钢管再生混泥土结构研究进展

(广州大学 广东 广州 510006)

前言：随着我国经济建设持续快速的发展，每年都有大量的旧混泥土建筑物被拆除，也有大量的新混泥土建筑物产生。在拆除过程中所产生的废弃混泥土主要是运往郊区外堆放或填埋对生态环境造成了严重的破坏、对资源造成了严重的浪费。

因此，为深入了解钢管再生混泥土基本力学、耐久、抗震、粘接性能。本课题通过相关实验对钢管再生混泥土基本性能进行分析研究。

一、国内外研究现状

(一)再生混凝土的研究现状

再生混凝土技术的应用始于二次大战期间，战争导致了大量废弃物的产生，许多欧洲国家在战后面临着严重的废弃物处理问题。20世纪50年代，前苏联和德国为了处理大量废弃混凝土同时为城市重建提供新的原材料，相继开展了再生混凝土技术的研究{41。国际材料与结构研究与测试试验所联合会RILEM于1976年成立了“混凝土拆除和再利用委员会”TC—37—DRC，开始研究废弃混凝土的消化和再生利用。1977年日本政府制定了JIS TR A 0006《再生骨料和再生混凝土使用规范》。1991年日本政府又制定了《资源重新利用促进法》，规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑垃圾，必须送往“再生资源化设施”进行处理。

我国对于再生混泥土的研究起步较晚，但是研究势头较猛。国内数十家大学和研究机构展开了大量的研究工作，设计范围广泛。其中，同济大学对再生混泥土技术进行了大量的研究，包括再生混泥土的强度和工作性能、废弃混泥土破碎及再生工艺研究、高温后再生混泥土强度研究、再生混泥土框架节点实验研究、再生混泥土框架结构抗震性能研究等。

(二)钢管混泥土结构研究现状

钢管混泥土结构在土木建筑工程中应用始于20世纪初美国在一些单层房屋建筑中采用了圆形钢管混泥土柱。20世纪30年代末期，前苏联曾用钢管混泥土建造了跨度为101m的公路拱桥和跨度为140m的铁路拱桥。20世纪60年代前后，钢管混泥土结构在前苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视，在厂房建筑、多层和高层建筑、立交桥以及特种工程中得到应用，并编制了相关的想多完整的技术规程，推动了钢管混泥土在世界范围内的普及和发展。

从20世纪80年代开始，在我国以后采用高强度混泥土材料和泵灌混泥土工艺为主要特征的现代钢管混泥土结构，也取得了飞速发展。1990年我国颁布专门的《钢管混泥土结构设计与施工规程》，为现代钢管混泥土结构在我国推广应用提供了技术保障。近年来，国家经济迅猛发展，基础设施大量兴建，现代钢管混泥土结构物技术在高层建筑和大跨桥梁中得到了卓有成效的应用，有力地推动了该领域技术的进步。现有对钢管再生混泥土的研究大多针对其力学性能、粘接性能、耐久性能、抗震性能。

①力学性能

1)钢管再生混泥土柱轴压力学性能试验的研究表明：钢管对核心再生混泥土的约束作用，改善了再生混泥土变异性能大的特点，使得相同参数试件的实验结果离散型较小，满足实验要求；钢管再生混泥土轴心受压试件的破坏模式及细长比对试件力学性能的影响较小，一般选取的两种骨料来源对于试件力学性能的影响力在6%范围内。

2)钢管再生混泥土柱压弯力学性能的实验研究发现：钢管再生混泥土偏压和纯弯时间的破坏模式与钢管普通混泥土类似，分别发生整体失稳和整体弯曲破坏；再生粗骨料取代率对试件力学性能的影响相对较小，随着取代率的增加，试件承载力和初始刚度降低，影响幅度在12%以内；长细比、偏心距及含钢率对钢管再生混泥土偏压试件力学性能的影响与普通钢管混泥土相似。

3)再生粗骨料取代率对钢管再生混泥土构件整体性能影响不大；钢管再生混泥土受压构件中核心再生混泥土性能所占比重越大，其N-M相关曲线的我拐点越明显，其性能接近于素再生混泥土构件；核心再生混泥土强度是影响钢管再生混泥土轴压构件稳定系数是最主要因素，在长细比相同的情况下，核心再生混泥土强度越高，构件稳定系数越小。

②粘接性能

1)在钢筋锈蚀率较小时，再生混泥土粘接试件发生钢筋拔除破坏；当钢筋锈蚀率超过1.4%时，粘结破坏形式转变为再生混泥土劈裂破坏。

2)锈蚀钢筋与再生混泥土的荷载滑移曲线基本与锈蚀钢筋与普通混泥土的荷载滑移曲线相似，随着锈蚀率增大，下降段越陡。

3)再生混泥土与锈蚀钢筋之间的无量纲化粘结滑移全曲线的上升段和下降段可分别上升段：下降段

③耐久性能。再生混泥土的氯离子渗透性随再生粗骨料取代率的增加而增大，并受水灰比的影响较大，其次是矿物掺和料和混泥土龄期；再生混泥土的耐磨性随着再生粗骨料取代率的增加而变差，但随着再生粗骨料取代率的增加而变好；再生混泥土的抗炭性受到物理和化学多重因素的影响，由于再生骨料身品质的不同，再生混泥土抗碳化部分随再生粗骨料取代率增加而变差，部分随再生粗骨料取代率的增加先变好再变差。

④抗震性能

1)钢管再生混泥土柱的破坏过程和破坏形态与钢管普通混泥土柱相类似，均有屈服——鼓曲——极限——破坏四个阶段，最终破坏时钢管再生混泥土柱发生明显的塑性变形，外钢管鼓曲，内部核心混泥土压碎。

2)在混泥土同强度条件下，钢管再生混泥土柱承载力随再生粗骨料含量增加有降低趋势；另外，试件延性和耗能能力也有随之降低，但相差不大，钢管再生混泥土的刚度以及退化趋势与钢管普通混泥土相似。

二、研究现状总结及展望

综合国内外众多学者的试验研究，可以得出以下一些比较一致的结论：(1)在钢管的约束下，再生混泥土的弹性模量、强度、塑性和韧性性能等可得到不同程度的改善；(2)钢管约束再生混泥土的力学性能与钢管约束普通混泥土类似，但数值上略有下降；(3)钢管再生混泥土构件的破坏模式与钢管普通混泥土构件类似。

为钢管再生混泥土这种新型构件应用于实际工程，促进再生混泥土在土木建筑结构中的应用和发展，为废弃混泥土资源化提供一条更为有效的途径。重点研究钢管再生混泥土构件内填再生混泥土的应力——应变关系及构件(特别是薄壁构件)的抗震性能，对钢管再生混泥土构件进行深一步的理论分析和试验研究。