鋼管再生混凝土柱性能研究

劉 暢 王 成 陳國榮

（西南科技大學 四川綿陽 621000）

1 研究目的

隨著我們國家經濟、科技的快速發(fā)展，城市化覆蓋率增大，建筑行業(yè)也進入了高速發(fā)展的階段。新的建筑物在建設，就得建筑物又需要改造和拆除，混凝土是建筑產品中的最重要的材料，也是需求量最大的材料，進而造成大量的建筑垃圾堆積，其中廢棄的混凝土在其中又占到了較大的比重。自城市化建設以來，我國許多城市都出現了大面積的建筑垃圾，其中廢棄混凝土就大約占到了的30～40%。同時，我國混凝土工業(yè)消耗天然骨料的速度大約是每年50億t，并且有逐年上漲的趨勢。因此造成很多環(huán)境和社會問題。如何合理有效地實現建筑垃圾的再生利用尤其是廢棄的混凝土，成為實現“環(huán)保、節(jié)能、減排”國家戰(zhàn)略和關乎可持續(xù)發(fā)展所亟待解決的重要問題。

再生骨料混凝土被認為是一種新型的綠色建材，可以減少天然骨料的消耗，緩解骨料供求方面的矛盾，減輕城市環(huán)境的污染。可以預見它是具有十分明顯的社會、環(huán)境、經濟效益的。但再生混凝土具有收縮和徐變大、水灰比大、表觀密度小、流動性差、孔隙比高、強度和彈性模量低、表觀密度小、變異性大等缺點，由于缺點眾多造成了它的應用層次較低，還阻礙它在實際工程中的應用能力。

鋼管混凝土是一種利用了鋼管和混凝土兩種材料在受力中的特性、相互作用，組合成的新型結構構件，鋼管對混凝土起到橫向變形的約束作用，即便是在復雜應力的狀態(tài)下強度也會得到提升，塑性和韌性不足之處也因為鋼管的存在得到改善。同時，空心鋼管特別容易發(fā)生局部失穩(wěn)的現象，但混凝土的存在反過來又可以避免鋼管發(fā)生局部屈曲的概率，提高鋼管性能的發(fā)揮率。研究者從上述鋼管混凝土的工作機理中找到靈感，來提高再生混凝土的實用性和工作性能。一些學者考慮將再生骨料灌入鋼管中，新型的鋼管再生混凝土便是利用了鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互補給性能上的缺陷的原理，使整體力學性能得到改善，兩種材料各自的力學優(yōu)勢能夠發(fā)揮出來，廢棄混凝土的回收利用率提高，達到環(huán)保節(jié)能的效果。

2 國內外研究現狀及發(fā)展動態(tài)

2.1 再生混凝土現狀

再生混凝土技術早已在國內外工程和學術界成為了熱門問題和學術研究的前沿問題。發(fā)達國家中日本、美國、德國對廢棄混凝土回收利用的研究起步較早，早有了成功應用于建筑結構物和剛性路面的例子，并頒布了相應的技術規(guī)程或指南。我國對再生混凝土技術的研究相對較晚，但是發(fā)展速度很快，已由再生混凝土的基本力學性能研究拓展到了鋼筋混凝土構件或結構的研究，并取得了不少成果。2007年上海市頒布了國內首部與再生混凝土相關的工程建設規(guī)程《再生混凝土應用技術規(guī)程》（DG/TJ08-2018-2007）。此后，北京市、住建部在2011年分別頒布了北京市地方標準《再生混凝土結構設計規(guī)程》和國家行業(yè)標準《再生骨料應用技術規(guī)程》（JGJ/T240-2011），這些成果都成為了再生混凝土應用到實際工程中的科學指導。

2.2 鋼管混凝土現狀

國內外學者在鋼管混凝土方面開展了大量的試驗與理論研究工作，涉及鋼管混凝土構件、節(jié)點和框架的力學性能，其中包括軸壓、偏壓等靜力性能，抗爆、抗沖擊、抗震等動力性能和耐火性能等，以及相應的設計方法和施工技術，取得了大量成果，并已制訂多部設計規(guī)程，這些相關的相對完善的技術規(guī)程使得鋼管混凝土在廠房建筑、多層和高層建筑、橋梁工程以及特種結構中得到越來越廣泛地應用。

2.3 鋼管再生混凝土現狀

近年來，關于鋼管再生混凝土的研究在國內外也是越來越多，Konno等研究了加鋼管約束后再生混凝土構件的強度、塑性和韌性，并與普通的鋼管混凝土構件進行了比較。Malathy.R.等人進行了在相同混凝土等級、不同含鋼率、不同尺寸的條件下鋼管再生混凝土試件的軸壓試驗，結果表明，再生鋼管混凝土柱的承載力比空心鋼管柱高出0.5～1.5倍之間的結論，比普通鋼管混凝土柱高6～10%。而MohanrajE等又研究了在不同粗骨料替代率下、不同的長細比，不同的徑厚比的鋼管再生混凝土柱的軸壓性能。楊有福，肖建莊，王玉銀，張向岡，陳宗平等相繼開展了鋼管再生混凝土短柱軸壓、長柱軸壓、純彎受力和壓彎受力構件的試驗研究工作。楊有福團隊，魯軍凱團隊還分別對高溫處理后鋼管再生混凝土軸壓短柱的強度、塑性、韌性和鋼管再生混凝土的在低溫狀態(tài)下的耐久性的研究。還有研究人員也通過試驗研究了鋼管再生混凝土長、短柱構件的軸壓、偏壓、中心局部承壓和滯回性能，并基于統(tǒng)一強度理論推導了相應的極限承載力公式。研究結果表明：鋼管再生混凝土構件的受力過程和破壞模式與尺寸相同的普通鋼管混凝土構件相似，具有良好的承載能力和抗變形性能，能夠滿足工程實踐需求。這些研究成果為進一步研究鋼管再生混凝土結構的力學性能和設計理論奠定了良好的基礎。

3 總結與展望

綜上所述，由于再生混凝土與普通混凝土相比有許多力學性能上的缺點，例如強度和彈性模量相對較低，收縮率和徐變大，變異性大，加上現在對鋼管混凝土梁柱節(jié)點的力學性能尚存不足，因此，也不能簡單地將鋼管混凝土梁柱節(jié)點現有成果直接移植到鋼管再生混凝土相應的研究中。還需要大量研究才能推動鋼管再生混凝土在工程實踐中的應用與發(fā)展，提高再生混凝土的利用率，進而達到節(jié)省資源，減少能耗，保護環(huán)境的目的。

[1]楊海峰.再生混凝土受壓本構關系及其與鋼筋間粘結滑移性能研究[D].廣西大學，2012.

[2]韓林海.鋼管混凝土結構[M].北京：科學出版社，2004.

[3]魯軍凱，查曉雄.鋼管再生混凝土的抗凍耐久性研究[J].建筑鋼結構進展，2012（3）：53～59.