再生混凝土集料

再生混凝土集料（精选八篇）

再生混凝土集料 篇1

目前,国内外对再生粗骨料混凝土的理论研究趋于成熟, 再生粗骨料混凝土已应用于实际工程中。 再生细骨料混凝土的研究这几年进展较快,国内学者对再生细骨料混凝土骨料取代率、 抗压强度、劈裂强度、干燥收缩、抗碳化性、抗渗透性、抗磨性等方面进行了研究[1,2,3,4,5]。 但对粗细骨料均用建筑垃圾组成的再生细石混凝土的研究较少。 在中国,每年拆除老旧建筑产生建筑垃圾高达2 亿t, 每年20亿m2新建面积要产生建筑垃圾1~1.2 亿t, 这些建筑垃圾的主要成分是混凝土、砂浆和粘土砖等。 利用这些废弃的混凝土、砂浆和粘土砖经破碎,成为再生粗细集料加以利用, 可减少对天然资源的开采。 为此,本文利用拆除旧建筑物产生的建筑垃圾分别研究了再生粗细集料种类、掺入量、粉煤灰掺量三种因素对再生细石混凝土强度的影响,以期为再生细石混凝土的推广应用提供一些参考。

1 试验

1.1 试验原材料

水泥:32.5 级普通硅酸盐水泥, 物理力学性能见表1。

砂:采用粒径不大于5mm的中砂。

天然粗骨料:采用20~40mm天然碎石,用颚式破碎机破碎得到粒径5~10mm的细石。

粉煤灰:嘉兴产Ⅱ级灰。

再生粗细集料:废弃混凝土块、砂浆块为嘉兴某居民楼拆除时所产生的废弃物,龄期约20 年,混凝土强度等级约C20, 砂浆强度等级约为M5 混合砂浆,煤矸石碎砖强度等级约MU10,龄期约5 年将混凝土、 砂浆及煤矸石碎砖用PE60X100 型颚式破碎机破碎、 筛分后得到粒径≤10mm的再生混凝土、砂浆和碎砖集料,再生集料各项物理力学指标见表2。

1.2 试验方案

本试验中各种再生细石混凝土设计强度等级为C20, 坍落度约为35mm, 强度设计值fcu,o=20+1.645×4=26.58MPa。

则水灰比:

计算用水量:

计算水泥用量:

再生粗细集料用量:

S0+ G0= 2350-340-204=1806kg

本试验依据再生集料种类、 再生集料掺入量粉煤灰掺入量三种因素对再生细石混凝土强度的影响设计不同类型的配合比进行试验,具体试验方案见表3。

1.3 试验方法

试件制作采用人工拌制、机械振捣(振动台),试件尺寸为100mm×100mm×100mm,脱模后试件在20°C左右的水中养护, 测定龄期7d,28d的抗压强度。 混凝土力学性能按GBJ 81—85《普通混凝土力学性能试验方法》进行试验,试验结果见表3。

2 试验结果分析

2.1 各类再生粗细骨料不同取代率对再生细石混凝土强度的影响

2.1.1 混凝土再生集料取代率对再生细石混凝土抗压强度的影响

将表3 试验组2、3、4、5 和对照组1 对比得到混凝土再生集料取代率对再生细石混凝土抗压强度的影响,见图1。

由图1 可见,当天然砂全部被混凝土再生细集料取代, 天然细石被混凝土再生粗集料逐步取代时,再生细石混凝土与天然细石混凝土的早期(7d)和后期(28d)抗压强度基本持平,且有小幅提高。 当再生混凝土集料取代率在60%时,再生细石混凝土的7d和28d抗压强度甚至分别提高了8.8MPa和8.1MPa。 这一试验结果较出乎意料,文献[3]也有类似的试验结果。 笔者认为,再生细石混凝土强度出现不降反升主要有两方面的原因:一方面是由于再生混凝土集料强度较高与配置的再生细石混凝土强度相当,包裹在石子表面的硬化水泥砂浆结构较致密且表面粗糙,与水泥水化产物有很强的啮合能力, 这对再生混凝土的抗压强度可起到增强作用。另一方面,再生集料表面粗糙,加水搅拌时吸水率较高, 实际使水泥水化过程中界面区的水灰比减小,增强了再生细骨料和水泥浆的结合能力,从而提高了再生混凝土的抗压强度。 随着再生骨料取代率的增加,吸水量也越多,水泥浆体中的实际水灰比也越低,而当再生骨料取代率达到60%时,再生混凝土强度主要取决于形成主要骨架的再生骨料,而再生骨料的强度要小于天然骨料的强度,因而使得再生混凝土的强度呈下降趋势。 因此,在本试验条件下出现了混凝土再生集料的取代率在任何区间(0%~100%),再生细石混凝土强度无可与天然细石混凝土强度相当的试验结果,且当取代率在60%左右时,再生细石混凝土早期(7d)、后期(28d)强度甚至比天然细石混凝土强度更高。

2.1.2 砂浆再生集料取代率对再生细石混凝土抗压强度的影响

将表2 试验组6、7、8 和对照组5 对比得到粗细集料由再生混凝土和再生砂浆组成,砂浆再生集料取代率对再生细石混凝土抗压强度的影响,见图2 所示。

由图2 可见,再生细石混凝土强度随砂浆集料取代率的增加而明显下降, 取代率在20%时,7d和28d的抗压强度分别下降了0.78%和6.7%。 取代率达到40% 时,7d、28d的抗压强度分别下降了2.9MPa和8.1MPa,下降幅度达22%和36%。 由此可见,砂浆再生集料对再生细石混凝土抗压强度的影响随取代率的增加而增大,而且后期强度(28d)下降速率更大,比早期强度(7d)表现更加明显。 这是由于再生砂浆颗粒强度远低于再生混凝土强度,此时,砂浆集料表面包裹的未水化的水泥浆水化作用远小于自身强度大小对再生细石混凝土的影响。 因此,砂浆再生集料掺量对再生细石混凝土的抗压强度起不利作用。

2.1.3 碎砖再生集料取代率对再生细石混凝土抗压强度的影响

将表3 试验组9、10、11 和对照组5 对比得到粗细集料由再生混凝土和再生粘土砖组成,碎砖再生集料取代率对再生细石混凝土抗压强度的影响见图3 所示。

由图3 可见,再生细石混凝土强度随碎砖集料取代率的增加而明显下降, 取代率在17%时,3d和7d强度分别下降了11% 和25%, 之后下降更加明显。 取代率达到35%时,7d和28d的强度分别下降了2.9MPa和8MPa,下降幅度达22%和36%。 由此可见,碎砖再生集料对再生细石混凝土抗压强度的影响随取代率的增加而增大, 而且后期强度(28d)比前期强度(7d)表现更加明显。 究其原因是由于破碎后的黏土砖骨料表面粗糙、棱角较多, 粗、细骨料之间的润滑不及普通混凝土的砂石骨料。 另外,由于再生黏土砖的多孔隙结构导致再生骨料强度相对水泥石强度偏低。 在对再生黏土砖细石混凝土试压的过程中发现, 再生细石混凝土的破坏形式与上述两组其它再生集料细石混凝土不同,再生黏土砖集料混凝土破坏通常是集中或通过碎砖集料,这正是黏土砖多孔隙结构导致碎砖再生集料强度低的原因。

2.2 粉煤灰对再生细石混凝土强度的影响

将表3 试验组11、12、13 和对照组6、7、8 对比得到粉煤灰等量取代率与再生细石混凝土强度的影响,如图4 所示。

由图4 可见,随着粉煤灰取代率的增加,再生细石混凝土早期(7d)强度下降的幅度较大,当粉煤灰取代30%的水泥时, 再生细石混凝土的7d强度比对比组8 下降了2.4MPa, 下降幅度达23.5%,而28d抗压强度的下降幅度并不大, 仅仅下降了0.4MPa,下降幅度为0.2%。 试验结果表明,粉煤灰掺量对再生细石混凝土的早期强度影响较大,掺量越大,早期强度下降的幅度越大,粉煤灰掺量对后期强度影响较小, 这是因为粉煤灰中的Si O2和Al2O3与水泥水化生成的Ca (OH)2发生反应,生成C-SH和C-A-H凝胶,使得Ca (OH)2粗大结晶与定向排列大幅度减少,改善了混凝土的界面结构,粗颗粒变为细颗粒,粗孔变为细孔,从而提高了混凝土的抗压强度。 粉煤灰掺量在20%以内时,再生细石混凝土的28d强度略高于未掺粉煤灰的再生细石混凝土,提高幅度为5.6%。 当粉煤灰掺量达到30%时,混凝土的早期与后期强度均呈下降趋势。 由此可见,粉煤灰的掺量不宜过大,最佳掺量应控制在15%~20%范围内。 在此范围内,利用粉煤灰的活性适当降低再生细石混凝土中的水泥用量,可降低混凝土成本。

3 结论

(1)再生粗细集料种类和取代率对再生细石混凝土强度有很大影响,试验结果表明,原强度较高的再生混凝土骨料所配制的再生细骨料混凝土抗压强度可与天然骨料配制的细石混凝土强度相当甚至更高,而强度较低的砂浆及废砖再生骨料配制的再生混凝土强度均低于天然骨料混凝土。

(2)混凝土再生集料取代率在0~100%时,再生细石混凝土的早期和后期强度均与天然细石混凝土强度相当, 且取代率在60%时,7d和28d的抗压强度分别提高了8.8MPa和8.1MPa。

(3)砂浆再生集料对再生细石混凝土强度影响是随砂浆集料取代率的增加强度明显下降,砂浆再生集料掺量对再生细石混凝土的抗压强度起不利作用。

(4)碎砖再生集料对再生细石混凝土抗压强度的影响随取代率的增加而增大,再生细石混凝土破坏时通常是集中或通过碎砖集料。

再生混凝土集料 篇2

摘要：为研究橡胶集料混凝土钢组合梁的疲劳性能，对6个试件进行疲劳试验。试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响。试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度。试验结果表明：部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定；组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断，破坏具有较大的延性；橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度，明显提高疲劳寿命，并增大残余滑移，表现出更好的延性；增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命，并降低刚度退化作用；较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低，并表现出较大的塑性。研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据。

关键词：橡胶集料混凝土；组合梁；疲劳性能；部分剪力连接；栓钉

中图分类号：TU398 文献标识码：A

可再生橡胶集料混凝土（RRFC）由普通混凝土加入经过机械粉碎、碾磨并洗净的废旧轮胎橡胶颗粒所制成，是一种新型环保绿色材料。由于其具有较好的变形能力、抗裂性能及良好的疲劳性能，这种新材料已成为国内外的研究热点。早在1999年就被用于亚利桑那大学的路面铺装，目前已得到更为广泛的应用。Hernandez针对不同橡胶掺量的混凝土进行了一系列试验，测试其静力、动力和疲劳性能，指出橡胶集料混凝土具有较好的能量耗散性能和抗疲劳性能。国内学者也进行了一些试验，如橡胶混凝土的三点弯拉疲劳性能，证明同等循环加载条件下，橡胶混凝土的疲劳寿命明显高于普通素混凝土。

钢与混凝土组合梁能充分利用不同材料的性能，目前已被广泛应用于高层建筑、多层工业厂房和桥梁，并带来良好的经济与社会效益。钢和混凝土之间的组合作用由剪力连接件实现，由于施工方便，焊在钢梁翼缘上的栓钉成为最常用的剪力连接件。对于承受交通荷载的桥梁，结构长期处于循环荷载作用下，栓钉将直接承受疲劳荷载，其疲劳问题日益突出。为此，国内外学者进行了大量的静力与疲劳试验，研究了组合梁的疲劳破坏形式，及栓钉直径、疲劳荷载和混凝土强度等因素对疲劳性能的影响。

基于橡胶集料混凝土良好的材性，将其应用于组合桥梁中，可有效提高行车舒适度，减少结构开裂，并可能改善组合桥梁的抗疲劳性能。此外，大直径栓钉的应用可以减小栓钉个数，降低焊接工作量，有效加快施工进度，而橡胶集料混凝土的应用也可能改善大直径栓钉的受力性能。目前已对组合梁和橡胶集料混凝土性能展开了大量研究，然而，尚缺乏对钢与橡胶集料混凝土组合梁疲劳性能的系统研究。本文为研究橡胶集料混凝土钢组合梁抗疲劳性能，选取了混凝土种类、栓钉直径、剪力连接程度、钢梁尺寸4个影响因素，进行6个组合梁疲劳试验。研究了不同参数对组合梁疲劳寿命、抗裂性能、应力分布、残余变形及刚度退化的影响，并讨论橡胶集料混凝土在组合桥梁中的适用性。

1试验概况

1.1试件设计

文献研究了0%，5%，10%和15%四种不同橡胶掺量下，组合梁推出试件的受力性能，结果表明掺量为15%的混凝土强度有较大削弱，而掺量为5%的混凝土塑性性能提高不明显。因此，本文在前期研究的基础上，选择橡胶掺量为10%的橡胶集料混凝土制作试件。在组合梁静力试验的基础上，本试验共设计6个与静力试验相同的组合梁试件，用于疲劳试验，编号为FBFT-1～FBFT-6。

钢与混凝土组合梁是由H型钢梁、加劲肋、焊钉、混凝土板和钢筋组成的空间受力体系，难以按比例制作相应的缩尺模型，特别是混凝土桥面板和钢板的厚度，而足尺模型成本较高。为此，按《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）制作组合梁的定型模型，模拟钢与混凝土组合梁的受力情况，对其进行研究。试件设计考虑试验条件的同时，保证所有试件的设计中性轴均位于钢梁截面，避免混凝土板受拉。组合梁全长4 000 mm，其中纯弯段700 mm，剪跨段1 500 mm，加载点及支座截面设置加劲肋。所有试件的设计中性轴均位于钢梁上翼缘。试件设计为2种截面尺寸，钢梁分别使用HW250×250和HW350×350，其中2个试件的混凝土板采用普通混凝土浇筑，4个试件的混凝土板采用掺量为10%的橡胶集料混凝土浇筑。钢梁上翼缘焊接单排栓钉，栓钉直径分为16，19，22 mm。本文的组合梁为部分剪力连接，栓钉个数较少，且推出试验结果表明，栓钉数量相同的情况下，单排栓钉受力性能较好，因此均采用单排均匀布置。为研究部分剪力连接组合梁的疲劳性能，按规范设计0.5和0.68两种不同剪力连接程度，公式如下。

（1）

（2）式中：r为剪力连接系数；n为实际栓钉个数；n_s为完全剪力连接时的计算栓钉个数；F_c為混凝土板压力；b_eff为混凝土板有效宽度；h_c为混凝土板有效厚度；f_c为混凝土抗压强度；V_u为单个栓钉抗剪承载力，由静力推出试验获得。

组合梁试件的参数见表1，试件具体尺寸及构造见图1和图2。

按照GB/T 10432-2002，栓钉选用16 mm×90 mm，19 mm×110 mm，22×130 mm三种规格，长度与直径比值均大于4，细部尺寸见图3。试件在钢结构加工厂制作并养护，模板及配筋见图4。

1.2材料属性

试件的混凝土设计强度为C30，通常情况下，以橡胶颗粒代替部分细骨料，但混凝土的强度和弹性模量都会有所下降。为排除试验中混凝土强度对组合梁抗疲劳性能的影响，经多次试验后，改变粗骨料及水灰比，确定最合适的配比，使橡胶集料混凝土与普通混凝土的强度和弹性模量基本相同。在浇筑试件时，按规范制作2组150 mm×150 mm×150mm的标准立方体试块，一组在标准养护条件下养护，另一组在与试件组合梁相同的条件下养护，抗压强度测试结果见表2。其中f_cu，k为在标准养护条件下28 d的立方体抗压强度，f_cu，k为在与试件相同的条件下养护，并于疲劳试验开始时测试的立方体抗压强度，E为弹性模量。

试件所用型钢材料为Q235钢，从钢梁翼缘上切取标准板条进行拉伸试验，平均屈服强度和极限抗拉强度分别为241 MPa和398 MPa。栓钉的材料为M15，其抗拉强度为365 MPa。钢筋选用φ6的HRB335热轧钢筋，2种组合梁截面的纵向配筋率分别为0.87%和0。71%，经测试的钢筋屈服强度和极限抗拉强度分别为348 MPa和455 MPa。

1.3试验装置

疲劳试验采用1000kN电液伺服疲劳试验机加载，作动器在组合梁跨中施加等幅正弦脉冲疲劳荷载，加载频率为1.3 Hz，荷载通过分配梁传递给2个加载点，加载点间距为700 mm。试件两端简支，组合梁和分配梁的两端支座下均放置厚度为40mm的钢板，以防止试件局部压力过大，试验装置如图5所示。

1.4测点布置及加载制度

疲劳试验中，采用精度为1/1 000 mm的位移计测量跨中挠度，同时测量支座端钢梁与混凝土的相对滑移和掀起，以确定组合梁在疲劳荷载下的动位移。采用混凝土应变片测量跨中截面混凝土板的应变，可判断组合作用的程度及中性轴位置的变化。测点布置如图6所示，其中D1～D3为位移计，C1～C3为应变片。

在疲劳试验正式开始前进行1～2次静力预加载，以消除松动并确认仪器工作正常。疲劳加载过程中，当加载至0.03，0.1，0.5，1，3，5，10，15，20，30，40，…万次时，停止疲劳加载，进行一次静力加卸载循环，用于分析疲劳加载过程中的残余应变、残余变形及刚度退化的规律，所加荷载为疲劳荷载上、下限的平均值。出现疲劳破坏的征兆时，适当减小采集间隔。

2试验结果

2.1疲劳寿命

对6个与疲劳试验相同的组合梁试件进行静力加载，测得其极限承载力，见表3。疲劳荷载的上、下限由极限承载力按比例计算得到。为保证疲劳试件不进入弹塑性阶段，疲劳荷载上限约为静力极限承载力的50%；根据实际经验，取疲劳荷载下限约为静力极限承载力的10%。根据静力试验可知FBFT-1～FBFT-3及FBFT-4～FBFT-6分别具有基本相同的承载力，为方便疲劳加载，按平均承载力计算，对FBFT-1～FBFT-3及FBFT-4～FBFT-6分别施加相同的疲劳荷载，以比较不同参数对组合梁疲劳性能的影响。主要试验参数及疲劳加载次数见表3。由表3中数据可见，使用橡胶集料混凝土的试件FBFT-2和FBFT-5分別比使用普通混凝土的FBFT-1和FBFT-4拥有较高的疲劳寿命，寿命分别增加50%和144%，表明橡胶颗粒具有较好的变形性能，可有效降低应力集中作用，减缓组合梁的疲劳损伤发展。FBFT-2与FBFT-3相比，剪力连接程度增加36%后，疲劳寿命增加40%，这是因为组合梁的破坏标志为剪跨区栓钉疲劳剪断，因此在部分剪力连接的组合梁中，剪力连接程度对其疲劳性能有很大影响。对比FBFT-5与FBFT-6可知，剪力连接程度相同的情况下，疲劳寿命随栓钉直径的增加而降低，原因是直径增大后栓钉个数相应减少，易导致较大的应力集中，加速疲劳损伤的发展。但是，FBFT-4与FBFT-6具有相近的疲劳寿命，证明橡胶集料混凝土良好的抗疲劳性能可弥补大直径栓钉缺陷，进而为更大直径栓钉的应用提供可能。

2.2试验现象及破坏模式

由于预加载时，钢与混凝土间的自然黏结已经失效，因此组合作用完全由栓钉提供。在疲劳加载初期，栓钉产生变形，支座处的钢梁与混凝土板首先出现相对滑移。此后，栓钉变形增大，支座端的滑移有所增加，加载点下方的混凝土板出现细小裂缝。随着疲劳加载次数增加，支座附近发出有规律的清脆响声，混凝土板掀起明显，可观察到支座处的栓钉已被剪断，剪跨区滑移由支座端向跨中发展，组合作用被削弱，加载点下方混凝土的裂缝贯穿板底。破坏时，混凝土裂缝宽度增大，滑移已由支座向跨中延伸至约1 200 mm处，掀起与滑移变形极大，可观察到剪跨区栓钉全部剪断，此时钢梁没有明显变形，但由于组合作用完全丧失，因此判定组合梁疲劳破坏，如图7所示。这也说明，疲劳破坏时，组合梁退化为钢梁，轧制钢材疲劳性能较好，且可以承受疲劳上限，所以结构具备较大的后续疲劳承载能力。因此，试验所测寿命仅为组合梁的疲劳寿命，而并非结构的全寿命。

组合梁疲劳破坏模式与静力破坏有很大差别。承受静力荷载时，组合梁跨中有明显挠曲变形，最终破坏形式为跨中钢梁屈服，混凝土板压碎，但栓钉基本没有破坏，如图8所示。承受疲劳荷载时，6个试件的破坏模式均为剪跨区栓钉全部剪断，破坏时钢梁没有屈服，详见图9。

试验中栓钉的疲劳剪断破坏模式主要有图10中的3种：栓钉杆中下部剪切破坏（图10（a））、栓钉根部钉杆剪切破坏（图10（b））、栓钉焊缝撕裂破坏（图10（c））。前两种破坏模式为正常疲劳破坏，第三种破坏模式是由焊接缺陷导致的，对栓钉疲劳性能有很大削弱。试验发现大部分栓钉发生第二种破坏，但仍有一定数量的栓钉发生第三种破坏。当栓钉发生前两种破坏时，钉杆均可产生图11所示截面，从图中可以看出，疲劳源位于栓钉表面，疲劳裂缝扩展区内有明显的疲劳台阶，裂缝扩展区与瞬断区的面积比约为5：1，表明栓钉有较好的塑性。

在疲劳过程中，由于端部栓钉逐步剪断，剪跨区的混凝土板受力很小，趋于自由状态，因此仅在纯弯段的加载点附近受力较大并出现裂缝，裂缝分布如图12所示。图12（a）与（b）～（e）对比可知普通混凝土组合梁的主要裂缝仅有一条，裂缝宽度较大，损伤严重，而橡胶集料混凝土组合梁的裂缝相对细小，且分布均匀，没有发生致命的集中破坏；由图12（b）与（c）可以看出，当所用栓钉和混凝土相同时，剪力连接程度小的组合梁裂缝数量较多；由图12（d）与（e）比较可知，所用混凝土与剪力连接程度相同时，大直径栓钉会导致混凝土开裂时间过早，但对裂缝的数量没有明显影响。

3试验结果分析

3.1跨中截面混凝土应变沿梁截面高度变化规律

大量已有静力试验证明，组合梁在承受静力荷载且处于正常工作状态时，全截面均符合平截面假定，即混凝土板与钢梁可以共同受力，所受应力示意图见图13（a）；当静力构件进入塑性阶段或剪力连接件变形过大时，组合梁不符合平截面假定，混凝土板与钢梁不完全连接，并产生2个中性轴，受力状态如图13（b）所示；当没有剪力连接时，混凝土板与钢梁完全独立工作，如图13（c）所示。

为研究疲劳荷载下组合梁受力性能，在试件跨中混凝土板侧面粘贴应变片。由试件尺寸计算可知疲劳试验所用组合梁属于图13（a）中所示第二种情况，相应的静力试验也可表明混凝土板在加载过程中全部受压，即中性轴位于钢梁截面内，因此若疲劳试验测得混凝土板受拉应力，则可判定组合梁处于不完全连接状态。

图14所示为不同荷载循环次数下，FBFT-1混凝土板的应变在跨中截面沿截面高度的变化规律。

从图14中可以看出，应变沿混凝土板截面高度的分布基本为直线，表明疲劳过程中，平截面假定在混凝土板内可假设成立。数据显示混凝土板在疲劳加载前全截面受压，板与钢梁可协同受力，但荷载循环仅0.3万次后，混凝土板底部出现拉应力，说明组合作用被削弱，板内中性轴位置接近板底；疲劳加载2万次后，剪力连接键进一步破坏，应变片C2所测数据基本为零，分析可知板内中性轴上移至C2处；试件发生疲劳破坏时的静力加载数据显示，中性轴继续上移，位置靠近混凝土板的中心轴，表明剪力连接键已基本失效，试件受力模式接近图13（c）所示叠合梁。

试验数据显示，其余试件中混凝土板应变的变化规律基本与FBFT-1相同。综上可知，部分剪力连接的组合梁在0万次静力荷载下组合作用完好，受到疲劳荷载后，组合作用迅速退化，在全部疲劳试验过程中，组合梁不符合平截面假定，处于不完全连接的状态。此外，0万次所测荷载应变曲线呈线性分布，试件可沿加载路径卸载，表明试件在相应荷载下处于弹性阶段，但经历疲劳循环后，试件在相同荷载下出现明显的弹塑性阶段和“滞回现象”，且加载次数越大，试件的塑性特征越明显。

图15所示为混凝土板中性轴高度h_n随疲劳荷载循环次数的变化规律，其中h_n为中性轴位置与板底的间距，若混凝土板全截面受压，则中性轴高度为负。由于试件FBFT-3的应变片在测量中损坏严重，采集数据变异较大，将其剔除。由图14可以看出，试件FBFT-1～FBFT-2与FBFT-4～FBFT-6分别具有基本相同的曲线，表明若组合梁截面尺寸相同，则板内中性轴发展规律基本相同，栓钉直径、剪力连接程度和橡胶集料混凝土均未对其产生影响。

3.2疲劳破坏标准

虽然疲劳破坏一般为脆性破坏，但是与其他结构相比，混凝土组合梁疲劳破坏时有较大延性。这是因为组合梁中栓钉从支座端向跨中依次破坏，构件中栓钉数量较多，且每个栓钉的破坏均需经历足够的荷载循环次数，因此结构可进行多次应力重分布。此外，型钢钢梁的抗疲劳性能较好，在剪跨区栓钉全部剪断，混凝土板完全失效的情况下，只有钢梁单独受力也能承受最大疲劳荷载。这也说明，以结构不能承受最大疲劳荷载来判定其最终破坏并不适用，试验中以剪跨段栓钉全部剪断为标准，认定结构破坏，但因该现象在实际结构中不易观察，故此判定方法缺乏广泛适用性。

通过试验数据可以发现，不同试件混凝土板的中性轴在疲劳过程中有相似的发展规律。由图15可见，相同尺寸的组合梁试件在疲劳破坏前具有相近的中性轴高度。为方便比较不同尺寸的试件，定义中性轴高度系数ξ=h_n/h，其中h为混凝土板高度。疲劳破坏时，FBFT-1～FBFT-2的平均中性轴高度系数为0.411，FBFT-4～FBFT-6的平均值為0.403。在5个试件疲劳破坏前，中性轴高度系数都发展至一个定值，因此可将其作为辅助判定构件疲劳破坏的标准。

3.3残余变形

虽然试验进行等幅疲劳加载，且疲劳上限小于比例极限荷载，即试件处于弹性阶段，但由于疲劳损伤不断累积，疲劳荷载同样使组合梁产生不可恢复的残余变形。在疲劳试验中，加载至一定次数后停机，对组合梁施加不破坏的静力荷载，可得到不同加载次数下试件的滑移和挠度。

图16所示为一个典型试件的荷载滑移曲线。由图可知，由于疲劳损伤，试件在卸载后有不可恢复的残余变形。由于位移计在疲劳加载过程中受到扰动，试件FBFT-3的测量结果误差较大，将其剔除后，剩余5个试件的残余滑移随加载次数的发展曲线如图17所示。为方便比较，以试件最终寿命为参考，对荷载作用次数进行归一化处理，其中Ni为加载过程中的荷载循环次数，N为破坏时荷载循环次数。

由图17可知，残余滑移的发展过程明显可分为3个阶段：第工阶段为疲劳损伤萌生阶段，残余滑移在加载初期急剧增长；第Ⅱ阶段为疲劳损伤发展阶段，试件进入稳定状态，滑移增长趋势较慢；第Ⅲ阶段为疲劳破坏阶段，加载后期由于剩余的抗剪栓钉数量较少，且有效截面很小，残余滑移迅速发展，出现突变，随即发生疲劳破坏。第工阶段和第Ⅲ阶段各占总寿命的约5%，第Ⅱ阶段约占总寿命的90%。

试件的跨中挠度通过位移计定时采集，残余挠度随加载次数的变化曲线如图18所示。

残余挠度在试件开始经历循环荷载后（约1万次内）迅速增加，后进入稳定发展阶段，符合疲劳试验的一般规律。但与残余滑移不同，组合梁的残余挠度在试件疲劳破坏前没有发生明显增大，这是因为疲劳破坏时栓钉剪断，剪跨区混凝土板退出工作，但钢梁和纯弯段部分的混凝土板仍然可以继续承受疲劳荷载，因此试件挠度在破坏时没有突变。

图17和图18中数据显示，FBFT-1和FBFT-2的残余滑移和挠度均大于FBFT-4～FBFT-6。主要原因为钢梁截面相对较小，导致组合梁中性轴位置上移较多，则栓钉更靠近中性轴，所受剪力相对较大，因此试件更容易产生变形。分别对比FBFT-1与FBFT-2，FBFT-4与FBFT-5，由于弹性混凝土有较好的变形能力，代替普通混凝土后，组合梁在第Ⅱ阶段的残余滑移分别增大约27%和56%，残余挠度增加约45%和72%，体现出更好的延性。由FBFT-6与FBFT-5相比可知，抗剪连接程度相同的情况下，增大栓钉直径后，FBFT-6第Ⅱ阶段残余滑移和残余挠度均降低约64%，说明大直径栓钉可导致组合梁延性的降低。此外，FBFT-6比FBFT-4的残余滑移和残余挠度仅分别降低了25%和38%，表明弹性混凝土的使用可以在一定程度上弥补大直径栓钉造成的脆性。

3.4刚度退化

组合梁试件在疲劳加载过程中，滑移刚度和弯曲刚度都会发生不同程度的退化。根据疲劳加载过程中停机测得的静力数据，计算组合梁在不同荷载循环次数下的割线滑移刚度和弯曲刚度的退化程度，见表4。

组合梁在疲劳荷载下的弯曲刚度退化规律与滑移刚度相似，虽然各试件的寿命不同，但所有试件的滑移刚度退化均集中发生在2万次内。由于栓钉发生疲劳剪切破坏，而钢梁并没有明显的弯曲破坏，因此滑移刚度的退化程度远大于弯曲刚度。荷载循环2万次后，弯曲刚度基本保持不变，退化十分缓慢，且破坏时刚度与2万次时刚度基本相同，疲劳破坏前没有发生突变。

对于钢梁截面不同的FBFT-1～FBFT-3和FBFT-4～FBFT-6，钢梁截面较小的试件FBFT-1～FBFT-3具有明显较小的初始滑移剛度和弯曲刚度。此外，钢梁尺寸对刚度的退化幅度有一定影响。2万次时FBFT-1～FBFT-3的滑移刚度降低约87%，但FBFT-4～FBFT-6的刚度只降低约78%。这是因为钢梁尺寸不同，栓钉所受剪力不同。FBFT-1～FBFT-3的弯曲刚度降低约30%，而FBFT-4～FBFT-6的刚度降低约26%。弯曲刚度主要由钢梁截面控制，在试验中，疲劳荷载对混凝土及栓钉的损伤较大，对轧制钢梁的影响较小，因而钢梁截面相对较大的后3组试件能更好地抵抗损伤引起的弯曲刚度退化。

分别对比FBFT-1和FBFT-2，FBFT-4和FBFT-5可知，由于弹性混凝土的弹性模量降低，组合梁的初始滑移刚度和弯曲刚度降低15%～23%。弹性混凝土对组合梁滑移刚度的退化幅度基本没有影响，但会导致弯曲刚度退化加剧。

对比FBFT-2和FBFT-3可知，增大组合梁的剪力连接程度可有效增大初始弯曲刚度，增幅分别约为14%和25%。同时由于栓钉抗剪能力增强，可以使滑移刚度和弯曲刚度的退化分别降低2%～7%。

FBFT-5和FBFT-6的试验结果表明，如果剪力连接程度相同，栓钉直径对组合梁的滑移刚度退化程度基本没有影响。但较大直径的栓钉有利于提高组合梁的初始刚度，降低弯曲刚度的退化程度。

4结论

本文对6个橡胶集料混凝土与钢组合梁试件开展了疲劳试验研究。在此基础上通过试验结果分析得出如下结论：

1）组合梁的疲劳破坏模式为栓钉剪断和混凝土开裂，试件可进行多次应力重分布，其疲劳破坏有一定的延性，且破坏后仍有较高的承载力，疲劳破坏后强度储备较大。

2）在疲劳过程中，部分剪力连接的组合梁不符合平截面假定，混凝土板与钢梁不能共同受力，分别具有一个中性轴。板内中性轴在疲劳作用下不断上移，当中性轴高度系数达到0.4时，试件发生疲劳破坏。

3）橡胶混凝土组合梁能有效推迟混凝土裂缝出现的时间，减小裂缝宽度，显著提高组合梁抗疲劳性能；较大的剪力连接程度对静力性能影响很小，却可增加组合梁的抗疲劳能力，因此承受较大疲劳荷载的结构宜采用剪力连接程度较高的组合梁；此外，较大的栓钉直径会加剧应力集中现象，导致组合梁疲劳寿命降低，但该不利影响可被橡胶集料混凝土降低，从而促进大直径栓钉的应用。

4）在疲劳试验初期，组合梁的残余滑移和残余挠度均有较大的发展，但在疲劳破坏前，残余滑移迅速增大，残余挠度没有发生明显变化，也说明组合梁的疲劳破坏具有一定的延性。橡胶集料混凝土可增大试件在损伤发展阶段的残余滑移和挠度，表现出更好的塑性；相反，使用大直径栓钉的组合梁在损伤发展阶段变形较小，延性略差。

掺再生细集料混凝土力学性能的研究 篇3

混凝土毁坏废弃物已经被证明是用于生产新混凝土的粗集料的优良来源。有许多研究结果证明了由再生混凝土粗集料制备的混凝土能具备同普通混凝土相同的力学性能, 甚至对于高强混凝土而言, 目前的工程实践证明这个目标也是可以实现的[1,2,3]。

然而, 对于再生混凝土细集料却还缺乏系统的研究, 因为普遍认为再生细集料非常高的吸水量会削弱混凝土的强度。因此, 本文探讨了再生混凝土细集料部分或全部替代天然细集料 (砂) 在混凝土中使用的可能性。试验中研究了再生混凝土细集料取代率对混凝土抗压强度、弹性模量、劈裂强度的影响, 得到再生混凝土细集料可用于混凝土生产的结论, 同时与不含再生混凝土细集料的普通混凝土进行了比较。

2 实验

2.1 再生混凝土细集料的制备

实验过程中使用的再生混凝土细集料来源于在实验室条件下制备的原始混凝土。由于具有稳定的原材料及标准的程序, 可以完全控制混凝土的组成以及决定其主要性质。原始混凝土配比见表1, 其28天标准养护抗压强度为40.8MPa。

到28天时, 用小型颚式破碎机将混凝土破碎, 然后用机械筛分的办法将集料按尺寸分离, 0～5mm这部分尺寸留下使用, 从而再生细集料与天然细集料的颗粒尺寸范围相同。天然细集料以及再生细集料的主要性质见表2。由表2可知, 再生细集料和天然细集料的细度模数分别为2.4和2.6, 都属于中砂范畴。再生细集料密度较低, 主要是因为其较大的空隙率, 这也导致再生细集料具有较高的吸水率。

2.2 混凝土配合比

水泥采用珠江水泥厂产PII 42.5R硅酸盐水泥。砂为西江河砂, 细度模数为2.6。石为华南地区普通建筑用石, 最大粒径为25mm连续级配的花岗岩碎石。减水剂为3350C, 西卡外加剂厂生产的聚羧酸系高效减水剂, 固体含量为25%。共设计了6组混凝土, 塌落度保持160±20mm, 调整用水量。编号为RC的是基准混凝土, 编号为C10R、C20R、C30R、C50R、C100R的分别表示再生细集料取代率为10%、20%、30%、50%和100%的再生混凝土。配合比详见表3。

2.3 试验方法

立方体抗压强度、弹性模量、劈裂强度试验按照《普通混凝土力学性能试验方法》 (GB/T50081-2002T) 进行[4]。

3 结果与讨论

3.1 抗压强度

各组混凝土的28d立方体抗压强度见表4所示, 表中混凝土抗压强度值均取自3块150mm×150mm×150mm立方体抗压强度试验结果平均值。由表中可以看出, 随着再生细集料取代率的增大, 水灰比也增大, 但是混凝土立方体抗压强度变化不大。其主要原因是当再生细集料取代率增大时, 虽然表观水灰比也增大, 但再生细集料吸收了部分水分, 使得实际水灰比基本保持不变, 导致混凝土立方体抗压强度变化不大[5,6]。

3.2 劈裂强度

表5列出了混凝土的劈裂强度, 随着再生细集料取代天然细集料的增加, 强度明显的降低。虽然, 由于再生细集料中含有一部分未水化的水泥, 所以, 随着再生细集料取代天然细集料的增加, 相对水泥用量是增加了。但一般说来, 水泥用量对劈裂强度的影响没有抗压强度那么敏感, 因此对劈裂强度并无多大贡献。与此相反, 再生细集料的取代率增加时, 由于再生集料较多的孔结构, 反而导致劈裂强度出现大幅下降。

3.3 弹性模量

不同再生细集料取代率时的混凝土弹性模量结果列于表6, △是不同取代率再生细集料混凝土同基准混凝土比较的弹性模量变化值。再生细集料取代天然细集料到30%时, 弹性模量有少许的减少, 当完全取代时减少量最明显, 说明弹性模量是随取代率增加而逐渐降低的。

混凝土的弹性模量与粗集料的硬度、砂浆的硬度、孔结构以及粘结密切相关。因此, 在较小取代率下, 由于只有砂浆的硬度改变了, 而对孔结构以及粘结没有多大影响, 所以整体硬度没有受到明显影响;当完全取代时, 不仅砂浆的硬度改变了, 而且孔结构以及粘结也改变了, 因而显著影响了混凝土的弹性模量。

4 结论

本文系统研究了再生细集料取代天然细集料对混凝土力学性能的影响, 主要包括再生混凝土的立方体抗压强度、劈裂强度、弹性模量, 初步得出如下结论:

⑴抗压强度似乎不受再生细集料取代率的影响。

⑵随着再生细集料取代率的增加, 劈裂强度及弹性模量均减小;虽然如此, 得到的性能数值还是可以接受的, 尤其在取代达30%时。

⑶实验结果表明再生细集料部分或全部取代天然细集料 (砂) 在混凝土中使用是完全可行的。

参考文献

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[5]孔德玉.天然与再生骨料混凝土水灰比统一定则 (一) [J].建筑材料学报.2003, 6 (2) :129～134.

再生混凝土集料 篇4

一、旧路面水泥混凝土再生集料的加工工艺形式

旧路面水泥混凝土再生集料在加工的过程中, 其设备和工艺都与天然集料的工艺与设备都是有所不同的, 主要是利用:颚式破碎机、振动给料器、振动筛及相应传输等设备。但是, 在加工的过程中, 所用设备的类型, 要根据加工的产量进行选定。

1、在对旧路面水泥混凝土板面进行破碎的过程中, 一般都是选择凿岩机进行破碎下凿。但是, 在凿岩机进行下凿的过程中, 要对下凿的深度进行严格的控制, 一般都在旧路面水泥混凝土板面的二分之三即可。然后, 再利用反铲式挖掘机设备, 将其破碎的板面进行推定, 这样可以避免凿岩机在下凿的过程中, 对原有的路基进行破坏。

2、在施工进料的过程中, 若是发生了堵塞的现象, 可以利用特制的铁钩进行疏通, 杜绝用手进行材料的移动。

3、旧路面水泥混凝土破碎的面板, 经过的反复的加工异构, 将振动料机进行筛选, 大致可以分为是3个层次, 将材料分别放在相对应的仓斗中, 在有拖拉机进行运输, 进行堆放。

4、在轧制的过程中, 要对旧路面水泥混凝土的水泥含量进行测定, 对于那些较为水泥较为偏高的旧路面水泥混凝土, 可以对其进行一定的冲洗, 这样对公路基层的质量, 也进行的进一步的控制, 保证了公路基层的使用寿命。

二、旧路面水泥混凝土再生集料在公路集成的运行的形式

(一) 、配制方案中的运行形式

在对旧路面水泥混凝土再生集料加工的过程中, 要基于它的性能的之上, 这样可以有效的满足可无机稳定类公路基层建设中的需求。同时, 在旧路面水泥混凝土再生集料加工的过程中能够, 在一定程度上, 要对其性能的进行实验, 例如:再生集料水稳碎石的抗压强度、

弹性模量、劈裂强度以及收缩性、水稳定性等各个方面的实验。另外, 在实验结束以后, 将实验的结果与天然集料的相关参数, 进行比对, 这样在设计的配置方案的过程中, 起到了重要的作用和意义。

(二) 、在路面抗压强度中的运用形式

在无机稳定类公路基层质量控制的过程中, 其中最主要的内容就是抗压强度。因此, 在正式施工之前, 要对无机稳定类公路基层的抗压强度进行分析和研究, 通过实验的形式, 对无机稳定类基层的含水量和最大干度进行分析。

并且在实验的结束以后, 要对结果进行分析:

1、在得到再生集料配置最佳方案的以后, 其无机稳定类材料含水层一般都在5.5%以上, 二灰材料的含水量一般都在7.5%左右。

2、旧路面水泥混凝土再生集料的比例相对越大, 公路基层的最佳含水量相对就会越小, 其干密度也就会越小。

3、在相同的材料和计量的背景下, 使用天然集料的干密度就会越大, 公路基层的含水量, 就会相对较小。但是, 其数值不一定的是最小的。

其实根据对上面实验额定结果分析, 我们可以得出以下结论

第一、若是在施工的过程中, 全面采用天然集料, 公路基层的强度不一定是最大的。

第二、采用旧路面水泥混凝土再生集料, 公路基层的强度相对要大于天然集料的强度。

第三、将天然集料和再生集料进行混合配置, 公路基层的强度, 相对来说较为明显, 对公路基层施工的质量, 也较为容易控制。

(三) 、公路基层回弹模量的运行形式

在旧路面水泥混凝土再生集料和天然集料, 进行的混合配置的过程中, 要对两者的比例给予高度的重视, 并且在正式施工之前, 可以相关的检测试验, 例如:抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、劈裂回弹模量等形式进行全面的实验。其试验结果显示:在公路基层施工的过中, 若是完全的采用旧路面水泥混凝土再生集料, 其强度和模量就会相对较小。尽管, 在实验的过程中, 其结果显示强度和模量和天然集料相比, 还存在着一定程度上的差距, 但是, 两者的差异性相对来说好事较小的。同时, 符合路面半刚性结构功能的特性。另外, 旧路面水泥混凝土再生集料具有一定的稳定性, 因此和天然集料间配置的施工, 起到了相互辅助的作用, 这样不仅仅增强了公路基层的强度, 并且, 在施工的过程中, 对公路基层施工的质量也进行了有效的控制。

结束语

通过以上的综合论述, 旧路面水泥混凝土再生集料在公路基层建设的过程中, 起到了中作用, 本文对旧路面水泥混凝土再生集料在公路基层的运行形式, 和旧路面水泥混凝土再生集料的加工工艺进行了简要分析, 并提出了一些观点, 希望对我国公路基层建设起到重要的作用和意义。在经济不断发展的今天, 只有将其施工技术进行不断的改进和完善, 这样才能得到有效的发展, 也进一步的推动我国经济的发展。

摘要：本文对旧路面水泥混凝土再生集料的特点和性能, 进行了简要的分析, 从而获得再生集料稳定碎石基层的性能。并且在旧路面水泥混路面铺筑的过程中, 得到有效验证。同时, 获得旧路面水泥混凝土再生集料的过程中, 也要对相关的施工工艺给予高度的重视和控制, 下面就对旧路面水泥混凝土再生集料在公路基层的运行进行了简要得阐述和研究, 并且提出了一些观点, 希望对我国公路的建设, 起到一定的帮助。

关键词：旧路面,水泥混凝土再生集料,公路基层

参考文献

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[2]王博铭, 张璠, 王志文, 潘荣根.旧路面水泥混凝土再生集料在公路基层中的应用[J].交通标准化, 2015, 11:159-162.

再生混凝土集料 篇5

目前,道路废旧水泥混凝土回收利用的研究已有很多成果[1,2,3],但是我们的再生骨料和再生混凝土还是处在初级阶段,缺乏系统应用基础研究和完善的再生骨料以及再生混凝土的技术规程和技术标准。近年来虽有不少关于再生集料在基层以及再生混凝土的应用研究,但缺乏对再生集料自身力学性质比如抗剪强度等力学特性的详细研究,因此有必要全面系统地研究一下级配碎石的抗剪性能以及抗剪强度的影响因素。

2 废旧水泥混凝土路用再生集料的技术性质及筛析

2.1 废旧水泥混凝土路用再生集料的技术性质

按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003)[4]中的技术要求对再生集料进行检测,并与普通碎石和普通原生细料指标进行比较。

根据检测结果可看出,再生集料的技术指标均符合道路混凝土对碎石的技术要求,但与普通集料的技术指标相比较,其结果显示为:1)再生粗集料吸水率要比天然粗集料的吸水率大,这是由于再生集料表面裹附旧水泥砂浆的碎石所占比例较大,表面粗糙且空隙多的缘故;2)再生集料的表观密度均小于普通集料,且再生粗集料的压碎值大于普通集料,其原因可能是再生集料表面附着砂浆的缘故,导致其密度较小、压碎值偏高。

2.2 试验级配

实验室要用的再生料最大粒径是在26.5mm以上,室内试验不能直接测出原级配件下填料力学参数,因此再生料试验中不能避免出现缩尺的问题[5]。现在对超粒径颗粒处理通常用三种方法:一是剔除法,二是等量替代法,三是相似级配法。还有一种方法,就是用相似级配法对试样缩尺,达到超径颗粒小于40%含量,再用等量替代法制样。这就是所谓的混合法,它在土工试验规范(SL237-1999)[6]有详细介绍。本次试验采用了混合法,缩尺备样按照1/2的比例缩尺(M=2),最后用等量替代法对超径颗粒以大于5mm的颗粒组等量替代。

2.3 试验仪器与试验方法

本次试验设备引进南京土壤仪器有限公司自行研制的SLB-I应力应变控制式三轴剪切渗透仪。试样尺寸为直径61.8mm、高125mm,先将配料搅拌均匀,将制备好的试样分3层用人工捣实的方法装填,控制试样干密度。试验方法为不排水不固结剪切试验(UU),采用应变控制剪切方法。试验过程为了得到不同围压下的围压与应力应变之间的关系,选取围压值为50k Pa、75k Pa、100k Pa,对最佳含水率试件、一半最佳含水率试件条件下进行不固结不排水(UU)的方法,根据三轴剪切试验的结果显示,绘制应力-应变关系曲线图,并分析其特性。

3 试验结果与分析

3.1 不同围压试样试验结果和分析

通过实验得到轴向变形位移和轴向荷载,计算得出轴向应变和轴向应力,并得到试样在50k Pa,75k Pa,100k Pa围压条件下的应力~应变关系曲线图,如图1所示。

由图1、图2看出,峰值主应力差(σ1-σ3)随着围压增大而增大,峰值主应力比σ1/σ3则随着围压的增大而减小;在相同的围压下一半最佳含水率试件的主应力差值大于最佳含水率试件,且试样在不同围压下的应力~应变曲线初始阶段非线性化程度高,而在进入破坏阶段都则变为直线关系。主应力比是影响级配碎石剪胀性强度的一个重要因素,随着围压的增加呈线性减小趋势。初始切线模量随着围压增大而增大。当初始的密度相同时,侧压力的大小决定了应力~应变曲线的形态。一般情况下剪切破坏中颗粒移动的阻力与侧压力大小成正比,达到最大应力状态时的应力值愈大;相反,侧压力愈小,对颗粒移动的阻力愈小,在较小应变下应力就达到最大值。应力~应变受颗粒的影响,颗粒破碎主要是受应变大小的控制[7]。随着应变的增加,总破碎量是以减速率增加的。

3.2 不同含水率试样试验结果与分析

图3、图4分别为不同含水率试样在相同围压下的应力~应变关系以及偏应力差峰值与围压的关系图。

由图3和图4看出,一半最佳含水率的应力~应变曲线和最佳含水率试件的变化规律相似,轴向应变随着偏应力的增大而增加,当偏应力出现峰值时,达到破坏应变之后偏应力逐渐平稳;随着含水率的降低,级配碎石试件的偏应力峰值和破坏应变逐渐增大,因为随着含水率的降低试件内部颗粒润滑的作用也就降低了,必须要用更大的应力才能让颗粒移位,这就说明了级配碎石应力~应变关系是受件内部含水条件影响的[8]。

3.3 抗剪强度影响因素分析

为了得到非线性应力应变参数,需对图1中的参数进行计算,得到不同含水率试样的应变与主应力差之比与轴向应变的关系曲线图,如图3所示。

由图5、图6可以看出,ε1(σ1-σ3)~ε1关系曲线像一条直线,与之对应的应力应变关系曲线呈硬化型,符合Kondner提出的双曲线方程形式[7],这样来确定非线性应力应变参数,并取应力水平的70%和90%的两个点进行连接,做出所在直线的斜率及截距,求得a和b:

4 结语

1)峰值主应力差随着围压的增大而增大,而峰值主应力比则随着围压的增大而减小。

2)试样在不同围压下的应力~应变曲线初始阶段非线性化程度高,而进入破坏阶段变为直线关系。

3)试件的抗剪强度随着应力水平的变化表现出非线性特性。且围压是影响级配碎石抗剪强度的主要因素。

参考文献

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[7]李建华,祝方才,陈春鸣,皮映星.非饱和膨胀土抗剪强度的三轴试验研究[J].公路工程,2011,02:31-33+37.

再生混凝土集料 篇6

1 原材料

1. 1 水泥

本研究所选用的水泥由南京中联水泥有限公司生产, 其强度等级为42. 5 的普通硅酸盐水泥, 水泥出厂试验符合标准为《通用硅酸盐水泥》 ( GB 175 - 2007) 的42. 5 级普通硅酸盐水泥标准。

1. 2 天然骨料

试验采用的天然骨料是由江苏茅迪集团有限公司生产的玄武岩骨料。骨料规格选取1#料10 - 15mm。根据《公路工程集料试验规程》 ( JTG E42 - 2005) 规定的试验方法对玄武岩骨料的压碎值、洛杉矶磨耗值、表观相对密度、吸水率、坚固性、针片状颗粒含量进行测试, 试验结果如表1。

由试验数据可知, 试验采用的天然骨料各项性能均满足规范规定的技术要求。

1. 3 砖混再生骨料

本文采用的再生骨料来源于房屋拆除后的废弃物, 由江苏武进绿和环保建材科技有限公司生产, 采取三个不同粒级; 参照我国规范《公路工程集料试验规程》 ( JTG E42 - 2005) 中各试验的操作方法, 进行一系列集料指标的试验, 试验结果汇总见表2。

2 结果及讨论

参照《公路路面基层施工技术规范》 ( JTJ 034 - 2000) 中对水稳碎石基层骨料要求, 石料的合成级配结果见表3。根据合成级配结果, 绘制砖混再生骨料的级配曲线见图1。

对比重型击实和振动击实前后级配的变化情况可以看出, 19mm筛孔和0. 075mm筛孔集料的通过率前者均小于后者, 说明振动击实效果对集料的影响程度更大, 所以在设计上应优先考虑采用最不利因素- 振动击实对砖混再生集料进行试验, 但是考虑到砖混再生集料经振动击实后材料击碎严重, 采用掺加部分天然骨料进行改性, 天然集料选用江苏茅迪集团六合公司生产的玄武岩2#集料 ( 5 - 10mm) , 砖混再生骨料分别对掺加10% 、20% 、30% 天然骨料的砖混再生骨料分别进行不加水泥的振动击实试验, 并对击实后的集料进行筛分试验, 振动击实前后的级配曲线对比图见图2 - 图4。

由以上三图可以看出: 掺加10% 天然骨料的砖混再生集料的级配组成最好, 振动击实前后级配范围均在规范规定的级配范围内, 而掺加20% 和30% 天然骨料的砖混再生集料的级配组成稍有缺陷, 经振动击实后, 19mm筛孔通过率稍稍超出级配上限。

3 结论

( 1) 按天然骨料的级配设计方法, 再生骨料经击实后出现细化, 细化后集料已经超出级配上限要求, 说明天然骨料的级配设计方法已经不再适用于再生骨料。

( 2) 增加击实后筛分指标作为再生骨料水稳碎石级配设计的关键控制指标。

( 3) 通过击实后筛分法确定了砖混再生骨料的级配确定为1#: 2#:3#: 天然骨料= 33∶ 33∶ 24∶ 10。

摘要：针对砖混再生骨料压碎值较大的缺陷开展研究, 对再生集料水泥稳定再生骨料击实后集料细化程度进行分析, 试验结果表明传统的级配设计方法设计出的级配经重型击实后集料压碎严重, 超出级配上限。因此, 砖混再生骨料在进行级配设计时, 建议增加击实后筛分控制指标作为其关键控制指标, 通过击实后筛分法确定的砖混再生骨料的最终级配为1#:2#:3#:天然骨料=33∶33∶24∶10。

关键词：路面工程,建筑垃圾,砖混再生骨料,集料细化

参考文献

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再生混凝土集料 篇7

本文对砖混结构物拆除产生的废砖进行破碎筛分后形成的细集料,全部代替天然砂配制出不同强度的混合砂浆,对再生细集料砂浆混凝土砌体受压性能进行了试验研究,分析了不同强度的再生细集料砂浆砌体的抗压强度及破坏形态。

1 试验

1.1 试验方案和试件制作

本文试验砌筑砂浆为废砖再生细集料混合砂浆,配合比设计参考文献[1-2]配制M5、M10、M15共3种强度等级,每个等级3组,废砖再生细集料取代率为100%,具体方案见表1。混凝土多孔砖由郑州某公司提供,该砖尺寸为240 mm×115mm×90 mm,强度等级为MU10。试件尺寸为240 mm×370mm×720 mm,具体砌筑方式如图1所示。

试件制作场地必须平整,试件由一名中等技术水平的瓦工砌筑,以减少砌筑质量带来的差异,在砌筑过程中要注意灰缝的厚度及饱满度。砌筑后在试件上表面均采用10 mm厚的1∶2.5水泥砂浆抹面,以减少或避免因受力面不平引起的试验误差。砌筑后的试件自然养护[3,4]。同时用同盘砌筑的不同强度的再生细集料砂浆制作砂浆试块,为砌体进行抗压试验时测试砂浆强度。试验在冬季进行,气温较低,所以实测砂浆抗压强度偏低。后经补充试验证明,再生砂浆的抗压强度完全能达到设计要求。

1.2 试验过程

试件自然养护待砂浆达到设计强度后在同一台500 t压力试验机上进行分级加载试验。为避免应力集中,分别在试件底部平铺一层细干砂,顶部放置3 cm厚钢板;试件就位后检查外观,如在养护或搬运过程中出现磕碰、掉角现象应做好记录,同时测量试件横截面几何尺寸;对试件进行几何对中,以减小偏心的影响;在试件侧面安装百分表,顶部放置传感器;正式分级加载前,以预估极限承载力的5%进行预压,待校正试件和检查仪器仪表的灵敏性和牢固性后,正式实施分级加载;加载时控制每级间歇时间,同时注意观察第1条裂缝出现并做好记录;加载至预估极限荷载的80%时,拆除百分表,然后继续加载至试件破坏;当压力机指针回弹,这表明砌体试件已经丧失了承载力,此时的读数即为试件的破坏荷载。

1.3 试件破坏形态描述

再生细集料砂浆砌体受压破坏试验过程大体上可分3个阶段:即砌体开裂前受压阶段、砌体带缝受压阶段及砌体破坏阶段。

第1阶段:从砌体受压开始,随着荷载逐渐增大,部分砌体单砖内出现细小的裂纹。此时荷载为预计破坏荷载的60%左右,砌体两侧面百分表所测的纵向变形基本呈线性增加,恒载时单砖内细纹不再扩展,百分表读数基本没有变化。此阶段说明砌体处于弹性受力。

第2阶段:随着荷载进一步增大,砌体单砖内细纹逐渐增大,开始连通砂浆层形成贯通几皮砖的裂缝。如荷载继续增大,将迅速出现几条新的竖向裂缝贯通若干皮砖,此时荷载为预计破坏荷载的80%左右。当恒载时,竖向裂缝仍然继续延伸,百分表读数在缓慢变化。

第3阶段:继续增大荷载,砌体竖向裂缝迅速发展,部分裂缝贯通整个砌体,试件被分成3～5个小立柱,个别试件出现小部分鼓起或表皮脱落。如继续加载,砌体丧失承载力而破坏,部分试件被压碎。

从整个试验过程来看,再生细集料砂浆砌体受压破坏过程与普通砂浆砌体比较类似,都经历弹性受力、塑性变形最后丧失承载力而破坏[4,5,6,7]。但再生砂浆砌体试件在受压过程中表现出明显的脆性。典型破坏见图2。

2 试验结果分析

2.1 试件构件参数及试验结果(见表2)

2.2 试件抗压强度实测值与规范计算值比较

由GB 50003—2001(及2010年修订)《砌体结构设计规范》规定:烧结普通砖、烧结多孔砖、混凝土多孔砖和实心砖砌体抗压强度平均值计算公式为:

式中:fm———砌体的轴心抗压强度平均值,MPa;

f1——块体的抗压强度平均值,MPa;

f2——砂浆的抗压强度平均值,MPa;

k1、k2、α——与砌块种类有关的系数,对烧结砖及混凝土砖砌体取k1=0.78,α=0.5;当f2<1时,取k2=0.6+0.4f2,当f2>1时,取k2=1。

按式(1)计算结果见表3。本试验所用砖有2批,一批测试抗压强度为13.81 MPa,另一批测试抗压强度为12.81MPa。该试验计算数据时部分取砖的平均值13.31 MPa。

f0/fmc比值平均值μ=1.090,标准差σ=0.081,变异系数δ=0.074,实测值与计算值符合较好。

再生细集料砂浆砌体抗压强度与规范计算平均值比较见图3。

由表3、图3可知,再生细集料砂浆砌体实测抗压强度值整体略高于规范公式计算值,且计算结果的离散性不大。

2.3 试件抗压强度的标准值和设计值

GB 50003—2001(及2010年修订)规定,砌体结构抗压强度设计值按下列公式确定:

式中:f———砌体抗压强度设计值,MPa;

fk———砌体抗压强度标准值,MPa;

fm———砌体抗压强度平均值,MPa;

γf———砌体材料强度的分项系数,砌体规范规定当施工质量控制等级为B级时,取γf=1.6;

δ———试验结果与计算结果比值的变异系数,取本次试验结果δ=0.074。计算结果见表4。

再生细集料砂浆砌体抗压强度与设计值比较见图4。

按式(2)计算的混凝土多孔砖砌体抗压强度设计值大于规范规定的抗压强度设计值,偏于安全,由表4、图4可知,废砖细集料砂浆砌体的抗压强度设计值仍可取规范规定的普通砂浆砌体抗压强度设计值。

3 结语

(1)再生细集料混合砂浆砌体的抗压破坏过程与普通砂浆砌体类似,但裂缝出现在平均破坏荷载的80%左右,表现出明显的脆性特征。

(2)本试验所测的再生细集料混合砂浆砌体的抗压强度均高于《砌体结构设计规范》规定值,因而按现行《砌体结构设计规范》规定来计算再生细集料砂浆砌体的抗压强度标准值、设计值是可行的。本次试验数据收敛性好,偏于安全。

摘要：对3种不同强度等级再生砂浆砌体进行轴心受压试验,结果表明,再生细集料砂浆砌体抗压强度高于现行规范规定砌体的标准值和设计值,这可为再生细集料砂浆在实际工程中的应用及类似试验研究提供参考依据。

关键词：建筑垃圾,再生细集料,砂浆,砌体抗压试验

参考文献

[1]JGJ98—2000,砌筑砂浆配合比设计规程[S].

[2]蔡秀兰.再生细集料混合砂浆配合比及物理性能试验研究[D].郑州:郑州大学,2010.

[3]GB/T2542—2003,砌墙砖试验方法[S].

[4]GB50003—2001,砌体结构设计规范[S].

[5]郝彤,张兴昌,刘立新.混凝土多孔砖砌体受压性能试验研究[J].新型建筑材料,2007(7):21-23.

[6]刘立新.砌体结构[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.

商品混凝土集料储存管理问题初探 篇8

混凝土质量关系到土木工程建设的质量和安全，建设高峰期尤其需要注意工程质量。对于混凝土工程而言，控制原材料质量是保证混凝土质量的第一关。集料是混凝土最重要的原材料之一，占混凝土总体积的70%甚至更多，其对混凝土的质量影响不容忽视。一般情况下，混凝土生产过程中，集料都有一定存放时间，长期以来，如何科学存放管理集料被忽视，由此可能引起混凝土质量问题。针对这种情况，本文对京津冀地区商品混凝土生产过程中的集料存放管理进行了调研，发现一些问题，并对由此引起的原材料和混凝土性能变化进行了试验研究。

2 商品混凝土集料贮存管理中存在的问题

2.1 细集料

细集料一般就地取材，限于自然条件，京津冀地区缺少优质细骨料，存在先天不足，如超径颗粒含量高导致级配不合格，有的细骨料含泥量偏高，可能引起耐久性问题，也有细骨料强度偏低。调研发现，细集料在贮存使用过程中，存在一些后天的质量管理问题，主要表现在三个方面:

1)工程中因场地有限或为了临时使用方便，不同批次、品种以及不同种类材料(如细骨料与粗骨料)之间堆放界限不清、标示不明，造成混料。

2)骨料一般露天堆放，遇有天气晴雨变化，上下层之间或内外层之间含水率相差很大，导致现场配比控制困难。

3)调研中发现市场上存在海砂，虽然未在生产使用中发现，但应时刻警惕，严防海砂混入。

2.2 粗集料

同细集料一样，粗集料也就地取材，调研发现，商品混凝土粗集料质量管理中存在最大粒径超标、含泥量偏高、石粉含量偏高、储存(堆放)混乱等问题。

如图1所示，不同集料没有明确分仓贮存，混料现象严重，标示不清，堆放缺乏管理。粗集料的含泥量偏高，石粉含量偏高等问题也较为普遍(见图2，图3)，较高的石粉含量甚至导致冬季雪后粗骨料结块现象。

3 集料质量波动分析及其对混凝土性能的影响

3.1 细集料试验分析

针对细集料存在的问题，从某商品混凝土公司用于配制高强度等级混凝土的细集料堆场中部(未与周围材料混料)、边缘部位(与配制低等级混凝土的细集料混料)取样，进行含泥量、细度模数试验，结果如表1所示。用于高强度等级的原材料一般质量较好，如砂的含泥量较低、细度适中(一般为中粗砂)。

从表1可以看出，贮存分仓不清混料导致砂的含泥量增加、细度模数下降，砂的性能指标受到很大影响。

3.2 粗集料试验分析

针对调研中发现粗集料分仓不清、含泥量偏高和石粉含量过高的问题，在某商品混凝土公司取样，取样点分别为目测正常(A点)、含泥量较高(B点)、石粉含量高(C点)。对样品进行了含泥量和石粉含量测定，结果如表2所示。

%

从表2可以看出，粗集料不均匀，有的部位石粉含量较高或者含泥量较高，如果用来配制混凝土，不仅影响混凝土的和易性，也影响混凝土的强度，还造成混凝土质量不稳定。

另外，目测较湿处和正常部位的粗集料取样进行含水率测定，含水率分别为1.1%和0.3%，含水率差别也较大，可能导致混凝土强度波动。

4 集料质量控制解决方案

通过调研，发现一些混凝土集料原材料质量控制问题。在调研和分析的基础上，制定了原材料质量控制解决方案，解决已发现的问题。解决方案从技术指标控制和储存注意事项两个方面，力图建立原材料质量保障程序。技术指标控制旨在选用质量合格的原材料，储存注意事项目的在于避免储存过程中由于措施不当导致原材料质量受损。

1)原材料质量控制指标。

细骨料:类别、质量等级、级配区、细度模数、坚固性、吸水率、含泥量、泥块含量、氯离子含量、硫化物及硫酸盐含量、碱活性等。

粗骨料:类别、最大粒径、含泥量、压碎指标、坚固性、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、石粉含量、硫化物及硫酸盐含量、氯离子含量、碱活性等。

2)储存注意事项。

原材料即使在进场检验时合格，但是若原材料在现场储存不当，可能导致二次污染，影响配制混凝土的质量。在已有相关研究尤其是高性能混凝土施工质量控制标准研究的基础上，制定原材料存贮及堆放控制细则。严格按照要求设计、建造原材料堆场，增设防水、防雨等设施，防止砂、石混料及受到污染，减少原材料存贮、堆放不合理导致的经济损失。

原材料即使在进场检验时合格，但是若原材料在现场储存不当，会影响配制混凝土的质量。骨料料场隔墙较低，存在材料混放现象，材料二次污染较为严重;材料标识不够规范，如果粗骨料、细骨料只有一个大仓，无法保证原材料进场使用优先一致性;细骨料表面的细颗粒在风吹、雨淋等天气作用下，细小颗粒缺失严重，颗粒级配质量完全无法保证，粗骨料经雨水冲刷后表面较为清洁，内部含泥量却大大增加;少量料场不设排水沟，场内积水现象普遍，引起骨料的含水率不稳定。因此，为了控制原材料的质量稳定性，减少混凝土性能影响的因素，对原材料储存现场的布置和储存措施要进行严格控制。

料场布置采取如下措施:

1)为保证原材料进场和使用一致性应设置小仓，仓口显著位置设置标牌，标牌上注明该材料相关信息，包括材料名称、型号规格、检测状态、进场时间、出产地点等，以进场时间为控制指标并且做到先到先用。

2)在骨料的堆料场内布置的原则:排水沟为每仓一条，排水沟倾角5°～15°。通过对原材料性能进行二次检查，特别是细骨料的卵石含量、粗骨料的含泥量等指标的检查，对不合格的原材料采取相应处理措施，对料场进行更加合理的布置。

3)为降低原材料进场后受到环境影响而导致品质变化，设置仓顶棚或使用防水性能较好的覆盖物对原材料进行保护。

5 结语

在商品混凝土生产过程中，普遍存在集料原材料质量管理不到位的问题，具体表现在指标漏检、贮存分仓不清、混料导致质量受损、含泥量偏高、石粉含量过高、同批材料质量不均匀等方面。

根据存在的问题，提出了商品混凝土集料控制解决方案。

摘要：调研了商品混凝土集料储存过程中存在的一些问题,试验分析了由于采购把关不严或储存管理措施不到位导致原材料质量指标的波动。根据存在的问题,提出商品混凝土集料质量控制解决方案,以确保商品混凝土质量。

关键词：商品混凝土,集料,质量,管理

参考文献

[1]石建光,许岳周.骨料级配对再生混凝土强度和工作性能影响的试验研究和计算分析[J].混凝土,2008(1):65-67.

[2]代明.粗骨料界面预处理对混凝土阻尼性能影响的试验与研究[D].衡阳:南华大学硕士学位论文,2008.

[3]刘文潮,蔡华龙.浅析不同骨料组合对大坝混凝土性能的影响[J].人民长江,2009(18):88-90.