再生混凝土密肋复合墙体受力性能试验探析

2021-07-29蓝丽江

工程建设与设计 2021年10期

蓝丽江

（桂林理工大学博文管理学院，广西桂林541006）

1 引言

再生混凝土密肋复合墙体是指混凝土中含有再生骨料的密肋复合墙体。而再生混凝土作为一种环保材料，具有推动工程施工可持续发展的作用，人们通过用再生混凝土砌筑密肋复合墙体，能够提高资源利用率。因此，需要对再生混凝土墙体进行受力性能试验，以验证其是否满足施工要求，增强再生骨料的应用效果。

2 探析目的

再生骨料是指一种通过将废弃混凝土进行加工处理，再与一定量的天然骨料相混合所得到的骨料。使用这种骨料制备出的混凝土则为再生混凝土。一般来说，在砌筑密肋复合墙体时，对混凝土原材料的消耗量较大，而采用再生混凝土能够减少对原材料的消耗，不仅可以降低施工成本，而且还能推动墙体施工的可持续发展。因而再生混凝土逐渐成为一种新兴的墙体施工材料。但就目前来看，由于再生混凝土的成分与常规混凝土不同，因而在受力性能方面与常规混凝土存在一定的差异，使再生混凝土的应用范围主要为非承重结构的构建。基于此，为了扩大其使用范围，增强再生混凝土的效用，研究者拟用再生混凝土构建密肋复合墙体这一工程中常见承重构件，如图1所示。然后，通过力学试验探析其受力性能，以评估其在承重构件施工中的适用性。

图1 密肋复合墙体图

3 探析过程

3.1 材料

在材料准备中，研究者按照1∶2的比例，用再生混凝土分别构建了2个密肋复合墙体模型。这2个墙体的再生骨料含量分别为100%与50%，同时，用常规材料与配方构建了一个普通的密肋复合墙体模型。该模型的主要作用是对比再生混凝土墙体与非再生混凝土墙体受力性能的差异，以更准确地评估再生混凝土在承重构件施工中的适用性。在此过程中，研究者将再生骨料含量为100%的墙体命名为1号墙体；将再生骨料含量为50%的墙体命名为2号墙体；将普通墙体命名为3号墙体。在此过程中，研究者所用的再生骨料均为正规、资质齐全供应商所供给的同一批骨料。从整体上来看，上述3个墙体的尺寸、结构、填充砌块均相同（见图2），所用混凝土级配也相同，墙体中的钢筋均为HRB235，以免结构、尺寸等因素的差异对试验结果造成影响，保证了后续抗压、抗剪这2项受力性能试验结果的可靠性。

图2 墙体模型尺寸图

3.2 方法

3.2.1 抗压试验

在抗压试验中，采用专用的压力试验机械对模型进行分析逐渐增加荷载，直至墙体模型被破坏为止，并记录过程数据与结果数据，作为后续受力性能分析的基础数据。在此过程中，进行3次以上抗压试验，并取平均值作为最终数据。此后，还要用所得到的数据按照公式：f=N/A（其中，f为试件截面单位面积受到的压力；N为破坏荷载；A为受压面积）计算其极限抗压能力。实验采用的试验设备为美国MTS系统公司的试验设备，同时，采用TDS-602静态数据采集系统进行数据采集。在操作过程中，先对配套设施与仪器进行调试和检查，确认无问题后才能开始正式进行试验。由于配套设备的自动化水平较高，整体试验过程中，人工操作环节的占比较少，因而极大地减少了人工错误以及失误操作对试验结果的影响，提高了试验结果的准确性。

3.2.2 抗剪试验

在抗剪试验中，依然采用单项分级加载的方式，并用千斤顶进行了对墙体模型的剪力加载。在此过程中，从0（零）开始，按照每级10 kN的剪力荷载逐级向3个墙体模型施加剪力，直至模型被破坏。试验过程中，采用压力传感器、位移传感器等传感器设施，结合TDS-602静态数据采集系统，收集了抗剪试验的过程以及结果数据，然后，根据σ=Ws/A（其中，σ为剪应力；Ws为剪力荷载；A为截面积）等公式，进行了数据的进一步计算和整理。整体操作过程与上述抗压试验操作相似，试验的自动化程度较高，人工操作环节少，因此，可以有效控制技术误差。同时，在试验前，进行了操作条件的检查，并在确认无问题后正式开始试验，且整体试验过程中未出现突发情况，所以，此次试验得出的数据不存在误差较大的问题，具有较高的可靠性。此外，无论是抗剪试验，还是抗压试验，均进行了多次，每次试验得出的数据结果具有良好的重复性，说明试验结果可靠。

4 结果分析

4.1 破坏过程分析

3个墙体模型均在水平荷载大于30 kN时，砌块开始出现裂缝，并向肋柱、肋梁延伸，但裂缝较为细小，对墙体的整体刚度不存在明显的影响。当压力、剪力继续增加时，斜向裂缝不断增加，墙体刚度受到了明显的影响，待压力、剪力荷载大于71 kN时，墙体出现了塑性变形的情况。此后，继续增加压力、剪力荷载，墙体的裂缝不断增加、变大，直至荷载达到了88 kN时，1号墙体已经出现了混凝土严重脱落的情况，肋梁露出了钢筋，部分砌块完全剥落，砌块最终被破坏，并呈现出了剪切型破坏的状态。而2号墙体也是在88 kN时被破坏，但并未出现混凝土脱落情况，所呈现的破坏状态为剪拉型破坏状态。3号墙体的破坏过程与1号、2号基本相同，但裂缝蔓延的时间更长，最终破坏状态为剪切型破坏。总体上来看，3种墙体模型都经历了弹性阶段、弹塑性阶段以及破坏阶段。在此过程中，弹性阶段墙体的荷载为开裂荷载，弹塑性阶段荷载为屈服荷载，破坏阶段荷载为极限荷载。

4.2 钢筋应变分析

在钢筋应变方面，对于边肋柱来说，弹性阶段时，墙体中的砌块承担了主要的抗剪力和压力作用，因此，钢筋开始出现轻微的形变。待到弹塑性阶段，砌体上的裂缝开始变大，导致其失去了大部分的承载能力，此时，荷载主要由钢筋承受，使钢筋形变加剧，最后，达到极限荷载后，钢筋已经出现了严重的变形。对于中肋钢筋，其主要作用是承担剪力荷载，在墙体开裂之前，其基本没有出现明显的应变，但在开裂之后，其应变迅速加大，最终达到极限荷载后，大部分钢筋均呈现出了屈服状态，因此，从总体上来看，钢筋在砌体开裂后，对墙体刚度的贡献较大，而此时，再生混凝土部分对承重贡献较小，同时，3种墙体所用的钢筋型号均相同，所以，3种墙体的钢筋应变情况基本一致[1]。

4.3 墙体力学性能分析

根据收集的试验数据，研究者列出了相应的表格（见表1），并基于该表格对墙体的力学性能进行了分析。从该表中的数据可以看出，相较于普通墙体，再生骨料含量分别为100%、50%的墙体开裂荷载分别下降了25%、3.5%，但在屈服荷载方面，100%墙体低于普通墙体22%，而再生骨料含量为50%的墙体却高于普通墙体0.4%。在极限荷载方面，再生骨料含量为50%的墙体较大，因此，从整体上来看，再生骨料含量为50%的墙体的屈服荷载与极限荷载，比再生骨料含量为100%的墙体以及普通墙体更大，因此，除了开裂荷载以外，再生骨料含量为50%的墙体在其他受力性能指标方面均优于普通墙体[2]。

表1 墙体力学性能表格kN

5 讨论

经过上述试验发现，再生混凝土密肋复合墙体的受力性能与再生骨料含量存在直接关系，再生骨料含量为50%时，墙体在部分指标上呈现出了优于普通墙体的情况，但在开裂荷载上，其依然低于普通荷载。由此可以看出，再生混凝土墙体相较于普通墙体更容易出现裂缝。从整体上来看，再生骨料含量为50%的墙体所具备的受力性能基本符合承重构件施工要求，因此，再生混凝土在承重构件建设中具有一定的适用性。但考虑到其容易出现裂缝情况，施工方在实际应用时，依然需要进行一定的考量。此外，由于再生骨料含量为100%的墙体在所有受力性能指标上均低于普通墙体，因此，可以看出，过多地添加再生骨料显然会影响墙体的承重能力。基于此，无论是在承重构件，还是非承重构件建设中，均应当根据实际情况合理控制再生骨料添加量，以保证其最终的施工质量[3]。