机制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承载力试验研究

潘丽云，李广欣，赵顺波

(华北水利水电大学 土木与交通学院，河南 郑州 450045)

国内外关于再生粗骨料混凝土的研究偏重于再生粗骨料取代率对混凝土性能的影响，并通过再生粗骨料混凝土梁和普通混凝土梁(细骨料均为天然砂)的对比试验，认为再生混凝土梁的受剪承载力随再生粗骨料取代率的增加而减小［1－4］.

笔者从综合利用再生粗骨料和机制砂、充分展现生态混凝土性能的角度出发，开展了机制砂再生粗骨料混凝土的研究［5－7］.得出了采用100%再生粗骨料和机制砂配制的混凝土配筋梁的受剪承载力试验结果.

1 试件概况

1.1 原材料

试验采用的再生粗骨料来自土木与交通科学研究中心的废弃混凝土构件(强度约为40 MPa)，经人工与颚式破碎机破碎后，筛分成粒径5～10 mm，10～20 mm，20～26.5 mm 单粒级，再按4∶3∶3 混合成连续级配粗骨料，基本性能见表1.

表1 再生骨料的基本性能

细骨料为碎石破碎原状机制砂，表观密度为2.697 kg/m3、细度模数为3.27.水泥采用焦作“坚固”牌P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，试验用水为自来水.混凝土的设计强度等级为C40，配合比设计考虑了再生粗骨料的吸水率，1 m3混凝土各材料用量水∶水泥∶机制砂∶再生粗骨料=165∶366.7∶800.5∶1 086.2(kg).

纵向受拉钢筋采用HRB335 级热轧钢筋，纵向架立钢筋和箍筋均采用HPB235 级热轧钢筋，钢筋的实测强度见表2.

表2 钢筋的性能指标

1.2 试验梁制作

制作了10 根机制砂再生粗骨料混凝土梁，设计截面尺寸为150 mm×400 mm，梁长3 200 mm.为了保证梁在试验中发生受剪破坏而配置了足够的纵筋，纵筋配筋率为1.8%.梁的配筋如图1 所示.每批浇筑6 个边长150 mm 的立方体试块和6 个150 mm×150 mm×300 mm 的棱柱体试块，用于测定立方体的抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量.实测梁的截面尺寸和混凝土强度见表3.

图1 构件配筋图

表3 试验梁截面尺寸、配筋和材料性能试验值

1.3 试验方法

由两个串联的千斤顶对称施加荷载，用荷载传感器监控.荷载控制特征值为斜截面开裂荷载、正常使用裂缝开展阶段荷载和极限荷载.观测内容:斜截面及裂缝发展形态、主要裂缝的宽度、梁的挠度等.

2 受剪承载力分析与计算

2.1 剪跨比和配箍率对梁受剪承载力的影响

图2 绘出了机制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承载力与剪跨比的关系.可以看出，剪跨比是影响机制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承载力的重要因素，梁的受剪承载力随着剪跨比的增大而降低.

图2 试验梁受剪承载力随剪跨比的变化

图3 为剪跨比1.5 时，机制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承载力随配箍率的变化情况.可以看出，机制砂再生粗骨料混凝土梁的受剪承载力随着配箍率的增大而提高.

图3 试验梁受剪承载力随配箍率的变化

2.2 梁受剪承载力的计算

现行混凝土结构设计规范中普通混凝土梁受剪承载力计算公式［7］为

普通混凝土梁的受剪承载力统计公式［8］为

式中:Vu为梁的受剪承载力;λ 为剪跨比;Asv为同一斜截面上箍筋的截面面积;fyv为箍筋的抗拉强度设计值(这里对应箍筋的屈服强度);ft为混凝土的抗拉强度;ρ 为纵向受拉钢筋的配筋率;b 和h0分别为梁的截面宽度和有效高度.

表4 为该试验的机制砂再生粗骨料混凝土梁受剪承载力实测值与上述公式计算值的比较.按式(1)计算时，实测值与计算值之比的平均值为1.198，变异系数0.201.按式(2)计算时，实测值与计算值之比的平均值为0.995，变异系数0.154.该结果与普通混凝土梁受剪承载力的统计分析结果是一致的，由于式(2)为梁受剪承载力平均值的统计计算公式，实测值与计算值之比的平均值接近1.0，即表明两者符合性良好.式(1)是考虑了受剪承载力可靠度以后，按统计结果选取的偏下限计算公式，实测值与计算值之比的平均值大于1.0，表明计算结果具有一定的安全储备.因此，式(1)可用于机制砂再生粗骨料混凝土梁的受剪承载力设计，式(2)可用于预测机制砂再生粗骨料混凝土梁的实际受剪承载力.

表4 试验梁受剪承载力试验与计算结果比较

3 结语

可采用现行混凝土结构设计规范中普通钢筋混凝土梁受剪承载力计算公式，进行机制砂再生粗骨料混凝土梁的受剪承载力设计.可采用普通钢筋混凝土梁受剪承载力统计计算公式，预测机制砂再生粗骨料混凝土梁的实际受剪承载力.

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