钢管再生混凝土柱性能研究

刘 畅 王 成 陈国荣

（西南科技大学 四川绵阳 621000）

1 研究目的

随着我们国家经济、科技的快速发展，城市化覆盖率增大，建筑行业也进入了高速发展的阶段。新的建筑物在建设，就得建筑物又需要改造和拆除，混凝土是建筑产品中的最重要的材料，也是需求量最大的材料，进而造成大量的建筑垃圾堆积，其中废弃的混凝土在其中又占到了较大的比重。自城市化建设以来，我国许多城市都出现了大面积的建筑垃圾，其中废弃混凝土就大约占到了的30～40%。同时，我国混凝土工业消耗天然骨料的速度大约是每年50亿t，并且有逐年上涨的趋势。因此造成很多环境和社会问题。如何合理有效地实现建筑垃圾的再生利用尤其是废弃的混凝土，成为实现“环保、节能、减排”国家战略和关乎可持续发展所亟待解决的重要问题。

再生骨料混凝土被认为是一种新型的绿色建材，可以减少天然骨料的消耗，缓解骨料供求方面的矛盾，减轻城市环境的污染。可以预见它是具有十分明显的社会、环境、经济效益的。但再生混凝土具有收缩和徐变大、水灰比大、表观密度小、流动性差、孔隙比高、强度和弹性模量低、表观密度小、变异性大等缺点，由于缺点众多造成了它的应用层次较低，还阻碍它在实际工程中的应用能力。

钢管混凝土是一种利用了钢管和混凝土两种材料在受力中的特性、相互作用，组合成的新型结构构件，钢管对混凝土起到横向变形的约束作用，即便是在复杂应力的状态下强度也会得到提升，塑性和韧性不足之处也因为钢管的存在得到改善。同时，空心钢管特别容易发生局部失稳的现象，但混凝土的存在反过来又可以避免钢管发生局部屈曲的概率，提高钢管性能的发挥率。研究者从上述钢管混凝土的工作机理中找到灵感，来提高再生混凝土的实用性和工作性能。一些学者考虑将再生骨料灌入钢管中，新型的钢管再生混凝土便是利用了钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互补给性能上的缺陷的原理，使整体力学性能得到改善，两种材料各自的力学优势能够发挥出来，废弃混凝土的回收利用率提高，达到环保节能的效果。

2 国内外研究现状及发展动态

2.1 再生混凝土现状

再生混凝土技术早已在国内外工程和学术界成为了热门问题和学术研究的前沿问题。发达国家中日本、美国、德国对废弃混凝土回收利用的研究起步较早，早有了成功应用于建筑结构物和刚性路面的例子，并颁布了相应的技术规程或指南。我国对再生混凝土技术的研究相对较晚，但是发展速度很快，已由再生混凝土的基本力学性能研究拓展到了钢筋混凝土构件或结构的研究，并取得了不少成果。2007年上海市颁布了国内首部与再生混凝土相关的工程建设规程《再生混凝土应用技术规程》（DG/TJ08-2018-2007）。此后，北京市、住建部在2011年分别颁布了北京市地方标准《再生混凝土结构设计规程》和国家行业标准《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T240-2011），这些成果都成为了再生混凝土应用到实际工程中的科学指导。

2.2 钢管混凝土现状

国内外学者在钢管混凝土方面开展了大量的试验与理论研究工作，涉及钢管混凝土构件、节点和框架的力学性能，其中包括轴压、偏压等静力性能，抗爆、抗冲击、抗震等动力性能和耐火性能等，以及相应的设计方法和施工技术，取得了大量成果，并已制订多部设计规程，这些相关的相对完善的技术规程使得钢管混凝土在厂房建筑、多层和高层建筑、桥梁工程以及特种结构中得到越来越广泛地应用。

2.3 钢管再生混凝土现状

近年来，关于钢管再生混凝土的研究在国内外也是越来越多，Konno等研究了加钢管约束后再生混凝土构件的强度、塑性和韧性，并与普通的钢管混凝土构件进行了比较。Malathy.R.等人进行了在相同混凝土等级、不同含钢率、不同尺寸的条件下钢管再生混凝土试件的轴压试验，结果表明，再生钢管混凝土柱的承载力比空心钢管柱高出0.5～1.5倍之间的结论，比普通钢管混凝土柱高6～10%。而MohanrajE等又研究了在不同粗骨料替代率下、不同的长细比，不同的径厚比的钢管再生混凝土柱的轴压性能。杨有福，肖建庄，王玉银，张向冈，陈宗平等相继开展了钢管再生混凝土短柱轴压、长柱轴压、纯弯受力和压弯受力构件的试验研究工作。杨有福团队，鲁军凯团队还分别对高温处理后钢管再生混凝土轴压短柱的强度、塑性、韧性和钢管再生混凝土的在低温状态下的耐久性的研究。还有研究人员也通过试验研究了钢管再生混凝土长、短柱构件的轴压、偏压、中心局部承压和滞回性能，并基于统一强度理论推导了相应的极限承载力公式。研究结果表明：钢管再生混凝土构件的受力过程和破坏模式与尺寸相同的普通钢管混凝土构件相似，具有良好的承载能力和抗变形性能，能够满足工程实践需求。这些研究成果为进一步研究钢管再生混凝土结构的力学性能和设计理论奠定了良好的基础。

3 总结与展望

综上所述，由于再生混凝土与普通混凝土相比有许多力学性能上的缺点，例如强度和弹性模量相对较低，收缩率和徐变大，变异性大，加上现在对钢管混凝土梁柱节点的力学性能尚存不足，因此，也不能简单地将钢管混凝土梁柱节点现有成果直接移植到钢管再生混凝土相应的研究中。还需要大量研究才能推动钢管再生混凝土在工程实践中的应用与发展，提高再生混凝土的利用率，进而达到节省资源，减少能耗，保护环境的目的。

[1]杨海峰.再生混凝土受压本构关系及其与钢筋间粘结滑移性能研究[D].广西大学，2012.

[2]韩林海.钢管混凝土结构[M].北京：科学出版社，2004.

[3]鲁军凯，查晓雄.钢管再生混凝土的抗冻耐久性研究[J].建筑钢结构进展，2012（3）：53～59.