再生混凝土梁受弯性能试验研究

(新疆维吾尔自治区建筑设计研究院 新疆 乌鲁木齐 830047)

引言

随着十三五计划的不断推进，在大力发展经济建设的同时，对环境保护的要求也越来越高，再生混凝土[1]的优势也越来越突出。目前混凝土结构在拆除后，这些废弃混凝土大部分未经处理就选择填埋或者堆放于郊区，对环境造成了极大的负担，而粗骨料的开采亦对生态环境造成很大的压力[2,3]，而再生混凝土就是将这些拆除的废弃混凝土经过破碎、筛分等处理后，按照一定比例取代天然的骨料[4,5]。因此，废弃混凝土的循环利用已经成为当前研究的热点。

一、试验概况

(一)试验材料及配合比

本次试验采用红雁牌P·O42.5硅酸盐水泥，粗骨料为新疆地区天然卵石以及经过鄂式破碎机破碎和人工筛分之后的废弃建筑混凝土，细骨料为乌鲁木齐地区的中砂。试验以再生粗骨料取代率为变量设计四根混凝土梁，再生粗骨料取代率分别为0，30%，50%，70%，水灰比为0.50，混凝土设计强度为C30。

(二)试验加载方式

试验梁尺寸尺寸为200x300x2100mm。为削弱剪力影响，并且使受弯区裂缝更加明显，因此在纯弯段上部未设置架立筋。

此次试验梁采用三分点加载方式，为记录试验梁受弯过程中的变形，在试验梁上共布置5个位移计。在正式试验之前，先对构件进行预加载，以确保各种仪表正常运行。试验采用分级加载，数据由电脑自动采集。试验严格遵守《混凝土结构试验方法标准》(GB/T 50152—2012)[6]试验要求。

二、试验现象及试验结果分析

(一)试验现象

试验发现再生粗骨料混凝土梁破坏形态和普通混凝土相似，随着荷载的增加，试验梁纯弯段为抵抗弯矩的变化产生的拉应力大于混凝土的粘结应力，从而导致在混凝土梁纯弯段中和轴以下最先出现细微裂缝，混凝土弯矩不断增大，钢筋应变随着荷载的变大线性增长。

(二)荷载与纵向受拉钢筋应变分析

随着荷载的逐级增加，纵向受拉钢筋应变也在增大，4根试验梁的荷载—纵向受拉钢筋应变曲线相似，在钢筋达到屈服前，纵向受拉钢筋随着荷载的增大呈线性增长，当钢筋屈服时，荷载稍微增加，钢筋应变急剧增长。混凝土的极限荷载随着再生骨料取代率的增加，呈现先上升后下降的趋势，在再生粗骨料取代率为30%时，极限荷载最大，且与取代率为50%的试验梁接近，整体而言，再生骨料取代率对混凝土极限荷载具有强化作用。

(三)荷载与挠度分析

挠度可以反映出混凝土梁受弯变化的整个过程，通过对再生粗骨料混凝土梁挠度的测量，绘制如图5，从图中可知，在混凝土弹性阶段，荷载与挠度呈线性变化，并且对比不同再生粗骨料取代率的混凝土梁发现，同级荷载下，挠度随着取代率的增大，先减小后增加，并且取代率为50%时最小，这说明在水灰比为0.50时，再生粗骨料取代率为50%的再生混凝土梁能够有效的提高混凝土的抗弯性能，随着取代率的增加，再生粗骨料本身的损伤对构件造成的影响逐渐增大，所以挠度也同时增大，但钢筋屈服时混凝土梁的最大挠度实测值却随着取代率的增大而逐渐减小。

(四)荷载与最大裂缝宽度分析

受弯梁受荷过程中，伴随着裂缝的延伸，裂缝也在不断的向两边拓展，裂缝宽度也在不断变大，这也是混凝土梁表面裂纹的演化过程，记录并分析混凝土梁裂缝的最大宽度，对研究受弯梁损伤演化过程具有重要意义。并且对于受弯梁而言，宽度最大的裂缝多存在于纯弯段，在混凝土受弯破坏时更为突出明确。

最大裂缝宽度随着荷载的增加，变化幅度波动较大，在各级荷载时，再生骨料取代率为50%的混凝土梁，最大裂缝宽度始终最小，反映出混凝土受到的损伤也就最小。

图5 荷载-跨中挠度关系

三、结论

(1)再生粗骨料混凝土梁破坏过程与普通混凝土梁破坏过程相似，也是经过三个阶段，当钢筋屈服后，钢筋应变骤增，荷载—纵向受拉钢筋曲线呈水平趋势。

(2)再生粗骨料能够提高混凝土梁的屈服荷载，极限荷载，且随着取代率的提高均呈现先上升后降低的趋势，在再生粗骨料取代率为30%时，两者均达到最大，且与再生粗骨料取代率为50%的混凝土接近。

(3)再生粗骨料能够提高混凝土的抗弯性能，在弹性阶段，同级荷载下，挠度随着再生粗骨料取代率的增加，呈现先降低后上升的趋势。在再生粗骨料取代率为50%时，与其它试验梁相比，挠度最小，最大裂缝宽度也是最小，表明抗弯性能最好。

(4)再生粗骨料取代率为50%时，混凝土梁各项性能相对更优，说明当取代率为50%时，再生粗骨料混凝土有更好的性能。