藍(lán)麗江

（桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院，廣西 桂林541006）

1 引言

再生混凝土密肋復(fù)合墻體是指混凝土中含有再生骨料的密肋復(fù)合墻體。而再生混凝土作為一種環(huán)保材料，具有推動(dòng)工程施工可持續(xù)發(fā)展的作用，人們通過(guò)用再生混凝土砌筑密肋復(fù)合墻體，能夠提高資源利用率。因此，需要對(duì)再生混凝土墻體進(jìn)行受力性能試驗(yàn)，以驗(yàn)證其是否滿足施工要求，增強(qiáng)再生骨料的應(yīng)用效果。

2 探析目的

再生骨料是指一種通過(guò)將廢棄混凝土進(jìn)行加工處理，再與一定量的天然骨料相混合所得到的骨料。使用這種骨料制備出的混凝土則為再生混凝土。一般來(lái)說(shuō)，在砌筑密肋復(fù)合墻體時(shí)，對(duì)混凝土原材料的消耗量較大，而采用再生混凝土能夠減少對(duì)原材料的消耗，不僅可以降低施工成本，而且還能推動(dòng)墻體施工的可持續(xù)發(fā)展。因而再生混凝土逐漸成為一種新興的墻體施工材料。但就目前來(lái)看，由于再生混凝土的成分與常規(guī)混凝土不同，因而在受力性能方面與常規(guī)混凝土存在一定的差異，使再生混凝土的應(yīng)用范圍主要為非承重結(jié)構(gòu)的構(gòu)建?；诖?，為了擴(kuò)大其使用范圍，增強(qiáng)再生混凝土的效用，研究者擬用再生混凝土構(gòu)建密肋復(fù)合墻體這一工程中常見(jiàn)承重構(gòu)件，如圖1所示。然后，通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)探析其受力性能，以評(píng)估其在承重構(gòu)件施工中的適用性。

圖1 密肋復(fù)合墻體圖

3 探析過(guò)程

3.1 材料

在材料準(zhǔn)備中，研究者按照1∶2的比例，用再生混凝土分別構(gòu)建了2個(gè)密肋復(fù)合墻體模型。這2個(gè)墻體的再生骨料含量分別為100%與50%，同時(shí)，用常規(guī)材料與配方構(gòu)建了一個(gè)普通的密肋復(fù)合墻體模型。該模型的主要作用是對(duì)比再生混凝土墻體與非再生混凝土墻體受力性能的差異，以更準(zhǔn)確地評(píng)估再生混凝土在承重構(gòu)件施工中的適用性。在此過(guò)程中，研究者將再生骨料含量為100%的墻體命名為1號(hào)墻體；將再生骨料含量為50%的墻體命名為2號(hào)墻體；將普通墻體命名為3號(hào)墻體。在此過(guò)程中，研究者所用的再生骨料均為正規(guī)、資質(zhì)齊全供應(yīng)商所供給的同一批骨料。從整體上來(lái)看，上述3個(gè)墻體的尺寸、結(jié)構(gòu)、填充砌塊均相同（見(jiàn)圖2），所用混凝土級(jí)配也相同，墻體中的鋼筋均為HRB235，以免結(jié)構(gòu)、尺寸等因素的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，保證了后續(xù)抗壓、抗剪這2項(xiàng)受力性能試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

圖2 墻體模型尺寸圖

3.2 方法

3.2.1 抗壓試驗(yàn)

在抗壓試驗(yàn)中，采用專用的壓力試驗(yàn)機(jī)械對(duì)模型進(jìn)行分析逐漸增加荷載，直至墻體模型被破壞為止，并記錄過(guò)程數(shù)據(jù)與結(jié)果數(shù)據(jù)，作為后續(xù)受力性能分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在此過(guò)程中，進(jìn)行3次以上抗壓試驗(yàn)，并取平均值作為最終數(shù)據(jù)。此后，還要用所得到的數(shù)據(jù)按照公式：f=N/A（其中，f為試件截面單位面積受到的壓力；N為破壞荷載；A為受壓面積）計(jì)算其極限抗壓能力。實(shí)驗(yàn)采用的試驗(yàn)設(shè)備為美國(guó)MTS系統(tǒng)公司的試驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)，采用TDS-602靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在操作過(guò)程中，先對(duì)配套設(shè)施與儀器進(jìn)行調(diào)試和檢查，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后才能開(kāi)始正式進(jìn)行試驗(yàn)。由于配套設(shè)備的自動(dòng)化水平較高，整體試驗(yàn)過(guò)程中，人工操作環(huán)節(jié)的占比較少，因而極大地減少了人工錯(cuò)誤以及失誤操作對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，提高了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2.2 抗剪試驗(yàn)

在抗剪試驗(yàn)中，依然采用單項(xiàng)分級(jí)加載的方式，并用千斤頂進(jìn)行了對(duì)墻體模型的剪力加載。在此過(guò)程中，從0（零）開(kāi)始，按照每級(jí)10 kN的剪力荷載逐級(jí)向3個(gè)墻體模型施加剪力，直至模型被破壞。試驗(yàn)過(guò)程中，采用壓力傳感器、位移傳感器等傳感器設(shè)施，結(jié)合TDS-602靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，收集了抗剪試驗(yàn)的過(guò)程以及結(jié)果數(shù)據(jù)，然后，根據(jù)σ=Ws/A（其中，σ為剪應(yīng)力；Ws為剪力荷載；A為截面積）等公式，進(jìn)行了數(shù)據(jù)的進(jìn)一步計(jì)算和整理。整體操作過(guò)程與上述抗壓試驗(yàn)操作相似，試驗(yàn)的自動(dòng)化程度較高，人工操作環(huán)節(jié)少，因此，可以有效控制技術(shù)誤差。同時(shí)，在試驗(yàn)前，進(jìn)行了操作條件的檢查，并在確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后正式開(kāi)始試驗(yàn)，且整體試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)突發(fā)情況，所以，此次試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)不存在誤差較大的問(wèn)題，具有較高的可靠性。此外，無(wú)論是抗剪試驗(yàn)，還是抗壓試驗(yàn)，均進(jìn)行了多次，每次試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)結(jié)果具有良好的重復(fù)性，說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果可靠。

4 結(jié)果分析

4.1 破壞過(guò)程分析

3個(gè)墻體模型均在水平荷載大于30 kN時(shí)，砌塊開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，并向肋柱、肋梁延伸，但裂縫較為細(xì)小，對(duì)墻體的整體剛度不存在明顯的影響。當(dāng)壓力、剪力繼續(xù)增加時(shí)，斜向裂縫不斷增加，墻體剛度受到了明顯的影響，待壓力、剪力荷載大于71 kN時(shí)，墻體出現(xiàn)了塑性變形的情況。此后，繼續(xù)增加壓力、剪力荷載，墻體的裂縫不斷增加、變大，直至荷載達(dá)到了88 kN時(shí)，1號(hào)墻體已經(jīng)出現(xiàn)了混凝土嚴(yán)重脫落的情況，肋梁露出了鋼筋，部分砌塊完全剝落，砌塊最終被破壞，并呈現(xiàn)出了剪切型破壞的狀態(tài)。而2號(hào)墻體也是在88 kN時(shí)被破壞，但并未出現(xiàn)混凝土脫落情況，所呈現(xiàn)的破壞狀態(tài)為剪拉型破壞狀態(tài)。3號(hào)墻體的破壞過(guò)程與1號(hào)、2號(hào)基本相同，但裂縫蔓延的時(shí)間更長(zhǎng)，最終破壞狀態(tài)為剪切型破壞?？傮w上來(lái)看，3種墻體模型都經(jīng)歷了彈性階段、彈塑性階段以及破壞階段。在此過(guò)程中，彈性階段墻體的荷載為開(kāi)裂荷載，彈塑性階段荷載為屈服荷載，破壞階段荷載為極限荷載。

4.2 鋼筋應(yīng)變分析

在鋼筋應(yīng)變方面，對(duì)于邊肋柱來(lái)說(shuō)，彈性階段時(shí)，墻體中的砌塊承擔(dān)了主要的抗剪力和壓力作用，因此，鋼筋開(kāi)始出現(xiàn)輕微的形變。待到彈塑性階段，砌體上的裂縫開(kāi)始變大，導(dǎo)致其失去了大部分的承載能力，此時(shí)，荷載主要由鋼筋承受，使鋼筋形變加劇，最后，達(dá)到極限荷載后，鋼筋已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形。對(duì)于中肋鋼筋，其主要作用是承擔(dān)剪力荷載，在墻體開(kāi)裂之前，其基本沒(méi)有出現(xiàn)明顯的應(yīng)變，但在開(kāi)裂之后，其應(yīng)變迅速加大，最終達(dá)到極限荷載后，大部分鋼筋均呈現(xiàn)出了屈服狀態(tài)，因此，從總體上來(lái)看，鋼筋在砌體開(kāi)裂后，對(duì)墻體剛度的貢獻(xiàn)較大，而此時(shí)，再生混凝土部分對(duì)承重貢獻(xiàn)較小，同時(shí)，3種墻體所用的鋼筋型號(hào)均相同，所以，3種墻體的鋼筋應(yīng)變情況基本一致[1]。

4.3 墻體力學(xué)性能分析

根據(jù)收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究者列出了相應(yīng)的表格（見(jiàn)表1），并基于該表格對(duì)墻體的力學(xué)性能進(jìn)行了分析。從該表中的數(shù)據(jù)可以看出，相較于普通墻體，再生骨料含量分別為100%、50%的墻體開(kāi)裂荷載分別下降了25%、3.5%，但在屈服荷載方面，100%墻體低于普通墻體22%，而再生骨料含量為50%的墻體卻高于普通墻體0.4%。在極限荷載方面，再生骨料含量為50%的墻體較大，因此，從整體上來(lái)看，再生骨料含量為50%的墻體的屈服荷載與極限荷載，比再生骨料含量為100%的墻體以及普通墻體更大，因此，除了開(kāi)裂荷載以外，再生骨料含量為50%的墻體在其他受力性能指標(biāo)方面均優(yōu)于普通墻體[2]。

表1 墻體力學(xué)性能表格kN

5 討論

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生混凝土密肋復(fù)合墻體的受力性能與再生骨料含量存在直接關(guān)系，再生骨料含量為50%時(shí)，墻體在部分指標(biāo)上呈現(xiàn)出了優(yōu)于普通墻體的情況，但在開(kāi)裂荷載上，其依然低于普通荷載。由此可以看出，再生混凝土墻體相較于普通墻體更容易出現(xiàn)裂縫。從整體上來(lái)看，再生骨料含量為50%的墻體所具備的受力性能基本符合承重構(gòu)件施工要求，因此，再生混凝土在承重構(gòu)件建設(shè)中具有一定的適用性。但考慮到其容易出現(xiàn)裂縫情況，施工方在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，依然需要進(jìn)行一定的考量。此外，由于再生骨料含量為100%的墻體在所有受力性能指標(biāo)上均低于普通墻體，因此，可以看出，過(guò)多地添加再生骨料顯然會(huì)影響墻體的承重能力?；诖?，無(wú)論是在承重構(gòu)件，還是非承重構(gòu)件建設(shè)中，均應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況合理控制再生骨料添加量，以保證其最終的施工質(zhì)量[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，再生混凝土密肋復(fù)合墻體具備良好的受力性能，能夠滿足施工要求。經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生混凝土墻體與普通墻體的破壞過(guò)程大致相同，說(shuō)明再生混凝土在承重構(gòu)件的建設(shè)中具有一定的適用性。但其性能會(huì)受再生骨料的含量所影響，因而在實(shí)際使用中，需要注意控制再生骨料的添加量。