再生混凝土梁受力性能研究现状

程东辉 羌 震

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

长期以来，传统建筑行业的生产模式从资源的开采、原材料的加工、建筑物的施工，到建筑物的使用和维护，再到建筑物拆除，最后除很少部分建筑废物回收利用外，其余绝大部分建筑废物均直接排向外界，形成一种高投入、高污染、低效益的生产模式[1]。

随着中国建筑业的快速发展，在我们践行“可持续发展”战略的过程中，混凝土作为用量最大的建筑材料，充分利用废弃资源生产出符合发展需要的绿色混凝土，是建筑行业可持续发展进程中非常重要的一环。同时，砂石的需求量也越来越大，需要大量开山采石来满足需要，严重地破坏了自然环境。

1 再生混凝土概念及意义

将废弃混凝土破碎加工成再生骨料是目前较为有效的一种对建筑垃圾再生利用的有效措施，再由再生骨料部分或全部代替天然骨料配制成再生骨料混凝土，简称再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)。RAC是一种能够降低环境污染、较为经济的环保型混凝土，在践行混凝土材料可持续发展道路的同时，可以促进水泥混凝土行业踏入绿色环保的行列[2]。

再生混凝土技术应用，既可以改善废弃混凝土大量堆放引起的环境污染等问题，同时，也可以减少业内对天然骨料的使用，从而减缓砂石的开采量，减少对自然环境的破坏，起到保护环境的作用，符合我国社会的可持续发展的要求。

2 普通再生混凝土梁

钢筋混凝土梁作为混凝土结构研究中最为常见的基本构件，对再生混凝土梁各个方面性能进行科学研究，将促进再生混凝土更快投入真正的实践当中。

2.1 再生混凝土梁抗剪性能

刘超等[3]学者以再生粗骨料取代率(0,30%,50%,80%,100%)和剪跨比(1.5，2，3)为变量设计7根再生混凝土梁研究梁的斜裂缝宽度，通过试验发现：

1)斜裂缝一般按照以下三个阶段进行开展:加载伊始，裂缝宽度没有明显增长；随着荷载的逐渐增大，斜裂缝进入了稳定发展时期，裂缝长度和宽度发展与荷载增加成正比；当荷载逐渐到达极限荷载的80%～85%时，斜裂缝发展进入快速阶段，裂缝宽度迅速增长，两端的斜裂缝分别向加载点和支座附近迅速发展，形成比较明显的剪压区，直至试验梁最后受剪破坏；

2)在剪跨比一定的情况下，再生混凝土梁的斜裂缝的开展情况与普通混凝土梁大致相同，再生混凝土斜裂缝随着荷载增加，发生斜裂缝发展较快、微小的支生裂缝较多等情况，粗骨料取代率越大，上述情况越明显；

3)基于参考规范中斜裂缝宽度计算方法，结合试验所得结果，作者拟合出了适用于再生混凝土梁斜裂缝的宽度验算公式：

V=Vsv+krVcr

(1)

Vcr=0.08fckbh0/(λ+1.3)+2.52

(2)

kr=0.155V+0.501 6

(3)

ωmax=θrσsv,m

(4)

其中，V为斜截面抗剪承载力；Vsv为箍筋所承担的剪力；Vcr为斜截面开裂剪力；kr为考虑斜裂缝影响的剪力调整值；ωmax为再生混凝土梁斜裂缝最大宽度；θr为斜裂缝宽度综合影响系数；σsv,m

为箍筋平均应力。

2.2 再生混凝土梁受弯性能

陈爱玖等[4]通过改变再生粗骨料取代率(0%，40%，70%，100%)为变量对再生混凝土梁受弯性能进行分析发现：

1)再生混凝土梁的破坏过程与普通混凝土梁极其相似，都要经过以下四个阶段：弹性阶段、塑形阶段、钢筋屈服和极限状态，直至破坏；

2)随着再生粗骨料取代率的增加，梁的裂缝数量逐渐增多，梁下部裂缝数目增多、间距减小；

3)随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土梁的挠度增大较多，不适用于现行规范的计算公式，给出乘以修正系数1.3的建议。

3 纤维再生混凝土梁

纤维混凝土是在普通混凝土中加入一些乱象分布的纤维制成一种新型材料，在再生混凝土中掺入纤维可以弥补再生混凝土抗拉等方面的不足，从而有效提高了再生混凝土的抗拉、抗弯及延性等性能[5]。

3.1 有机纤维再生混凝土梁抗裂性能

许成凯等[6]共设计5根掺入不同有机纤维的再生混凝土梁来研究其抗裂性能的变化，试验发现：再生混凝土梁抗裂性能可以通过在再生混凝土梁中掺入不同组合有机纤维得到有效提高。其中，混掺粗聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维梁抗裂效果较好。

3.2 钢纤维再生混凝土梁的受弯性能

何勇[7]以取代率和配筋率为变量设计4个构件研究钢纤维再生混凝土梁的受弯性能。发现：

1)当钢纤维掺入量和再生骨料取代率保持不变时，随着纵向配筋率的增加，钢纤维再生混凝土梁的极限承载力逐渐增大；

2)当钢纤维体积率和配筋率保持一定时，钢纤维再生混凝土梁的极限承载力会随着粗骨料取代率的增加而呈现下降趋势；

3)当钢纤维体积率和再生骨料取代率一定时，为保证钢纤维再生混凝土梁发生适筋破坏，其纵向钢筋配筋率不应超过1.57%。

4 其他形式再生混凝土梁

4.1 型钢再生混凝土梁受弯性能

型钢再生混凝土是在型钢及混凝土的组合结构中，用再生混凝土代替普通混凝土来使用，这样可以避免再生混凝土材料本身强度较低的缺点，又可以使此类新型结构具有组合结构的优点。

吴平川等[8]通过改变粗骨料取代率和钢筋配箍率的方式对12根型钢再生混凝土梁的抗弯性能进行了研究，研究表明：

1)型钢再生混凝土梁截面与型钢混凝土梁类似，基本符合平截面假定；

2)再生骨料的取代率并没有对梁极限承载力产生明显的影响，由于粗骨料会吸收部分水分，导致水灰比变小，提高了混凝土的实际强度；

3)配箍率对于梁极限承载力同样没有明显的影响，但对裂缝的发展及短期刚度存在一定影响。

4.2 碳纤维布加固再生混凝土梁抗剪性能

张晓等[9]通过制作5根再生混凝土梁的缩尺模型研究碳纤维布不同的粘贴方式、粘贴层数等因素对梁抗剪性能的影响，试验发现：

1)用碳纤维布加固方法可以有效提高再生混凝土梁的抗剪承载力。U型加固法提高了3.15%～10.35%，U+型压条加固法提高了11.58%～27.90%，双层U型粘贴提高了28.24%。碳纤维布的间距越小，抗剪承载力越高。

2)再生混凝土梁斜裂缝的发展通过碳纤维布的加固得到有效抑制。再生混凝土梁的裂缝呈对称分布状态，同时向跨中的上方发展，直至贯通。

5 结论及展望

近年来我国在对于再生混凝土方向的研究阶段已经取得了众多进展，也有越来越多的学者开始关注绿色建筑的方向，但我国目前对于再生骨料混凝土构件的研究基本上都只局限于室内分析和试验阶段，希望在未来可以结合生产形成整套分离、破碎、生产工艺流程及再生混凝土组合结构的实际开发应用的整套技术，让“可持续发展”在建筑行业中可以快速实践。