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再生混凝土组合结构研究现状及发展趋势

日期：2016-4-29 14:36:53　来源：转载　浏览数：
　

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随着城市的发展，大量的旧建筑被拆除以及一些自然灾害特别是强地震产生了大量的建筑垃圾。传统的建筑垃圾处理方法主要是堆放或填埋，一方面占用大量的土地和污染环境，另一方面在对处理废弃混凝土的过程中产生了巨大费用。目前，美国、日本年废弃混凝土量各约为3000万t；欧洲废弃混凝土的量，从1980年的5500万t增加到目前的16200万t左右；我国每年产生的废弃混凝土约1360万t[1] 。2008年发生的5.12汶川大地震导致大量房屋倒塌，由此而产生的建筑垃圾约3亿[2]t 。
    建筑垃圾也是可以再回收利用的，我们所说的再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配而成的新混凝土。将废弃混凝土应用于钢-混凝土结构，即将废弃混凝土破碎分级制成再生骨料，然后按照设计的配合比配制成再生混凝土灌入钢构件里形成整体。组合结构能使钢材和混凝土两种不同性质的材料扬长避短，各自发挥其特长，具有一系列的优点。Konno等[3]研究了钢管约束再生混凝土构件的强度和变形能力，结果表明，钢管约束再生混凝土的变形性能与普通钢管约束混凝土类似。本文重点分析和讨论对象是钢管再生混凝土柱、型钢再生混凝土柱、钢再生混凝土组合梁、钢再生混凝土组合板。
    1· 研究现状
    1.1 钢管再生混凝土柱
    （1）轴压性能。
    陈宗平等[4]设计了22个试件进行轴压试验，分析了骨料替代率对其承载性能的影响。试验结果表明：再生粗骨料替代率对钢管再生混凝土影响不大；钢管再生混凝土柱的承载能力随着骨料替代率的增加，钢管再生混凝土柱的峰值应变有增大的趋势，峰值应变趋于较小，无论峰值应力还是峰值应变随骨料替代率的变化不大，基本在10%范围内波动。
    吴凤英等[5]通过对8个钢管再生混凝土轴压短柱以及2个钢管混凝土轴压短柱进行试验研究。试验结果表明：钢管再生混凝土与钢管混凝土轴压短柱的荷载一变形关系曲线相类似；钢管再生混凝土的强度承载力低于钢管混凝土的强度承载力，并且随着骨料取代率的增加而有降低的趋势，这主要是随着骨料取代率的增加，再生混凝土的强度逐渐低于普通混凝土。
    张向冈等[6]设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱，考虑再生粗骨料取代率、长细比2个变化参数。试验研究表明：再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大。
    （2）偏压性能。
    陈宗平等[7]设计了15个试件进行静载试验，考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数，研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与方钢管普通混凝土偏心受压长柱相似，方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力，而再生粗骨料取代率对其影响不大。
    （3）抗震性能。
    张向冈等[8]设计并制作了6个试件，对其进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率参数，观察试件受力的全过程和破坏形态，分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等，试验研究和计算结果表明：试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱试件相似，主要表现为试件根部钢管的鼓曲破坏；方钢管再生混凝土柱滞回曲线与普通钢管混凝土柱基本相似，试件的滞回曲线受再生粗骨料的取代率影响不大。
    （4）耐火性能。
    刘轶翔等[9]对钢管再生混凝土柱的抗火性能进行了试验研究。火灾试验对比发现：钢管再生混凝土柱的耐火时间要长于钢管普通混凝土，即前者的耐火性能要优于后者；最主要原因在于再生混凝土的导热系数要低于普通混凝土，并且再生混凝土的热容要稍高于普通混凝土，这样使得再生混凝土的升温要慢于普通混凝土。
    1.2 型钢再生混凝土柱
    （1）轴压性能。
    薛建阳等[10]通过6个型钢再生混凝土组合柱的静载试验，考虑再生粗骨料取代率参数对构件承载力的影响，得出结论：型钢再生混凝土柱在受力特点、破坏机制以及计算方法上均与普通型钢混凝土组合结构相似；随着再生粗骨料取代率的增加，型钢再生混凝土组合柱的轴心受压承载力有一定波动，但变化幅度不大。
    （2）偏压性能。
    薛建阳等[11]以再生粗骨料取代率和相对偏心距为主要参数，完成9个型钢再生混凝土偏心受压柱试验，分析偏心受压柱的破坏特征和侧向挠度变化规律。试验结果表明：型钢再生混凝土偏心受压柱的最大挠度值随着相对偏心距及再生粗骨料取代率的增加而增大。
    （3）抗震性能。
    薛建阳等[12]为研究型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能，对10个不同再生粗骨料取代率再生混凝土柱进行低周反复荷载试验，观察其受力过程及破坏形态。试验研究结果表明：滞回曲线大多呈梭形且较为饱满，说明型钢再生混凝土柱具有较好的延性及耗能能力；取代率对试件承载力影响不明显，延性及耗能能力随取代率的增加而有所降低。总体上看，型钢再生混凝土柱具有较好的抗震性能，可以通过合理的设计将其应用于抗震结构中。
    1.3 钢-再生混凝土组合梁
    （1）抗剪性能。
    廖鑫男[13]在结合型钢再生混凝土组合梁的受剪性能研究试验，研究了再生骨料取代率对型钢再生混凝土组合梁的受剪性能的影响。得出以下结论：再生骨料取代率对型钢再生混凝土组合梁的抗剪承载力影响不大。
    （2）抗弯性能。
    廖鑫男[13]在结合型钢再生混凝土组合梁受弯性能研究试验，研究了再生骨料取代率、对型钢再生混凝土组合梁的受弯性能的影响。得出以下结论：再生骨料取代率对型钢再生混凝土组合梁的抗弯承载力影响不大，取代率越高，梁的后期变形能力越差。
    1.4 钢-再生混凝土组合板
     （1）抗剪性能。
    肖建庄等[14]设计了6块钢板-再生混凝土组合楼板，完成了静力试验表明：再生粗集料取代率对压型钢板混凝土组合板的承载能力有一定的影响，总体趋势是随着取代率的增加承载力呈现出先增大后减小的趋势，但是极限承载力相差不大。
    （2）抗弯性能。
    祝延涛[15]在钢板-再生混凝土组合楼板受弯性能试验研究中发现：再生粗骨料混凝土组合楼板与普通混凝土组合楼板具有相同的受弯工作性能，组合楼板从加载到破坏经历弹性、带裂缝工作和破坏三个阶段。再生粗骨料混凝土组合楼板的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载小于普通混凝土组合楼板，但其降低幅度均在8%以内。
    2 ·发展趋势
    研究成果表明，再生混凝土组合结构与普通混凝土组合结构性能差不多，应用于一般的工程是完全可行的。目前，一方面由于国内人们传统观念的束缚，认为再生混凝土的质量达不到工程要求，另一方面再生混凝土的应用技术上，还缺少较完善的技术规范和标准，还没有一套较成熟完善的应用系统。随着经济的发展和环保意识的加强，再生混凝土应用于实际工程中具有广阔的前景。