鋼管再生混泥土結構研究進展

(廣州大學 廣東 廣州 510006)

前言：隨著我國經濟建設持續快速的發展，每年都有大量的舊混泥土建筑物被拆除，也有大量的新混泥土建筑物產生。在拆除過程中所產生的廢棄混泥土主要是運往郊區外堆放或填埋對生態環境造成了嚴重的破壞、對資源造成了嚴重的浪費。

因此，為深入了解鋼管再生混泥土基本力學、耐久、抗震、粘接性能。本課題通過相關實驗對鋼管再生混泥土基本性能進行分析研究。

一、國內外研究現狀

(一)再生混凝土的研究現狀

再生混凝土技術的應用始于二次大戰期間，戰爭導致了大量廢棄物的產生，許多歐洲國家在戰后面臨著嚴重的廢棄物處理問題。20世紀50年代，前蘇聯和德國為了處理大量廢棄混凝土同時為城市重建提供新的原材料，相繼開展了再生混凝土技術的研究{41。國際材料與結構研究與測試試驗所聯合會RILEM于1976年成立了“混凝土拆除和再利用委員會”TC—37—DRC，開始研究廢棄混凝土的消化和再生利用。1977年日本政府制定了JIS TR A 0006《再生骨料和再生混凝土使用規范》。1991年日本政府又制定了《資源重新利用促進法》，規定建筑施工過程中產生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、木材、金屬等建筑垃圾，必須送往“再生資源化設施”進行處理。

我國對于再生混泥土的研究起步較晚，但是研究勢頭較猛。國內數十家大學和研究機構展開了大量的研究工作，設計范圍廣泛。其中，同濟大學對再生混泥土技術進行了大量的研究，包括再生混泥土的強度和工作性能、廢棄混泥土破碎及再生工藝研究、高溫后再生混泥土強度研究、再生混泥土框架節點實驗研究、再生混泥土框架結構抗震性能研究等。

(二)鋼管混泥土結構研究現狀

鋼管混泥土結構在土木建筑工程中應用始于20世紀初美國在一些單層房屋建筑中采用了圓形鋼管混泥土柱。20世紀30年代末期，前蘇聯曾用鋼管混泥土建造了跨度為101m的公路拱橋和跨度為140m的鐵路拱橋。20世紀60年代前后，鋼管混泥土結構在前蘇聯、西歐、北美和日本等工業發達國家受到重視，在廠房建筑、多層和高層建筑、立交橋以及特種工程中得到應用，并編制了相關的想多完整的技術規程，推動了鋼管混泥土在世界范圍內的普及和發展。

從20世紀80年代開始，在我國以后采用高強度混泥土材料和泵灌混泥土工藝為主要特征的現代鋼管混泥土結構，也取得了飛速發展。1990年我國頒布專門的《鋼管混泥土結構設計與施工規程》，為現代鋼管混泥土結構在我國推廣應用提供了技術保障。近年來，國家經濟迅猛發展，基礎設施大量興建，現代鋼管混泥土結構物技術在高層建筑和大跨橋梁中得到了卓有成效的應用，有力地推動了該領域技術的進步。現有對鋼管再生混泥土的研究大多針對其力學性能、粘接性能、耐久性能、抗震性能。

①力學性能

1)鋼管再生混泥土柱軸壓力學性能試驗的研究表明：鋼管對核心再生混泥土的約束作用，改善了再生混泥土變異性能大的特點，使得相同參數試件的實驗結果離散型較小，滿足實驗要求；鋼管再生混泥土軸心受壓試件的破壞模式及細長比對試件力學性能的影響較小，一般選取的兩種骨料來源對于試件力學性能的影響力在6%范圍內。

2)鋼管再生混泥土柱壓彎力學性能的實驗研究發現：鋼管再生混泥土偏壓和純彎時間的破壞模式與鋼管普通混泥土類似，分別發生整體失穩和整體彎曲破壞；再生粗骨料取代率對試件力學性能的影響相對較小，隨著取代率的增加，試件承載力和初始剛度降低，影響幅度在12%以內；長細比、偏心距及含鋼率對鋼管再生混泥土偏壓試件力學性能的影響與普通鋼管混泥土相似。

3)再生粗骨料取代率對鋼管再生混泥土構件整體性能影響不大；鋼管再生混泥土受壓構件中核心再生混泥土性能所占比重越大，其N-M相關曲線的我拐點越明顯，其性能接近于素再生混泥土構件；核心再生混泥土強度是影響鋼管再生混泥土軸壓構件穩定系數是最主要因素，在長細比相同的情況下，核心再生混泥土強度越高，構件穩定系數越小。

②粘接性能

1)在鋼筋銹蝕率較小時，再生混泥土粘接試件發生鋼筋拔除破壞；當鋼筋銹蝕率超過1.4%時，粘結破壞形式轉變為再生混泥土劈裂破壞。

2)銹蝕鋼筋與再生混泥土的荷載滑移曲線基本與銹蝕鋼筋與普通混泥土的荷載滑移曲線相似，隨著銹蝕率增大，下降段越陡。

3)再生混泥土與銹蝕鋼筋之間的無量綱化粘結滑移全曲線的上升段和下降段可分別上升段：下降段

③耐久性能。再生混泥土的氯離子滲透性隨再生粗骨料取代率的增加而增大，并受水灰比的影響較大，其次是礦物摻和料和混泥土齡期；再生混泥土的耐磨性隨著再生粗骨料取代率的增加而變差，但隨著再生粗骨料取代率的增加而變好；再生混泥土的抗炭性受到物理和化學多重因素的影響，由于再生骨料身品質的不同，再生混泥土抗碳化部分隨再生粗骨料取代率增加而變差，部分隨再生粗骨料取代率的增加先變好再變差。

④抗震性能

1)鋼管再生混泥土柱的破壞過程和破壞形態與鋼管普通混泥土柱相類似，均有屈服——鼓曲——極限——破壞四個階段，最終破壞時鋼管再生混泥土柱發生明顯的塑性變形，外鋼管鼓曲，內部核心混泥土壓碎。

2)在混泥土同強度條件下，鋼管再生混泥土柱承載力隨再生粗骨料含量增加有降低趨勢；另外，試件延性和耗能能力也有隨之降低，但相差不大，鋼管再生混泥土的剛度以及退化趨勢與鋼管普通混泥土相似。

二、研究現狀總結及展望

綜合國內外眾多學者的試驗研究，可以得出以下一些比較一致的結論：(1)在鋼管的約束下，再生混泥土的彈性模量、強度、塑性和韌性性能等可得到不同程度的改善；(2)鋼管約束再生混泥土的力學性能與鋼管約束普通混泥土類似，但數值上略有下降；(3)鋼管再生混泥土構件的破壞模式與鋼管普通混泥土構件類似。

為鋼管再生混泥土這種新型構件應用于實際工程，促進再生混泥土在土木建筑結構中的應用和發展，為廢棄混泥土資源化提供一條更為有效的途徑。重點研究鋼管再生混泥土構件內填再生混泥土的應力——應變關系及構件(特別是薄壁構件)的抗震性能，對鋼管再生混泥土構件進行深一步的理論分析和試驗研究。