再生混凝土在裝配式建筑結構中力學性能分析*

趙宏源

(湖北工業大學土木建筑與環境學院 武漢 430068)

目前我國經濟快速發展，向低碳可持續發展方向轉型。新農村建設、城鎮化的推進使得建筑需求逐漸增大，裝配式混凝土建筑具有構建質量好，施工周期短、精度高、環境影響小的特點，如何選擇合適的結構體系是裝配式建筑的重要因素，其中主要部件：預制梁、預制屋蓋、預制剪力墻、預制柱、預制屋面板、預制陽臺、預制樓梯等都有著嚴格的要求，其中具有裝配結構承載力、剛度和變形能力是重要因素，混凝土在建筑材料中起到十分重要的作用。在環境方面，裝配式混凝土建筑則減少了現場作業，使揚塵、噪聲和廢棄物的排放也得到了減少，降低對周圍環境的影響，是一項環境友好型工程，極大地減少了建筑垃圾。

1 裝配式混凝土建筑結構的優勢

1.1 提高工程質量和施工效率

通過標準化設計、工廠化生產、裝配化施工，減少了人工操作和勞動強度，確保了構件質量和施工質量，從而提高了工程質量和施工效率。

1.2 節能環保

裝配式混凝土建筑能夠減少資源、能源消耗，減少建筑垃圾，保護環境。由于實現了構件生產工廠化，材料和能源消耗均處于可控狀態；建造階段消耗建筑材料和電力較少。施工揚塵和建筑垃圾大幅度減少。

1.3 縮短工期，提高勞動生產率

由于構件生產和現場建造在兩地同步進行，建造、裝修和設備安裝一次完成，相比傳統建造方式大大縮短了工期，能夠適應目前我國大規模的城市化進程。

1.4 施工受氣象因素影響小

產業化建造方式大部分構配件在工廠生產，現場基本為裝配作業，且施工工期短。受降雨、大風、冰雪等氣象因素的影響較小。

2 混凝土力學研究實驗

筆者通過研究再生混凝土中再生粗骨料孔隙率過高、材料分布不均勻和粘結力較差的特點，使得再生混凝土在強度和性能上普遍要比普通混凝土差。本實驗對再生骨料進行強化處理，往再生骨料中摻入金剛砂和鋼纖維,探究摻入等量金剛砂和鋼纖維對再生混凝土力學性能的影響，通過提高混凝土的力學性能來促進裝配式混凝土建筑的發展。

2.1 實驗材料準備

(1)水泥。采用PC 32.5復合硅酸鹽水泥。標準稠度用水量為27.2%，初凝時間為208 min，終凝時間為265 min，28 d立方體抗壓強度為50.3 MPa。

(2)細骨料。細骨料分為江砂和金剛砂。普通天然江砂顆粒粒徑小于5 mm，堆積密度為1 645 kg/m3，表觀密度為2 630 kg/m3；金剛砂為顆粒嚴密的高強韌骨料，其質地堅硬、多棱角，其密度為3 250 kg/m3，硬度為3 150 kg/mm3。

(3)外加劑。聚羧酸減水劑，其性能指標見表1。

表1 聚羧酸減水劑性能指標

(4)粉煤灰。細度為8%的一級粉煤灰。

(5)礦粉。其密度為2 925 kg/m3，28 d活性指數為102%的S95等級礦粉。

(6)鋼纖維。其密度為7 810 kg/m3，抗拉強度為820 MPa。

2.2 配合比設置

本實驗按照設計規范JCJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規程》以C30混凝土(C)配合比為基礎，以20%的再生粗骨料替代天然粗骨料(RC)，在再生混凝土的基礎上外摻入1%體積率的鋼纖維制成鋼纖維再生混凝土(SFRC)，在再生混凝土的基礎上以10%金剛砂代替同等質量的細骨料制成金剛砂再生混凝土(SICRC)。試驗具體配合比見表2。

表2 混凝土配合比

2.3 試驗方法

本試驗內容按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[4]進行試驗。立方體抗壓強度試驗和劈裂抗拉強度試驗采用150 mm×150 mm×150 mm的標準立方體試塊，四點彎抗折試驗采用150 mm×150 mm×550 mm的標準小梁試塊。

3 試驗結果分析

3.1 四點彎抗折試驗

本試驗采用微機控制電子壓力試驗機，C、RC、SICRC試塊在試驗過程中呈現脆性斷裂，當試塊被加載到極限荷載時發出劇烈的悶響并產生裂縫，區別在于C、SICRC試塊的裂縫分布于純彎段中線處，而RC試塊的裂縫雖然分布在純彎段，但位于中線附近。這是因為再生混凝土存在大量分布不均勻的空隙，試塊受壓時，產生的裂縫由于這些空隙分布在純彎段中部附近。SFRC在加載到極限荷載的70%時試塊底部開始出現細微裂縫并向上延展，當達到極限荷載時試塊仍未斷裂，試塊保持完整且并無聲響。分析原因為鋼纖維為再生混凝土提供良好的韌性，使再生混凝土的抗折強度提升明顯。RC的抗折強度相對于C下降明顯，摻入金剛砂制成SICRC對抗折強度有一定的提升，但效果不如摻入鋼纖維明顯。

3.2 摻入金剛砂與鋼纖維對混凝土力學性能的影響

(1)阻裂作用。金剛砂和鋼纖維均勻分布在再生混凝土內部，承受再生混凝土硬化收縮時所產生的拉應力，有效阻止混凝土裂縫的產生與延伸。

(2)增強作用。摻入金剛砂和鋼纖維能填補再生混凝土內部空隙，使再生混凝土內部更加密實，從而提高再生混凝土的強度。

(3)提供良好韌性。當再生混凝土試塊受壓產生裂縫時，裂縫處的金剛砂和鋼纖維仍能承受一部分應力，為再生混凝土提供良好韌性。

4 結語

(1)金剛砂和鋼纖維對再生混凝土的力學性能有良好的增強作用。在再生混凝土中摻入金剛砂和鋼纖維對混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度分別有不同程度的提高。

(2)鋼纖維對再生混凝土的劈裂抗拉強度和抗折強度的提升相比金剛砂更為明顯，其提升分別為59.7%和28.4%。而金剛砂對再生混凝土劈裂抗拉強度和抗折強度提升分別27.3%和10.8%。金剛砂和鋼纖維對混凝土立方體抗壓強度影響最小，分別提升8.5%和7.8%。

(3)摻入金剛砂與鋼纖維對再生混凝土的影響主要是阻裂作用、增強作用和提供良好的韌性，從而改善再生混凝土脆性，提升混凝土強度。