Influence of Recycled Construction Materials Aggregate on Mechanical and Physical Properties of Concrete

The main purpose of this research is to study the properties of re-use different types of construction materials such as PVC （polyvinylchloride） scraps, clay brick and recycled concrete as a partial replacement of coarse aggregate. Different proportions （1%, 3%, 5% and 7%） by weight were used for PVC. scrap, （10%, 20%, 30%, and 40%） by weight were used for recycled concrete and （5%, 10%, 15%, and 20%） by weight were used for clay brick. Mechanical tests such as compressive and tensile strength tests and physical tests such as ultrasonic pulse velocity, bulk density, porosity, specific gravity and water absorption tests were done to the samples after curing in normal water for 28 days. Test results showed slightly degradation in mechanical and physical engineering properties of concrete specimens that used partial replacement of recycled concrete coarse aggregate, degradation increased with increasing of replacement but test results still closely to reference samples. Use of polyvinyl chloride in proportions not more than 5% as a partial replacement of coarse aggregates given acceptable results in comparison with reference samples but all test results degraded at 7% replacements. Test results of partial replacement of crushed brick coarse aggregates unacceptable and the range of degradation are wide because of increased （water： cement） ratio to improve the concrete workability.

Long term performance of recycled concrete beams with different water-cement ratio and recycled aggregate replacement rate

The purpose of this study is to reveal the service performance of recycled aggregate concrete(RAC)components for different values of water-cement ratio and replacement rate of recycled coarse aggregate(RCA).Generally,the concrete strength decreases with the increase of the replacement rate of RCA,in order to meet the strength requirements when changing the replacement rate of RCA,it is necessary to change the water-cement ratio at the same time.Therefore,the axial compressive strengths of prism with 25 mix proportions,the short-term mechanical properties and long-term deformation properties of reinforced concrete beams were tested respectively by changing water-cement ratio and RCA replacement rate.The bearing capacity and the strain nephogram of samples under different loads were obtained using the Digital Image Correlation(DIC)method,and a self-made gravity loading experimental device was used for long-term deformation investigation.Results showed that the damage pattern of RAC was the same as that of natural aggregate concrete(NAC),but the brittleness was more pronounced.The brittleness of concrete before failure can be reduced more effectively by adjusting the replacement rate of RCA than by adjusting the water-cement ratio.The water-cement ratio has an evident influence on the axial compressive strength and early creep of concrete,while the replacement rate of RCA has a remarkable effect on the long-term deformation of the concrete beams.

Effects of coarse and fine aggregates on long-term mechanical properties of sea sand recycled aggregate concrete

Typical effects of coarse and fine aggregates on the long-term properties of sea sand recycled aggregate concrete(SSRAC)are analyzed by a series of axial compression tests.Two different types of fine(coarse)aggregates are considered:sea sand and river sand(natural and recycled coarse aggregates).Variations in SSRAC properties at different ages are investigated.A novel test system is developed via axial compression experiments and the digital image correlation method to obtain the deformation field and crack development of concrete.Supportive results show that the compressive strength of SSRAC increase with decreasing recycled coarse aggregate replacement percentage and increasing sea sand chloride ion content.The elastic modulus of SSRAC increases with age.However,the Poisson’s ratio reduces after 2 years.Typical axial stress-strain curves of SSRAC vary with age.Generally,the effect of coarse aggregates on the axial deformation of SSRAC is clear;however,the deformation differences between coarse aggregate and cement mortar reduce by adopting sea sand.The aggregate type changes the crack characteristics and propagation of SSRAC.Finally,an analytical expression is suggested to construct the long-term stress-strain curve of SSRAC.

Basic Mechanical Properties and Microstructural Analysis of Recycled Concrete

The regeneration aggregate, natural aggregate, POO42.5 R Portland cement, coal fly ash, and slag powders S95 graining blast furnace, homemade P（AA-co-MA）/PEG carboxylic acid water reducing agent, were used together with recycled concrete aggregate in different regeneration rates to prepare recycled concrete （RC）. The influences of different renewable aggregate ratios on the basic RC replacement mechanical properties, uniaxial compression stress and strain curve, and the elastic modulus and rebound value were investigated.The results show that RC mechanical properties decreases with renewable aggregate replacement rate increasing. The prolongation can reduce the reduced span.

不同粗骨料取代率下粉煤灰再生混凝土的力学性能研究

为探讨不同再生粗骨料取代率下粉煤灰对再生混凝土力学性能的影响,以及再生混凝土抗折强度与再生粗骨料取代率、水胶比之间的关系,以RC30设计强度等级为基础设计了16组配合比,制作了96块再生混凝土试块,主要进行了再生混凝土的抗压强度试验和抗折强度试验。得出如下结论:随粉煤灰掺量的增加,不同再生粗骨料取代率,抗压强度变化规律有所不同;再生粗骨料取代率为0、30%和40%时,抗压强度随粉煤灰掺量的增加整体呈下降趋势;而当再生粗骨料取代率为50%时,随粉煤灰掺量的增加,抗压强度先减小后增大。粉煤灰掺量大于20%时,天然骨料混凝土的抗压强度急剧下降,而再生骨料混凝土的抗压强度降低幅度均较小,大掺量粉煤灰在再生混凝土中或将有更大的应用空间。通过观察抗折强度试件破坏断面,分析再生混凝土变形破坏特征。粉煤灰的掺入提高了天然骨料混凝土的抗折强度,且掺量为20%强度最高。再生粗骨料取代率为30%时,随粉煤灰掺量变化抗折强度整体呈下降趋势,但下降幅度很小;再生粗骨料取代率为40%和50%时,呈先减后增再减的趋势。天然骨料混凝土的折压比随粉煤灰掺量的增加而提高;再生混凝土折压比随粉煤灰掺量的变化趋势与抗折强度一致,但变化幅度略小。粉煤灰对再生混凝土抗折强度的影响大于抗压强度;再生粗骨料取代率为30%,粉煤灰掺量为10%为较优掺量。提出再生混凝土抗折强度预测式。

GFRP筋再生混凝土梁受弯承载力研究

为研究GFRP筋再生混凝土梁(GFRP-RAC)的受弯承载力,完成了5根配GFRP筋、1根配BFRP筋和1根配钢筋的再生混凝土梁抗弯试验,分析了不同再生骨料取代率、纵筋类型以及纵筋配筋率等因素对各试验梁开裂荷载和极限承载力的影响。结果表明:再生骨料取代率对开裂荷载的影响较大,而纵筋类型及纵筋配筋率对其影响不明显;当再生骨料取代率由0增加至50%和100%时,试验梁开裂荷载分别减小了7.9%和17.3%;极限承载力受再生骨料取代率影响较小而受纵筋配筋率影响较大,当GFRP-RAC梁纵筋配筋率由0.38%提高至0.6%和1.17%时,极限荷载分别提升了17.9%和52.5%。另外,结合国内外规范对GFRP-RAC梁的受弯承载力进行对比分析,并基于试验数据和相关试验结果的回归分析,得到开裂荷载修正系数αcr,开裂荷载修正后的计算值与试验值吻合较好。

碳纤维布加固损伤再生混凝土梁受弯性能研究

为研究因承受荷载而产生损伤的再生混凝土梁经碳纤维布加固后的受弯性能,选取不同的再生骨料取代率,设计了9根再生混凝土梁;通过预加弯曲荷载使试验梁产生初始损伤,卸载后在损伤梁底部粘贴不同宽度的碳纤维布进行加固,再对试验梁进行受弯承载力试验;考虑再生骨料掺量及预损伤程度的影响,提出了碳纤维布加固损伤再生混凝土梁发生剥离破坏时的受弯承载力计算公式。结果表明:因预损伤产生的裂缝降低了碳纤维布与再生混凝土梁间的黏结强度,加固梁均发生了剥离破坏;随再生骨料取代率的增加,试验梁在相同荷载下产生的裂缝宽度和数量逐渐增加,极限承载力有所减小;随碳纤维布加固宽度的增大,试验梁破坏时的挠度减小,极限承载力提高,裂缝分布细而密;随预损伤程度的增大,试验梁破坏时的裂缝宽度逐渐增大,数量明显增多,但极限承载力和挠度变化并不明显;受弯承载力计算值与试验值吻合较好,研究成果可为碳纤维布加固损伤再生混凝土梁的受力性能评估提供参考。

内置CFRP管的钢管再生混凝土短柱轴压性能研究

目的研究不同截面形式下,内置CFRP管的钢管再生混凝土短柱力学性能。方法利用有限元软件建立试件模型,验证模型的正确性,在此基础上,建立组合短柱模型,分析CFRP层数、钢管厚度、再生骨料取代率对不同截面形式下组合柱力学性能的影响。结果增加CFRP层数和钢管厚度可以提高组合短柱的极限承载力和位移延性系数;改变再生骨料取代率,对组合短柱力学性能的影响较小;改变截面形式,圆截面短柱的力学性能优于方截面短柱。结论在工程设计中,使用该组合短柱时建议组合柱内置两层CFRP,截面形式建议优先考虑圆截面;若需提高组合柱承载力,建议采用增加钢管厚度的方式。

再生粗骨料取代率及粒径对混凝土抗压性能影响试验研究

为研究单轴受压情况下再生粗骨料粒径范围、取代率对再生混凝土抗压性能的影响规律,分别以粒径范围5~10、10~20和20~31.5 mm,以及取代率分别为0%、10%、30%和50%为参量设计制作再生混凝土棱柱体试件,并对其开展单轴抗压性能试验研究。结果表明:在取代率相同时,粒径范围为5~10 mm时再生混凝土的抗压强度及峰值应变均比粒径范围为10~20、20~31.5 mm时的大;在粒径范围相同情况下,随取代率增大,再生混凝土抗压强度呈现出逐渐减小的变化趋势,而峰值应变则呈现出逐渐增大的变化趋势。根据试验数据,得出了再生混凝土抗压强度和峰值应变的函数关系式。

考虑碳化影响的纤维增强再生混凝土吸水特性研究

考虑再生粗骨料取代率与聚丙烯纤维体积率的影响,开展了再生混凝土快速碳化以及碳化后的毛细吸水试验研究。试验结果表明:混凝土碳化深度随着再生粗骨料取代率的增加而增大,随聚丙烯纤维体积率增大呈先下降后上升的趋势,纤维会降低再生混凝土的碳化深度。再生混凝土毛细吸水系数随碳化程度的增加先减小后增大;随再生粗骨料取代率增加而增大;随聚丙烯纤维体积率增加先降低后增大。碳化对再生混凝土初始毛细吸水系数的影响大于后期吸水系数,且混凝土孔隙率越大,碳化对初始吸水系数的影响越显著。最后,建立了考虑碳化影响的再生混凝土初始毛细吸水系数预测模型。

橡胶粗细集料含量对FRP约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响

为研究橡胶粗细集料体积分数对纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响,提出了橡胶粗细集料体积替换率的概念,并通过收集已发表文献的110组应力-应变关系试验曲线,分析了橡胶粗细集料体积替换率对FRP约束不同截面橡胶混凝土柱应力-应变关系关键参数的影响,基于分析结果建立了FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系模型和抗压强度模型,两个模型中均考虑了橡胶粗细集料体积替换率和橡胶混凝土截面形状的影响.模型评估结果表明:随着橡胶粗细集料体积替换率、FRP约束应力比和截面倒角半径比的增加,FRP约束橡胶混凝土的抗压强度均呈增大的趋势;建立的抗压强度模型可准确预测橡胶颗粒取代部分细集料或粗细集料的FRP约束橡胶混凝土抗压强度,平均误差仅为1.03;建立的应力-应变关系模型能够较好预测FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系曲线变化.

偏高岭土强化废弃砖粗骨料再生混凝土的性能研究

随着我国基建的大力发展,大量的老旧建筑因承载能力不足而被拆除,废弃材料也急剧增多,同时,天然灾害也是建筑物被破坏的重要因素,它会影响建筑材料的使用寿命。废砖占建筑垃圾很大部分,废弃砖的抗压、抗拉性能差,极易破碎被废弃。废弃砖骨料经过破碎、清洗、筛分后被用作再生粗骨料。为研究废弃砖骨料替代率、偏高岭土替代水泥的量、废弃砖再生混凝土的力学及耐久性能,通过SEM电镜等方式,对废弃砖再生骨料混凝土的微观结构进行研究,根据试验发现废弃粘土砖替代率为30%,偏高岭土的掺量为6%时抗压强度最高,再生混凝土的抗氯离子性能较好。

粉煤灰再生混凝土力学性能试验研究

利用试验检测机构废弃的混凝土试块作为再生粗骨料的原材料,配制不同粗骨料取代率的混凝土,再加入适量粉煤灰,制成试件(取代率分别为0、30%、60%和100%),用于混凝土立方体抗压、劈裂抗拉、轴心抗压和弹性模量试验,通过观察其破坏过程和破坏形态,获取荷载-位移全过程曲线,研究并提出了本构方程。试验结果表明,粉煤灰再生骨料混凝土与天然骨料混凝土相比,各项力学指标随着再生骨料取代率的增大先是呈现增长趋势,当达到峰值后,各项力学指标均下降;两者的应力-应变曲线具有相似的形状,在上升阶段,再生混凝土与天然混凝土的应力-应变曲线变化不大,但在下降段再生混凝土的应力-应变曲线急剧下降。

粗骨料取代率对机制砂再生混凝土高温性能的影响

为探究不同粗骨料取代率对机制砂再生混凝土(RCM)高温性能的影响,以不同粗骨料取代率(0%、20%、40%、60%、80%、100%,质量分数)制备RCM并研究其单面受高温后的表面形貌、质量损失率、抗压强度、荷载变形曲线及微观形貌。结果表明,粗骨料取代率在40%~60%时,在低于600℃的高温试验下RCM表现良好。当温度在200℃时,各组试块表面形貌变化不大,质量损失率较小,抗压强度略微上升;当温度在400℃时,各组试块表面开始出现裂缝,质量损失率为4.35%~6.47%,抗压强度开始下降,此时粗骨料取代率影响不大;当温度达到600℃时,表面形貌变化明显,质量损失率上升到6.42%~8.70%,抗压强度最终降低到基准强度的80%左右,此时粗骨料取代率在40%~60%的试块表现良好;当温度达到800℃时,各组试块表面形貌变化进一步加剧,粗骨料取代率大于60%的试块受影响非常明显,同时各类性能参数表明混凝土已完全丧失工作性能。

废弃PP纤维再生混凝土基本力学性能试验

目的 针对纤维体积掺量、长径比、再生骨料取代率等因素,探究废弃PP纤维对再生混凝土力学性能的影响,提高废弃纤维利用率。方法 以废弃PP打包带制成不同长径比的纤维作为筋材,以不同体积掺量与不同再生骨料取代率的再生混凝土混合制成11组废弃PP纤维再生混凝土试块,对其进行抗压和抗拉试验。结果 立方体抗压、抗拉强度最佳时的废弃PP纤维体积掺量为1.5%,长径比为47.85;废弃PP纤维再生混凝土的立方体抗压、抗拉强度与再生骨料取代率有关,其强度与再生骨料取代率近似呈线性关系。结论 废弃PP纤维的掺入可以提高再生混凝土的立方体抗压强度和抗拉强度。

钢筋再生混凝土电化学除氯效果研究

为探究遭受氯盐侵蚀钢筋再生混凝土耐久性修复路径,通过内掺氯盐方式模拟再生混凝土遭受氯盐侵蚀,开展再生混凝土电化学除氯试验,研究再生骨料特征和通电参数对电化学除氯效率的影响。研究表明,采用5~25 mm再生粗骨料粒径范围的钢筋再生混凝土电化学除氯效率是5~30 mm粒径范围钢筋再生混凝土的1.36倍;随再生粗骨料取代率增加,电化学除氯效率增大,取代率达50%时,钢筋再生混凝土除氯效率较普通混凝土提高约26%;随通电电流密度增大,再生混凝土除氯效率增大,相较1 A/m^(2),电流密度3 A/m^(2)时的电化学除氯效率是其1.45倍,电流密度从1 A/m^(2)增大到2 A/m^(2),再生混凝土除氯效率增幅比普通混凝土更明显;随除氯时间延长,再生混凝土除氯效率明显增大,相对普通混凝土,再生混凝土前期除氯效率占比更大,7 d除氯效率是28 d的51%;基于电化学除氯效率开展影响因素敏感性分析,结果表明,再生骨料取代率的影响大于再生骨料粒径,但电化学除氯时间影响最为明显。

不同替代率下再生混凝土抗冻性能影响研究

为了研究9.5~16 mm粒径范围内的再生粗骨料等质量替代同粒径范围内天然粗骨料后对再生混凝土抗冻性能的影响,分别采用普通干燥再生粗骨料和高强水泥砂浆包裹再生粗骨料2种状态下的再生粗骨料,以替代率为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%等质量替代天然粗骨料,分别配制11种C30混凝土,将天然混凝土作为参照,对不同替代率下的再生混凝土试块进行冻融试验。结果表明,普通干燥再生粗骨料替代率为50%时其抗冻性能与天然混凝土抗冻性能基本相同;高强水泥砂浆包裹后再生粗骨料对应再生混凝土抗冻性能均劣于天然混凝土抗冻性能。

不同养护方式对铁尾矿砂制备的再生粗骨料性能影响

为了提高铁尾矿沙的利用率,本文采用成球技术使用铁尾矿沙制备粗骨料,将经过界面预处理后的铁尾矿砂采用喷洒预处理液水雾,同时撒入胶凝材料的方式生成骨料颗粒,最后将骨料颗粒进行养护得到再生粗骨料。探究不同的养护方式对再生粗骨料的性能的影响,结合SEM和MIP探究养护方式对再生粗骨料微观形貌和孔结构的影响。结果表明:改进的成球技术制备铁尾矿沙再生粗骨料具有一定的可行性。另外,自然养护条件骨料的性能表现最差,蒸汽养护骨料的压碎指标最小,碳化养护骨料的吸水率最小。从微观结构来看碳化养护的骨料体系结构致密,孔隙和微裂缝含量相对较少,因此骨料吸水率最小;蒸汽养护水化产物含有大量的凝胶状和网状结构的水化硅酸钙、针状钙矾石和少量的氢氧化钙晶体,这是压碎指标小的原因。这些研究结果为铁尾矿沙制备再生粗骨料应用于混凝土的后期服役过程中提供了指导意义。

Punching shear behavior of recycled aggregate concrete slabs with and without steel fibres

A study on the punching shear behavior of 8 slabs with recycled aggregate concrete(RAC)was carried out.The two main factors considered were the recycled coarse aggregate(RCA)replacement percentage and the steel fibre volumetric ratio.The failure pattern,load-displacement curves,energy consumption,and the punching shear capacity of the slabs were intensively investigated.It was concluded that the punching shear capacity,ductility and energy consumption decreased with the increase of RCA replacement percentage.Research findings indicated that the incorporation of steel fibres could not only improve the energy dissipation capacity and the punching shear capacity of the slab,but also effectively improve the integrity of the slab tension surface and thereby changing the trend from typical punching failure pattern to bending-punching failure pattern.On the basis of the test,the punching shear capacity formula of RAC slabs with and without steel fibres was proposed and discussed.

圆钢管约束型钢再生混凝土短柱抗震性能

针对圆钢管约束型钢再生混凝土短柱的抗震性能进行研究,在验证了分析模型合理性的前提下,考虑了圆钢管径厚比、再生粗骨料取代率和轴压比等设计参数对试件力学性能的影响规律,获取了试件滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效黏滞阻尼系数等抗震性能指标和试件的峰值承载力,并与已有试验进行了对比分析。结果表明:在再生混凝土取代率、轴压比、含钢率等参数基本相同时,圆钢管约束型钢再生混凝土短柱比型钢再生混凝土柱和圆钢管型钢再生混凝土柱表现出更好的变形和耗能能力;再生粗骨料取代率对滞回曲线等抗震性能指标影响不大,可基本满足工程抗震要求,并可广泛应用于工程的承重结构中;在取代率和轴压比相同时,随着径厚比的增大,试件弹性阶段初始刚度、峰值承载力和耗能能力逐渐下降,但延性会有一定幅度的提升,延性变形能力可提高30%~40%;在取代率和径厚比相同时,随着轴压比的增大,试件的峰值承载力和耗能能力变化不大,延性越来越差。