再生混凝土在装配式建筑结构中力学性能分析*

赵宏源

(湖北工业大学土木建筑与环境学院 武汉 430068)

目前我国经济快速发展，向低碳可持续发展方向转型。新农村建设、城镇化的推进使得建筑需求逐渐增大，装配式混凝土建筑具有构建质量好，施工周期短、精度高、环境影响小的特点，如何选择合适的结构体系是装配式建筑的重要因素，其中主要部件：预制梁、预制屋盖、预制剪力墙、预制柱、预制屋面板、预制阳台、预制楼梯等都有着严格的要求，其中具有装配结构承载力、刚度和变形能力是重要因素，混凝土在建筑材料中起到十分重要的作用。在环境方面，装配式混凝土建筑则减少了现场作业，使扬尘、噪声和废弃物的排放也得到了减少，降低对周围环境的影响，是一项环境友好型工程，极大地减少了建筑垃圾。

1 装配式混凝土建筑结构的优势

1.1 提高工程质量和施工效率

通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工，减少了人工操作和劳动强度，确保了构件质量和施工质量，从而提高了工程质量和施工效率。

1.2 节能环保

装配式混凝土建筑能够减少资源、能源消耗，减少建筑垃圾，保护环境。由于实现了构件生产工厂化，材料和能源消耗均处于可控状态；建造阶段消耗建筑材料和电力较少。施工扬尘和建筑垃圾大幅度减少。

1.3 缩短工期，提高劳动生产率

由于构件生产和现场建造在两地同步进行，建造、装修和设备安装一次完成，相比传统建造方式大大缩短了工期，能够适应目前我国大规模的城市化进程。

1.4 施工受气象因素影响小

产业化建造方式大部分构配件在工厂生产，现场基本为装配作业，且施工工期短。受降雨、大风、冰雪等气象因素的影响较小。

2 混凝土力学研究实验

笔者通过研究再生混凝土中再生粗骨料孔隙率过高、材料分布不均匀和粘结力较差的特点，使得再生混凝土在强度和性能上普遍要比普通混凝土差。本实验对再生骨料进行强化处理，往再生骨料中掺入金刚砂和钢纤维,探究掺入等量金刚砂和钢纤维对再生混凝土力学性能的影响，通过提高混凝土的力学性能来促进装配式混凝土建筑的发展。

2.1 实验材料准备

(1)水泥。采用PC 32.5复合硅酸盐水泥。标准稠度用水量为27.2%，初凝时间为208 min，终凝时间为265 min，28 d立方体抗压强度为50.3 MPa。

(2)细骨料。细骨料分为江砂和金刚砂。普通天然江砂颗粒粒径小于5 mm，堆积密度为1 645 kg/m3，表观密度为2 630 kg/m3；金刚砂为颗粒严密的高强韧骨料，其质地坚硬、多棱角，其密度为3 250 kg/m3，硬度为3 150 kg/mm3。

(3)外加剂。聚羧酸减水剂，其性能指标见表1。

表1 聚羧酸减水剂性能指标

(4)粉煤灰。细度为8%的一级粉煤灰。

(5)矿粉。其密度为2 925 kg/m3，28 d活性指数为102%的S95等级矿粉。

(6)钢纤维。其密度为7 810 kg/m3，抗拉强度为820 MPa。

2.2 配合比设置

本实验按照设计规范JCJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》以C30混凝土(C)配合比为基础，以20%的再生粗骨料替代天然粗骨料(RC)，在再生混凝土的基础上外掺入1%体积率的钢纤维制成钢纤维再生混凝土(SFRC)，在再生混凝土的基础上以10%金刚砂代替同等质量的细骨料制成金刚砂再生混凝土(SICRC)。试验具体配合比见表2。

表2 混凝土配合比

2.3 试验方法

本试验内容按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[4]进行试验。立方体抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验采用150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试块，四点弯抗折试验采用150 mm×150 mm×550 mm的标准小梁试块。

3 试验结果分析

3.1 四点弯抗折试验

本试验采用微机控制电子压力试验机，C、RC、SICRC试块在试验过程中呈现脆性断裂，当试块被加载到极限荷载时发出剧烈的闷响并产生裂缝，区别在于C、SICRC试块的裂缝分布于纯弯段中线处，而RC试块的裂缝虽然分布在纯弯段，但位于中线附近。这是因为再生混凝土存在大量分布不均匀的空隙，试块受压时，产生的裂缝由于这些空隙分布在纯弯段中部附近。SFRC在加载到极限荷载的70%时试块底部开始出现细微裂缝并向上延展，当达到极限荷载时试块仍未断裂，试块保持完整且并无声响。分析原因为钢纤维为再生混凝土提供良好的韧性，使再生混凝土的抗折强度提升明显。RC的抗折强度相对于C下降明显，掺入金刚砂制成SICRC对抗折强度有一定的提升，但效果不如掺入钢纤维明显。

3.2 掺入金刚砂与钢纤维对混凝土力学性能的影响

(1)阻裂作用。金刚砂和钢纤维均匀分布在再生混凝土内部，承受再生混凝土硬化收缩时所产生的拉应力，有效阻止混凝土裂缝的产生与延伸。

(2)增强作用。掺入金刚砂和钢纤维能填补再生混凝土内部空隙，使再生混凝土内部更加密实，从而提高再生混凝土的强度。

(3)提供良好韧性。当再生混凝土试块受压产生裂缝时，裂缝处的金刚砂和钢纤维仍能承受一部分应力，为再生混凝土提供良好韧性。

4 结语

(1)金刚砂和钢纤维对再生混凝土的力学性能有良好的增强作用。在再生混凝土中掺入金刚砂和钢纤维对混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别有不同程度的提高。

(2)钢纤维对再生混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度的提升相比金刚砂更为明显，其提升分别为59.7%和28.4%。而金刚砂对再生混凝土劈裂抗拉强度和抗折强度提升分别27.3%和10.8%。金刚砂和钢纤维对混凝土立方体抗压强度影响最小，分别提升8.5%和7.8%。

(3)掺入金刚砂与钢纤维对再生混凝土的影响主要是阻裂作用、增强作用和提供良好的韧性，从而改善再生混凝土脆性，提升混凝土强度。