再生混凝土密肋復合墻體受力性能試驗探析

藍麗江

（桂林理工大學博文管理學院，廣西 桂林541006）

1 引言

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

2 探析目的

再生骨料是指一種通過將廢棄混凝土進行加工處理，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。一般來說，在砌筑密肋復合墻體時，對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原材料的消耗，不僅可以降低施工成本，而且還能推動墻體施工的可持續(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，使再生混凝土的應用范圍主要為非承重結構的構建?；诖耍瑸榱藬U大其使用范圍，增強再生混凝土的效用，研究者擬用再生混凝土構建密肋復合墻體這一工程中常見承重構件，如圖1所示。然后，通過力學試驗探析其受力性能，以評估其在承重構件施工中的適用性。

圖1 密肋復合墻體圖

3 探析過程

3.1 材料

在材料準備中，研究者按照1∶2的比例，用再生混凝土分別構建了2個密肋復合墻體模型。這2個墻體的再生骨料含量分別為100%與50%，同時，用常規(guī)材料與配方構建了一個普通的密肋復合墻體模型。該模型的主要作用是對比再生混凝土墻體與非再生混凝土墻體受力性能的差異，以更準確地評估再生混凝土在承重構件施工中的適用性。在此過程中，研究者將再生骨料含量為100%的墻體命名為1號墻體；將再生骨料含量為50%的墻體命名為2號墻體；將普通墻體命名為3號墻體。在此過程中，研究者所用的再生骨料均為正規(guī)、資質(zhì)齊全供應商所供給的同一批骨料。從整體上來看，上述3個墻體的尺寸、結構、填充砌塊均相同（見圖2），所用混凝土級配也相同，墻體中的鋼筋均為HRB235，以免結構、尺寸等因素的差異對試驗結果造成影響，保證了后續(xù)抗壓、抗剪這2項受力性能試驗結果的可靠性。

圖2 墻體模型尺寸圖

3.2 方法

3.2.1 抗壓試驗

在抗壓試驗中，采用專用的壓力試驗機械對模型進行分析逐漸增加荷載，直至墻體模型被破壞為止，并記錄過程數(shù)據(jù)與結果數(shù)據(jù)，作為后續(xù)受力性能分析的基礎數(shù)據(jù)。在此過程中，進行3次以上抗壓試驗，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）計算其極限抗壓能力。實驗采用的試驗設備為美國MTS系統(tǒng)公司的試驗設備，同時，采用TDS-602靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。在操作過程中，先對配套設施與儀器進行調(diào)試和檢查，確認無問題后才能開始正式進行試驗。由于配套設備的自動化水平較高，整體試驗過程中，人工操作環(huán)節(jié)的占比較少，因而極大地減少了人工錯誤以及失誤操作對試驗結果的影響，提高了試驗結果的準確性。

3.2.2 抗剪試驗

在抗剪試驗中，依然采用單項分級加載的方式，并用千斤頂進行了對墻體模型的剪力加載。在此過程中，從0（零）開始，按照每級10 kN的剪力荷載逐級向3個墻體模型施加剪力，直至模型被破壞。試驗過程中，采用壓力傳感器、位移傳感器等傳感器設施，結合TDS-602靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，收集了抗剪試驗的過程以及結果數(shù)據(jù)，然后，根據(jù)σ=Ws/A（其中，σ為剪應力；Ws為剪力荷載；A為截面積）等公式，進行了數(shù)據(jù)的進一步計算和整理。整體操作過程與上述抗壓試驗操作相似，試驗的自動化程度較高，人工操作環(huán)節(jié)少，因此，可以有效控制技術誤差。同時，在試驗前，進行了操作條件的檢查，并在確認無問題后正式開始試驗，且整體試驗過程中未出現(xiàn)突發(fā)情況，所以，此次試驗得出的數(shù)據(jù)不存在誤差較大的問題，具有較高的可靠性。此外，無論是抗剪試驗，還是抗壓試驗，均進行了多次，每次試驗得出的數(shù)據(jù)結果具有良好的重復性，說明試驗結果可靠。

4 結果分析

4.1 破壞過程分析

3個墻體模型均在水平荷載大于30 kN時，砌塊開始出現(xiàn)裂縫，并向肋柱、肋梁延伸，但裂縫較為細小，對墻體的整體剛度不存在明顯的影響。當壓力、剪力繼續(xù)增加時，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，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，直至荷載達到了88 kN時，1號墻體已經(jīng)出現(xiàn)了混凝土嚴重脫落的情況，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號墻體也是在88 kN時被破壞，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號墻體的破壞過程與1號、2號基本相同，但裂縫蔓延的時間更長，最終破壞狀態(tài)為剪切型破壞。總體上來看，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。在此過程中，彈性階段墻體的荷載為開裂荷載，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 鋼筋應變分析

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

4.3 墻體力學性能分析

根據(jù)收集的試驗數(shù)據(jù)，研究者列出了相應的表格（見表1），并基于該表格對墻體的力學性能進行了分析。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方面均優(yōu)于普通墻體[2]。

表1 墻體力學性能表格kN

5 討論

經(jīng)過上述試驗發(fā)現(xiàn)，再生混凝土密肋復合墻體的受力性能與再生骨料含量存在直接關系，再生骨料含量為50%時，墻體在部分指標上呈現(xiàn)出了優(yōu)于普通墻體的情況，但在開裂荷載上，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件施工要求，因此，再生混凝土在承重構件建設中具有一定的適用性。但考慮到其容易出現(xiàn)裂縫情況，施工方在實際應用時，依然需要進行一定的考量。此外，由于再生骨料含量為100%的墻體在所有受力性能指標上均低于普通墻體，因此，可以看出，過多地添加再生骨料顯然會影響墻體的承重能力。基于此，無論是在承重構件，還是非承重構件建設中，均應當根據(jù)實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 結語

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