废砖再生混凝土黏结性能

杨 慧，王显利，杨旭姣，杨皓月

(1.北华大学土木与交通学院，吉林 吉林 132013；2.碧桂园吉林丰满项目部，吉林 吉林 132013)

我国每年产生建筑垃圾约10亿t，利用率却不足5%[1]，其中，废弃黏土砖占建筑垃圾总量的50%以上[2].土木工程领域每年消耗大量混凝土，将废弃黏土砖回收处理后用以替代天然骨料配置废砖再生混凝土，可以节约天然砂石，解决建筑垃圾的回收再利用问题，既可节约资源，又可保护环境[3].目前，再生混凝土研究主要集中在废弃混凝土的再生利用方面，对废砖再生混凝土的研究相对较少，且大都聚焦在材料基本性能[4-7]及无筋结构[8-9]方面，对用于钢筋混凝土结构必须考量的废砖再生混凝土与钢筋黏结滑移性能的研究未见报道.本次通过拉拔试验研究废砖取代率、钢筋直径、锚固长度、保护层厚度对废砖再生混凝土与钢筋间黏结性能的影响，可为废砖再生混凝土的推广应用提供依据.

1 试验设计

1.1 原 料

水泥选用冀东水泥吉林有限公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰、硅灰为吉林市联大新型建材公司生产的一级粉煤灰和硅灰，水为自来水.细骨料采用天然河砂，表观密度为 2 650 kg/m3，堆积密度为 1 430 kg/m3，细度模数为2.48；废砖骨料选用旧有建筑拆除后的废弃黏土砖，人工破碎后筛分成5～20 mm 3种不同级配的废砖骨料(图1)，用水冲洗，去除表面附着的砂浆及杂质，混凝土搅拌前提前浸泡称量好的废砖骨料(图2)，试验时取出晾干后再进行搅拌.晾干后测定废砖骨料指标，见表1.由表1可知，骨料各项指标符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 52—2006)要求.钢筋为HRB335普通带肋钢筋，力学性能见表2.

图1不同级配的废砖骨料Fig.1Waste brick aggregate with different gradations图2废砖骨料浸泡Fig.2Preparation of waste brick aggregate

表1 粗骨料性能Tab.1 Performance of coarse aggregate

表2 钢筋性能Tab.2 Performance of steel bar

1.2 混凝土配合比及试件设计

试验采用的材料配合比见表3.

表3 废砖再生混凝土配合比Tab.3 Mixture ratio of recycled concrete with waste brick

中心拉拔试验的试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，试验用钢筋长度为400 mm，无横向钢筋，未黏结部分用PVC管套好并用胶布封堵，自由端预留50 mm用于固定千分表，测量自由端的滑移量；加载端留有200 mm钢筋用于试验加载.废砖取代率、钢筋直径、钢筋锚固长度和混凝土保护层厚度是影响混凝土与钢筋黏结性能的重要因素，分组制作试件.废砖再生混凝土抗压强度与废砖骨料取代率有关[10-11].试验研究废砖取代率对再生混凝土黏结性能的影响中骨料取代率分别设为0、25%、50%、75%及100%，共5组，记为B1、B2、B3、B4、B5，各组同时制备，测定立方体抗压强度；钢筋直径分别为12、16、20 mm，记为C1、C2、C3；锚固长度分别为60、80、120 mm，记为D1、D2、D3；保护层厚度分别为67、62、57 mm，记为E1、E2、E3.因每项试验只改变1个因素，因此，B3、C2、D2、E1组试件可以相同，为提高试验效率，共享1组试验.

试验按照《混凝土结构试验方法标准》(GB 50152—2012)在电子万能试验机上进行.拉拔试件(图3)，控制加载速度，仔细观察试件破坏情况——劈裂破坏(图4)、拔出破坏(图5)，依据加载步长记录荷载-位移数据，以及极限荷载及对应的自由端位移.

图3试验试件Fig.3Test specimen图4劈裂破坏Fig.4Splitting failure图5拔出破坏Fig.5Pullout failure

2 试验结果及分析

2.1 废砖取代率对混凝土强度和黏结性能的影响

混凝土强度随废砖取代率的变化见图6.由图6可见：混凝土强度随废砖取代率的提高而减小，50%后抗压强度变化趋于平缓.分析认为，这是由于废砖骨料较天然骨料孔隙率大、强度低，随着废砖取代率的增加，由骨料差异产生的影响逐渐变小，废砖骨料逐渐起到主导作用.

在钢筋直径16 mm、锚固长度80 mm、保护层厚度67 mm下试验得到的不同废砖骨料取代率对应的黏结应力-滑移曲线见图7.由图7可见：废砖取代率越大黏结应力越小，从25%到50%黏结应力下降明显，超过50%后随骨料取代率的提高黏结应力下降变缓.分析认为，这是由废砖骨料的强度低、压碎值高导致的，图4中破坏面废砖骨料几乎完全劈裂也说明了这一点.随着废砖取代率的提高，天然骨料的主导作用逐渐被废砖骨料所替代.

图6混凝土强度随废砖取代率变化Fig.6Change of concrete strength with the replacement rate of waste brick 图7不同废砖取代率的黏结应力-滑移曲线Fig.7Bond stress-slip curves of different replacement ratios with waste brick

2.2 钢筋直径对废砖再生混凝土黏结性能的影响

在废砖取代率50%、锚固长度80 mm、保护层厚度67 mm下，不同钢筋直径废砖再生混凝土的黏结应力-滑移曲线见图8.由图8可见：钢筋直径对钢筋与废砖再生混凝土之间的黏结性能有一定影响，除直径12 mm的试件为拔出破坏外，其余均为劈裂破坏，3组试件极限黏结应力相差2%左右，且钢筋直径越小极限滑移越大.滑移量相同时，钢筋直径越小黏结应力越小，说明钢筋直径越大，废砖再生混凝土抗滑移性能越强.

图8 不同钢筋直径的黏结应力-滑移曲线Fig.8 Bond stress-slip curves of different reinforcement diameters

2.3 锚固长度对废砖再生混凝土黏结性能的影响

加工试件时，可以通过改变加载段处的PVC套管长度达到改变钢筋锚固长度的效果.在废砖取代率50%、钢筋直径16 mm、保护层厚度67 mm下试验得到不同锚固长度的黏结应力-滑移曲线，见图9.由图9可见：随着黏结长度的增加，黏结应力不断增大，滑移值减小.黏结长度为60 mm时，极限黏结应力和极限滑移量均为最小，最终发生拔出破坏(见图5)，这是由于钢筋有效长度减小直接导致混凝土对钢筋的咬合握裹力不足所致.

2.4 保护层厚度对废砖再生混凝土黏结性能的影响

通过偏心置筋的方式改变钢筋混凝土保护层厚度，考察保护层厚度对黏结性能的影响.在废砖取代率50%、钢筋直径16 mm、锚固长度80 mm下的黏结应力-滑移曲线见图10.由图10可知：最大黏结应力随着保护层厚度的增加而增大，保护层厚度为67 mm时的最大黏结应力约为62 mm时的1.8倍，约为57 mm时的2倍，极限滑移量也更大.保护层厚度越小，各组试件的最大黏结应力及最大滑移量也越接近，说明保护层越厚约束力越大，试件越不容易发生黏结破坏.

图9不同锚固长度的黏结应力-滑移曲线Fig.9Bond stress-slip curves of different anchorage lengths图10不同保护层厚度的黏结应力-滑移曲线Fig.10Bond-slip curve of different protective layer thickness

3 小 结

废砖再生混凝土材料因其经济性、实用性、环保等突出特点得到各相关行业的认可，未来应用前景相当可观[12-13].比如，可在景区建筑工程中的非承载或承载较小的工程结构中应用，既能满足相关结构规范要求，又能满足景观的形式需要[14]；可用于封闭住宅小区内非承重道路的基层与面层，其力学性能完全可以满足要求；废砖骨料制作多孔再生混凝土用于护坡工程，既可以加固护坡，又能保持自然；可在新农村建设的房屋建筑及道路工程中广为利用[15].本次研究显示：废砖再生混凝土较基准混凝土更容易发生劈裂破坏，其抗压强度、黏结应力随废砖取代率的提高而减小，但超过50%后，抗压强度和黏结应力的变化不再明显；钢筋直径越大，废砖再生混凝土抗滑移能力越强，钢筋直径对极限黏结应力有影响但不显著；适当增加钢筋锚固长度和保护层厚度可以提高废砖再生混凝土的黏结强度.