红斌(1992- )，男，在读本科生； 胡庆港(1997- )，男，在读本科生； 韩 璟(1998- )，女，在读本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU522.36

A

★:延大大学生暑期学校创新实验项目(项目编号：SQC2016001)；延大科技发展计划校企合作项目(项目编号：602015001)