再生块体混凝土叠合板应用的研究

将再生块体混凝土技术应用于叠合板中可进一步推进“绿色建筑”的发展。开展了2个预制底板试件和2个叠合板试件的足尺抗弯试验,分别研究了再生块体在施工阶段和使用阶段对抗弯性能的影响。建立了预制底板的有限元模型,对再生块体取代率、尺寸和分布等参数进行了分析。结果表明,当再生块体混凝土的抗压强度不低于普通混凝土的抗压强度时,再生块体混凝土叠合板在施工和使用阶段均具有不弱于普通混凝土叠合板的抗弯性能;在施工阶段,凸出板面的再生块体使截面的中性轴上移,提高了试件的抗弯刚度和抗弯承载力;在使用阶段,再生块体的加入对抗弯性能的影响不显著。在预制构件厂现有的生产线上完成了30块再生块体混凝土预制底板的生产,并已应用于实际工程。

早龄期再生块体混凝土抗压性能试验研究

分别探讨了龄期和不同取代率对再生块体混凝土抗压性能的影响,其中包括立方体抗压强度、圆柱体抗压强度、弹性模量和应力-应变曲线。结果表明:当再生块体取代率不高于30%时,不同龄期下立方体、圆柱体试件抗压强度均随再生块体取代率增大而提高。特别是当龄期为1 d时,最大增长幅度达到79%。此外,再生块体的掺入也能提高早龄期弹性模量。基于试验结果,得到了再生块体混凝土早龄期抗压强度的预测式。最后,通过研究再生块体混凝土微观结构随龄期增长的发展情况可知,再生块体旧水泥石-骨料界面过渡区是再生块体混凝土的最薄弱环节。

自密实再生块体混凝土直剪性能试验研究

对29个尺寸为300 mm×300 mm×600 mm的自密实再生块体混凝土棱柱体试件开展直剪性能和单轴受压性能试验研究。探讨了废旧混凝土块体取代率及特征尺寸对自密实再生块体混凝土的直剪强度、抗压强度的影响,并进一步分析了自密实再生块体混凝土棱柱体的直剪强度与抗压强度之间的关系。试验表明:自密实再生块体混凝土内新混凝土与废旧混凝土粘结良好;当自密实再生块体混凝土中的自密实混凝土强度高于废旧混凝土块体强度时,试件的直剪性能会由于废旧混凝土块体的取代率的增加而劣化;特征尺寸比介于0.22~0.44时,块体的特征尺寸对自密实再生块体混凝土直剪强度和抗压强度的影响不明显,可以近似忽略;自密实再生块体混凝土的剪压比随废旧混凝土块体取代率和特征尺寸均无显著变化,其值近似为0.1。基于试验结果,提出了棱柱体自密实再生块体混凝土试件的直剪强度计算公式,建立了直剪强度测试值与抗压强度计算值之间的关系,计算结果与试验值吻合良好。

一种预制装配式再生块体混凝土圈梁的设计与试验研究

提出一种采用分段预制,节段之间采用在U型槽段内搭筋灌浆连接的预制装配式再生块体混凝土圈梁。聚焦工程应用可行性,开展圈梁预制节段设计、连接构造和施工工艺等该技术关键问题研究,以有限元分析和试验进行验证。结果表明,相比于全现浇,该预制装配式圈梁的力学性能下降不明显,节段连接可靠;对预制再生块体混凝土圈梁进行试制和弯剪试验发现,相比于传统全现浇圈梁,该预制装配式圈梁的极限承载力几乎不变,初始刚度略有下降,连接合理可靠,废弃混凝土块体的掺入对预制圈梁的力学性能影响不明显。该预制装配式圈梁可实现85%以上的预制率,掺入废弃混凝土能节省不低于25%的新混凝土,无需支模和养护,可大大提高施工效率,节省成本,经济和社会效益明显。

再生块体混凝土的单轴受压试验

首先,将抗压强度分别为26.7,45.0,87.6 MPa的3种旧混凝土块体与普通商品混凝土进行混合浇筑,制作18个再生块体混凝土立方体试件和18个棱柱体试件.然后,进行立方体试件和棱柱体试件的单轴受压试验,研究旧混凝土的取代率及新旧混凝土的抗压强度差对再生块体混凝土受压力学性能的影响.结果表明:在添加低抗压强度(26.7,45.0 MPa)旧混凝土的试件中,新旧混凝土结合良好,界面难以辨别;在添加较高抗压强度(87.6 MPa)旧混凝土的棱柱体试件中,新旧混凝土的结合界面出现分离现象;试件的破坏形态似2个对顶的角锥形状;在新旧混凝土抗压强度差不变的情况下,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变随旧混凝土取代率的增加而降低,取代率对抗压强度影响较大,但对弹性模量、峰值应变的影响较小;在新旧混凝土抗压强度差不同、取代率相同的情况下,随着旧混凝土块体抗压强度的增大,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变均呈一定的上升趋势;再生块体混凝土的泊松比变化不明显,平均值约为0.212.

高强自密实再生块体混凝土单轴受压声发射特性

为研究高强自密实再生块体混凝土单轴受压声发射特性,对取代率分别为0%,10%,20%的立方体混凝土试块进行轴心受压试验.将受压破坏过程分为4个阶段,引入活跃系数对能量进行分析,并通过b值-能量分析判断裂纹的开展程度和试块的损伤情况.结果表明:随着取代率的提高,峰值应力前声发射活动强度显著增加,能量越早出现爆炸性增长;活跃系数随应力进程先升高后降低,活跃系数可作为混凝土是否适合继续服役的判断标准;通过b值-能量分析能够准确地判断裂纹的开展程度和试块的损伤情况.

再生块体混凝土力学性能的影响因素及其改良研究

再生块体混凝土是由新混凝土与大尺寸废弃混凝土块体(即再生块体)混合浇筑而成。再生块体由废弃混凝土破碎产生,其特征尺度远大于再生骨料,生产再生块体相比生产再生骨料,在流程上可大幅简化,在能耗方面大幅降低,是一种更节能、环保的废弃混凝土利用形式。本文针对影响再生块体混凝土力学性能的因素进行了分析探讨,主要涉及废弃混凝土块体强度、取代率等;另外,本文研究了再生块体混凝土中废弃混凝土块体与新混凝土界面的微观结构及其对宏观力学性能的影响规律。最后,提出了通过二次振捣方式改良再生块体混凝土力学性能的方法,为再生块体混凝土的工程应用奠定了基础。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

再生块体/骨料混凝土中不同界面的碳化性能及孔隙特征

科学把握再生块体/骨料混凝土的耐久性能,是促进该类混凝土工程应用的基础前提。为揭示再生块体/骨料混凝土中石子-砂浆界面、新砂浆-旧砂浆界面的碳化性能,开展了这2类界面以及砂浆基体的快速碳化对比试验,并对新砂浆-旧砂浆界面及其附近的孔隙率进行了背散射电子图像分析。研究发现:无论是石片-砂浆试件还是砂浆-砂浆试件,界面处的碳化深度都大于砂浆基体,且越靠近界面的部位碳化程度也相对越大,呈现出较明显的二维碳化叠加现象;石片-砂浆试件的界面碳化深度为26~46 mm,而砂浆-砂浆试件的界面碳化深度仅为7~15 mm,即与新砂浆-旧砂浆界面相比,石子-砂浆界面的碳化深度明显更大,是抗碳化能力更弱的一类界面;新砂浆的水灰比对新砂浆-旧砂浆界面的碳化性能影响较大,相关的碳化深度降幅介于15%~52%之间,而旧砂浆水灰比对该类界面的碳化性能影响不明显;新砂浆水灰比一定时,新砂浆-旧砂浆界面的孔隙率随着旧砂浆水灰比的改变几乎没有变化,而旧砂浆水灰比一定时,该类界面的孔隙率随着新砂浆水灰比的减小明显降低。实际工程中,通过控制新砂浆的水灰比,可有效改善新砂浆-旧砂浆界面的抗碳化性能。

内置高强角钢的方钢管再生块体混凝土柱轴压及耐火性能试验研究

为了在不增加用钢量的前提下,明显改善钢管混凝土柱的耐火性能,同时确保其常温轴压性能基本不降低,针对内置高强角钢的方钢管再生块体混凝土柱,开展了6根短柱(边长300 mm、高度900 mm)的轴压试验以及3根足尺柱(截面边长320 mm、高度3 770 mm)的耐火试验,研究了废旧混凝土块体取代率(0、30%)、角钢强度等级(Q345、Q690)、角钢至钢管净距(10、20、30 mm)等因素对柱轴压性能的影响,分析了内置高强角钢、角钢至钢管净距(10、30 mm)等因素对柱耐火性能的影响。研究表明:在总用钢量基本不变的情况下,通过适当减薄钢管并在管内设置高强角钢且二者之间预留一定净距,可使方钢管再生块体混凝土柱的耐火极限提高了200%以上;同时,其轴压承载力和延性指标都有所提高,初始刚度基本不变或有所提高;在用钢量完全相同的情况下,适当增加高强角钢至钢管内壁的净距可使柱的耐火极限进一步提高,而轴压承载力变化不大;针对该类柱改进的轴压承载力实用计算方法,计算结果与试验结果之间的偏差较小。

预制再生块体混凝土板-梁连接的受弯性能研究及其工程应用

为提高装配式混凝土结构中预制板、梁的现场施工效率,提出了带外伸齿条的预制板。开展了4个预制装配再生块体混凝土板-梁试件和2个整浇再生块体混凝土板-梁试件的受弯试验,考察了制作方式、板厚及外伸齿条数量对板-梁连接负弯矩区受弯行为的影响,并在某办公楼建筑中对该板-梁连接技术进行了试点应用。试验结果及工程实践表明:预制装配板-梁试件的最大裂缝出现位置与整浇板-梁试件不同;预制装配板-梁试件的极限荷载要高于整浇板-梁试件,但板端外伸齿条数量对极限荷载影响很小;相比于整浇板-梁试件,板厚增加对预制装配板-梁试件极限荷载的提高幅度偏小;与传统预制板、梁的现场拼装相比,带外伸齿条的预制板与预制梁拼装时无需板下临时支撑,可提高施工效率,节省施工成本。

复式不锈钢管再生块体混凝土短柱轴压试验研究

为了研究再生块体混凝土构件的受压性能,考虑不同取代率、不同新旧混凝土强度差以及不同钢管径厚比对再生块体混凝土构件受压力学性能的影响,进行了7个外方内圆复式钢管再生块体混凝土短柱和3个普通复式钢管混凝土短柱的试验研究。结果表明,在低强度的混凝土中添加高强度的再生混凝土块体,复式钢管再生块体混凝土短柱轴压承载力随取代率的增加呈上升趋势;添加与不添加再生混凝土试件破坏过程和破坏形态基本相似,鼓曲位置的混凝土局部压碎后,由于钢材的塑性变形能力较好,在方钢管环向约束下混凝土仍维持略微鼓曲,未散落破碎;内圆钢管明显环向鼓曲,新旧骨料结合较好,核心混凝土中未发现界面破坏的情况;试件具有良好的延性,加载结束时,试件尚能承担峰值荷载的60%以上,复式钢管再生块体混凝土短柱轴压承载力受径厚比和新混凝土抗压强度影响较大;采用直接叠加或考虑钢管对核心混凝土的约束作用但圆形截面予以折减的假定,计算所得承载力结果与试验结果吻合较好。

GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪性能试验研究

对再生块体混凝土构件施加外部约束是提高其受力性能的有效途径,通过13根方钢管再生块体混凝土柱试件与10根GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱试件的受剪性能试验,考察了废旧混凝土块体取代率、剪跨比、轴压比及环向GFRP层数等参数对试件横向剪力-变形曲线与受剪承载力的影响,检验了采用现有设计公式预测试件受剪承载力的有效性。研究表明:方钢管再生块体混凝土柱及GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪性能受剪跨比和轴压比的影响较大,其横向剪力-变形曲线随上述两参数变化呈现3种典型形态;当废旧混凝土块体取代率低于35%且新、旧混凝土强度差不超过15 MPa时,再生块体对柱受剪性能的影响总体较小;剪跨比不大于0.5时环向粘贴单层GFRP布对柱受剪承载力的提升无明显效果,而双层GFRP布可小幅提高柱的受剪承载力;相比现有钢管混凝土柱受剪承载力计算公式,所提计算式可较好地预测方钢管及GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪承载力。

不等高H形钢梁-钢管再生块体混凝土柱异型节点抗震性能试验研究

为了研究左右不等高H形钢梁-钢管再生块体混凝土柱异型节点的抗震性能,对2个该类节点试件进行了往复加载试验,考察了再生块体混凝土取代率对节点抗震性能的影响,得到了节点的破坏形式,并建立了节点有限元分析模型,对其抗震性能进行了参数分析。结果表明:在圆钢管混凝土柱异型节点中使用再生块体混凝土,与不使用再生块体混凝土节点相比,其抗震性能差异很小;对于左右不等高H形钢梁-圆钢管混凝土柱异型节点,在加载过程中,上部节点域的应变大于下部节点域的,最终会导致上部节点域发生剪切破坏;在设计时,应以上部节点域作为节点抗剪设计的控制区域;对于合理设计的钢管壁厚,可以避免发生节点区钢管壁剪切破坏。

配筋及不配筋再生块体/骨料混凝土的徐变行为

为揭示再生块体/骨料混凝土的徐变性能,以再生块体取代率、再生粗骨料取代率、冲洪积土再生砂取代率、荷载比和配筋率为参数,开展了37个再生块体/骨料混凝土试件的受压徐变试验。研究表明:无论配筋与否,再生块体/骨料混凝土的徐变度相比再生骨料混凝土都有所增加,其中不配筋情况下增幅为10.1%,配筋情况下当配筋率为1.16%和1.57%时增幅分别为13.4%和11.5%;随着新混凝土中再生粗骨料取代率从30%增至50%,配筋和不配筋再生块体/骨料混凝土的徐变度都有所增大,增幅分别为7.4%和11.4%;新混凝土的细骨料由河砂全部替换为冲洪积土再生砂,对配筋和不配筋再生块体/骨料混凝土的徐变行为几乎没有影响,但两者的收缩变形均有所减小;随着配筋率从1.16%增大到1.57%,无论是再生骨料混凝土还是再生块体/骨料混凝土的徐变度都随之减小,减幅分别为5.0%和6.6%;配筋使得再生骨料混凝土和再生块体/骨料混凝土的收缩变形都有所降低,且随配筋率升高降幅扩大;随着新混凝土中再生粗骨料取代率从30%增至50%,再生块体/骨料混凝土的弹性模量变化不大;新混凝土的细骨料由河砂全部替换为冲洪积土再生砂,对再生块体/骨料混凝土的弹性模量几乎没有影响;荷载比不超过0.4时,可近似认为再生块体/骨料混凝土的徐变度与荷载比无关。