再生混凝土梁冻融循环后抗弯强度试验

李滟浩 孙华银 王燕 成远登 徐秀洁 史朝锋

摘  要：再生混凝土因解决了环境污染、资源回收利用等优势势必将得到大范围推广应用，文章通过梁式试件抗弯试验对再生混凝土结构的抗冻性进行探索，结果表明：优质再生集料对应的抗冻性较好，冻融循环达50次时，构件抗冻性下降明显。

关键词：冻融循环;再生混凝土;梁式试件;抗弯强度

中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）22-0044-03

Abstract： Recycled concrete is bound to be widely used because of its advantages of solving environmental pollution and recycling resources. In this paper， the frost resistance of recycled concrete structure is explored through the bending test of beam specimens. The results show that the frost resistance of high-quality recycled aggregate is good， and when the freeze-thaw cycle reaches 50 times， the frost resistance of components decreases significantly.

Keywords： freeze thaw cycle; recycled concrete; beam test piece; flexural strength

1 概述

我国建筑的高速发展致使每年产生超过1亿立方米的建筑垃圾，且逐年增加趋势明显[1]，将废弃混凝土破碎后制成再生粗集料掺配在新拌混凝土中是科学经济的解决办法。国内不少专家学者已相继开展了再生混凝土各项性能试验，结果表明，在掺配率得当、掺入陶瓷粉煤灰等材料的情况下，再生混凝土试件抗冻性能是可靠的，能满足工程建设需求。部分学者还开展了再生混凝土内钢筋抗拔、黏结力试验，但关于再生混凝土梁、板、柱方面的结构试验还偏少[2-6]。本文就再生混凝土梁冻融循环试验展开研究，以补充再生混凝土抗冻性的结构应用理论。

2 试验方案

2.1 原材料

再生混凝土拌制材料包括普通硅酸盐水泥、黄砂（连续级配）、天然骨料（连续级配5～15mm）、再生骨料（连续级配5～15mm）。其中再生骨料分别由废弃混凝土路面、房屋构造柱、房屋结构柱（梁）破碎制得。

2.2 配合比

按照C30设计强度，在不掺配再生集料的情况下配合比取水泥：水：砂：碎石=1：0.38：1.11：2.72=461：175：512：1252，在此基础上根据再生集料的掺配率调整配合比（主要调整水的用量）。

2.3 试件组制作

试件主要分为两大类，即：

（1）立方体试件：主要作用为测试不同对照组混凝土性能，尺寸为100mm×100mm×100mm。

（2）梁式试件：主要用于抗弯强度测试，尺寸为100mm×100mm×400mm。

对比组具体如表1所示。

梁式试件上部架立钢筋为2根植筋6mmHPB300钢筋，下部受力钢筋为2根直径10mmHRB400钢筋，箍筋直径6mm、纵向布置4道，保护层厚度2cm。

2.4 加载方案

立方体试件之间在压力试验机上进行，梁式试件采用三分点加载方式进行加载，如图1所示。

加载时，记录梁式试件破坏时的荷载F大小。立方体试件与梁式试件如图2和图3所示。

3 立方体试件实验结果

各类试件在冻融循环20次以下时，试件表面基本无变化，达到50次之后，出现表面砂浆脱落，且表层脱落出现小凹坑，采用压力试验机进行抗压强度测试，测试结果如图4～图6所示。

如图4～图6所示，结构梁柱作为再生集料制作的试件抗压强度最高，构造柱抗压强度最低，道路混凝土强度居中，主要原因为原构造柱为C20混凝土，比道路混凝土与结构梁柱混凝土强度低，制备所得再生集料密度、压碎值指标均较差，导致在其他条件相同的情况下，构造柱再生试件强度表现最差，且冻融循环后强度下降更明显。

同时，各类试件在经过20次冻融循环后强度下降明显，且再生集料掺配越多下降值越大。

4 梁式构件抗弯强度试验

梁式试件加载按三级进行，荷载施加速率控制在2.0KN/S左右。第一级，加载试件直至出现第一条裂缝为止，记录其出现的位置与荷载大小;第二级，加载试件出现第一条贯穿裂缝为止，记录其出现的位置与荷载大小;第三级，加载试件最终破坏为止，记录其荷载大小。各组试件加载结果如图7～图9所示。

如图7～图9所示，梁式试件破坏荷载变化与再生集料品质、掺配率以及冻融循环次数有关，其中结构梁柱生产的再生集料密度最大、压碎值最小，各种情况下试验梁承载能力最好;3类再生集料掺配率不超过30%时，试验梁承载能力表现良好，超过30%后下降明显;冻融循环后试验梁承载能力下降原因除了混凝土本身强度以外，混凝土与钢筋的黏结也在很大程度上发挥影响作用，达到50次冻融循环后，梁式试件承载力平均下降约20%。

在合理的配筋率情况下，试验梁首先是受拉区（下部）開裂破坏，冻融循环后该特征表现约明显，说明冻融循环对混凝土抗拉强度、混凝土与钢筋黏结作用削减明显。进行跨中单点加载与三分点加载破坏形态很接近。经过50次冻融循环后单点加载破坏形态如图10所示。

5 结束语

通过采用不同原材料制备不同品质再生粗集料开展梁式构件冻融循环试验研究，主要结论如下：

（1）品质较好的再生粗集料制备的再生构件具有更好的抗冻性。

（2）经过50次冻融循环后，梁式试件强度降低约20%，因此，需在混凝土中加入外加剂以改善其抗冻性方能用于实际工程中。

（3）冻融循环不仅会降低混凝土强度，还将削弱其与钢筋的黏结性能，工程应用中建议从这两方面进行考虑。

参考文献：

[1]陈自豪，元成方.再生骨料混凝土抗冻性研究进展[J].混凝土，2019，5（355）：20-27.

[2]熊晓强.骨料添加对再生保温混凝土抗冻融性能的影响分析[J].粉煤灰综合利用，2019，6：61-64.

[3]乔宏霞，等.废旧陶瓷骨料再生混凝土抗冻融循环性能及可靠性分析[J].功能材料，2019，7（50）：07139-07145.

[4]刘全升.冻融循环作用下再生骨料处理对混凝土性能的影响[J].山东农业大学学报（自然科学版），2019，50（3）：456-459.

[5]GOKCE A，NAGATAKI S，SAEKI T，et al.Freezing and thawing resistance of air-entrained concrete incorporating recycled coarse aggregate：the role of air content in demolished concrete[J].Cementand Concrete Research，2004，34（5）：799-806.

[6]SALLEHANI，MAHYUDDINR.Engineering properties of treated recycled concrete aggregate（RCA） for structura lapplications[J].Construction and Building Materials，2013（44）：464-476.