周點(diǎn)龍， 付佳麗， 姚 峰， 柳炳康

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

混凝土是我國(guó)用量最大的建筑材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)2012年我國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)到21.84×108t，商品混凝土總產(chǎn)量達(dá)到8.9×108m3。而伴隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，一大批老、舊建筑物面臨著拆除或者改擴(kuò)建，產(chǎn)生大量的建筑垃圾，其中最主要的是廢棄混凝土［1］。將廢棄混凝土回收再利用是一個(gè)亟需解決的任務(wù)。廢棄混凝土塊體經(jīng)過(guò)回收、裂解、破碎、篩分后，按一定的比例與級(jí)配混合形成再生骨料配制出新的混凝土，叫做再生混凝土。有關(guān)再生混凝土結(jié)構(gòu)受力性能試驗(yàn)研究及理論分析［2－4］為再生混凝土用于實(shí)際工程中奠定了基礎(chǔ)。

研究結(jié)果表明，再生骨料表面包裹有硬化水泥砂漿，骨料界面具有孔隙率高、吸水性大的特征，導(dǎo)致再生混凝土抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化等耐久性能降低。針對(duì)界面結(jié)構(gòu)特征和微觀形貌，可摻加界面劑強(qiáng)化界面過(guò)渡區(qū)的黏結(jié)作用，文獻(xiàn)［5－7］對(duì)再生混凝土摻入粉煤灰進(jìn)行改性試驗(yàn)，研究表明，摻入適量的粉煤灰后，再生混凝土的抗碳化、抗凍融、抗氯離子滲透性等耐久性能有所提高。但是對(duì)再生混凝土改性后結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)、承載能力、滯回性能、延性指標(biāo)和耗能能力有待進(jìn)一步研究。

本文在先期試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，制作2榀再生混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)試件，2榀試件均采用100%再生骨料，試件BJ－1全部采用水泥作為膠凝材料，試件BJ－2采用粉煤灰取代水泥質(zhì)量的15%進(jìn)行改性，對(duì)2榀試件進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)研究，探討改性再生混凝土與普通再生混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)制作了2榀再生混凝土邊節(jié)點(diǎn)試件，2個(gè)試件梁、柱尺寸及配筋均相同，如圖1所示。

圖1 試件尺寸及配筋圖

混凝土配合比及立方體抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表1所列。梁、柱縱筋采用HRB400級(jí)熱軋鋼筋，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為550N／mm216），箍筋采用HPB300級(jí)熱軋鋼筋，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為382N／mm26）。

表1 混凝土配合比及立方體抗壓強(qiáng)度

1.2 加載裝置

本試驗(yàn)采用擬靜力加載，試驗(yàn)加載裝置示意圖如圖2所示。

柱的上下端固定好后，利用液壓千斤頂在柱頂施加軸向力，柱的軸壓比均取0.2，試驗(yàn)過(guò)程中保持不變，然后利用MTS動(dòng)力伺服加載系統(tǒng)作動(dòng)器在梁端施加豎向反復(fù)荷載作用。

圖2 試驗(yàn)加載裝置示意圖

1.3 加載制度及測(cè)量?jī)?nèi)容

反復(fù)荷載加載制度采取荷載－位移混合控制方法［8］，在荷載控制階段，第1級(jí)加載的控制荷載為預(yù)估試件屈服強(qiáng)度的20%，然后逐級(jí)增加屈服荷載的10%，直至縱筋屈服，每級(jí)加載循環(huán)2次。試件屈服后進(jìn)入位移控制加載，位移加載循環(huán)在屈服位移基礎(chǔ)上按5mm遞增，每級(jí)循環(huán)3次，直至試件破壞。

測(cè)量?jī)?nèi)容如下：梁端施加的荷載及相應(yīng)的位移；梁根部上下位移傳感器位移值，用于計(jì)算塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)角；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)十字交叉位移傳感器位移值，用于計(jì)算核心區(qū)剪切應(yīng)變角；預(yù)埋在梁、柱縱筋和箍筋應(yīng)變片的應(yīng)變值。其中，梁端施加的荷載及位移由MTS加載設(shè)備自動(dòng)記錄；其余由TDS－303數(shù)據(jù)采集儀記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

在低周反復(fù)荷載作用下，2個(gè)試件均是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞。破壞過(guò)程可分為初裂階段、通裂階段、極限階段和破壞階段，同普通鋼筋混凝土邊節(jié)點(diǎn)試件的破壞過(guò)程類似［9］。

試件BJ－1在加載初期，處于彈性工作狀態(tài)，P－Δ曲線呈直線變化狀態(tài)。隨著荷載的持續(xù)增大，正向荷載加載到極限荷載的45%左右時(shí)，梁上端開(kāi)始出現(xiàn)微裂縫，裂縫寬度為0.1mm；反向加載到極限荷載的40%左右時(shí)，梁上端開(kāi)始出現(xiàn)微裂縫，裂縫寬度為0.05mm。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)入初裂階段。

隨著荷載的繼續(xù)增加，達(dá)到極限荷載的85%時(shí)，梁縱筋開(kāi)始屈服，梁端最大裂縫達(dá)到0.28mm，進(jìn)入屈服階段；隨著荷載增加，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)交叉斜裂縫，最大裂縫為0.32mm，進(jìn)入通裂階段。此時(shí)加載轉(zhuǎn)為位移控制，隨著位移的增加，承載能力達(dá)到最大值，此時(shí)梁端裂縫寬度為2.5mm左右，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)裂縫寬度達(dá)3.1mm左右，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)入極限階段。繼續(xù)增加位移循環(huán)，荷載不斷下降，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)表面混凝土剝落，構(gòu)件破壞。

2榀試件通裂階段的裂縫形態(tài)及分布如圖3所示。

試件BJ－2與BJ－1試驗(yàn)過(guò)程類似，主要的試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2所列。

圖3 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)通裂階段裂縫分布

2.2 滯回曲線

試驗(yàn)過(guò)程中由MTS加載設(shè)備自動(dòng)記錄了梁在每級(jí)荷載下對(duì)應(yīng)的位移值，可以得到2榀試件的梁端位移－荷載滯回曲線如圖4所示。

加載初期，2個(gè)試件的P－Δ曲線呈直線循環(huán)，表明2個(gè)構(gòu)件在荷載較小時(shí)均處于彈性狀態(tài)。在荷載加載到極限荷載的85%之前，滯回環(huán)的面積都很小，能量耗散能力較弱。隨著梁縱筋的屈服，荷載加載制度由力控制轉(zhuǎn)換成位移控制后，滯回環(huán)逐步變成弓形，滯回環(huán)面積趨于豐滿，具有良好的變形及耗能能力。

2.3 骨架曲線

2個(gè)試件的骨架曲線如圖5所示。由圖5可以看出，在荷載較小時(shí)，骨架曲線是一條直線，構(gòu)件呈彈性狀態(tài)；構(gòu)件開(kāi)裂后，進(jìn)入彈塑性受力階段，骨架曲線產(chǎn)生拐點(diǎn)。隨著位移的增加，構(gòu)件的承載能力增加緩慢，達(dá)到最大荷載后，荷載隨著位移的增加而降低，直至降低到構(gòu)件最大荷載的75%左右，構(gòu)件破壞，試驗(yàn)結(jié)束。

圖5 骨架曲線

2.4 剛度退化

構(gòu)件的剛度隨著位移的增加而逐漸降低，這主要是由于混凝土裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展、鋼材的屈服、鋼筋滑移等原因所產(chǎn)生的。2個(gè)構(gòu)件的剛度退化曲線如圖6所示。

從圖6可以看出，在初始彈性受力階段，構(gòu)件的剛度退化較慢，隨著位移的增大，產(chǎn)生裂縫之后，構(gòu)件的剛度退化很快，到屈服階段時(shí)，曲線偏向于水平軸，這是因?yàn)榱芽p快速發(fā)展，混凝土逐漸退出工作，梁的有效截面高度逐步降低造成的。

圖6 剛度退化曲線

2.5 延性系數(shù)和耗能能力

延性系數(shù)作為延性度量標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算公式為μΔ＝Δu／Δy。其中，Δu為構(gòu)件承載力降低到最大荷載的85%時(shí)所對(duì)應(yīng)的位移值；Δy為構(gòu)件屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的位移值。由表2可看出，構(gòu)件BJ－2的延性好于BJ－1。

構(gòu)件的耗能能力可以通過(guò)每級(jí)加載的第1個(gè)滯回環(huán)的面積求出，面積越大說(shuō)明耗能能力越好，抗震性能越好。將2個(gè)構(gòu)件的每個(gè)加載周期的耗能E與位移Δ繪制成耗能曲線，如圖7所示。從圖7可以看出，2個(gè)構(gòu)件的耗能能力在屈服之前都是緩慢增長(zhǎng)的，只有最大耗能能力的3%～5%。屈服之后，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)入通裂階段，2個(gè)構(gòu)件的耗能能力均隨位移增加而快速增加，試件BJ－1達(dá)到最大荷載后，耗能能力下降較快；BJ－2耗能能力達(dá)到最大荷載后下降較平緩。對(duì)比2條耗能曲線可知，添加粉煤灰的再生混凝土試件耗能能力有所下降。

圖7 試件加載過(guò)程耗能能力

3 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)研究表明，摻加15%粉煤灰取代水泥的改性再生混凝土邊節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、承載能力與普通的再生混凝土差別不大，其破壞過(guò)程可分為初裂階段、通裂階段、極限階段和破損階段4個(gè)階段，試件具有良好的受力性能。改性再生混凝土邊節(jié)點(diǎn)試件延性指標(biāo)略有提高，耗能能力有所下降，試件抗震性能與普通再生混凝土試件相當(dāng)。摻入適量的粉煤灰對(duì)于結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)、承載能力、延性指標(biāo)和耗能能力影響較小，可以通過(guò)摻加粉煤灰的手段改善再生混凝土的抗碳化、抗凍融、抗氯離子滲透性等耐久性能。如何取得既能提高受力要求，又能改善耐久性能的改性再生混凝土結(jié)構(gòu)粉煤灰的最優(yōu)取代率，有待進(jìn)一步的研究。

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