摘要：通過5 組再生混凝土棱柱體試件的單軸直接拉伸試驗(yàn),探討了相同有效水灰比之下,再生粗骨料取代率對再生混凝土抗拉強(qiáng)度與變形的影響規(guī)律. 結(jié)果表明,隨著再生粗骨料取代率從0 增加到100 % ,再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與受拉原點(diǎn)切線模量逐漸下降,而峰值拉應(yīng)變呈略微增加趨勢. 在對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸的基礎(chǔ)上,最后提出了包括受拉本構(gòu)關(guān)系在內(nèi)的再生混凝土受拉性能計(jì)算公式,該公式可在再生混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的非線性分析中參考使用.
關(guān)鍵詞：再生骨料混凝土; 再生粗骨料取代率; 受拉性能
近年來,隨著我國蹬經(jīng)濟(jì)發(fā)展,環(huán)境問題日益突出. 因此,對于廢棄混凝土的處理以及再生混凝土技術(shù)已成為我國土木工程領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)研究問題. 以往國內(nèi)外學(xué)者大多偏重于再生混凝土抗壓性能的研究[1～3 ] ,但對諸如抗拉強(qiáng)度、峰值拉應(yīng)變等再生混凝土受拉基本性能的研究則很少. 眾所周知,混凝土的受拉性能不僅影響混凝土構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài),有時也影響其承載能力極限狀態(tài). 本文將通過單軸直接拉伸試驗(yàn),以再生粗骨料取代率為重點(diǎn)研究參數(shù),探討再生混凝土的受拉性能.
1試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1試驗(yàn)材料與配合比
再生粗骨料由上海某機(jī)場跑道廢棄混凝土加工而成,其主要性能指標(biāo)詳見表1. 天然粗骨料采用天然碎石,水泥采用海螺牌32. 5R 普通硅酸鹽水泥,砂為普通天然河砂,水為上海市自來水. 混凝土配合比如表2 所示,該配合比設(shè)計(jì)是在普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,考慮再生粗骨料具有較高吸水率之后確定的[ 3 ] . 其中,拌和水與水泥用量之比稱為有效水灰比,用mw / mc 表示;再生粗骨料取代率( r) 是指再生粗骨料質(zhì)量與混凝土中全部粗骨料質(zhì)量的比值.
1.2試件設(shè)計(jì)與施工
試件尺寸為100 mm ×100 mm ×400 mm ,見圖1. 將試件分為5 組,編號分別為T0 , T30 , T50 ,T70 和T100 ,分別表示再生粗骨料取代率( r) 為0 ,30 %,50 %,70 %和100 %;每組3 個試件,試驗(yàn)結(jié)果取為3 個試件實(shí)測值的平均值. 在試件制作過程中,對鋼筋的對中要求十分嚴(yán)格,為確保預(yù)埋鋼筋與試件軸線同心,特別注意了以下幾點(diǎn): (1) 模具兩端各增加1 塊端板,且端板中心各預(yù)留與鋼筋外徑相同的4 個孔洞,以便牢固固定鋼筋位置,具體見圖2 ; (2) 模具由較厚的優(yōu)質(zhì)木材制成,具有足夠的剛度保證澆搗試件時其變形在允許范圍內(nèi); (3) 由人工小心地沿鋼筋周邊振搗混凝土,以免擾動鋼筋位置. 試驗(yàn)表明上述措施是可靠的. 試件均在自然條件下(22～30 ℃, 相對濕度約60 %～70 %) 養(yǎng)護(hù)。
1. 3加載與測點(diǎn)布置
采用濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的WE30 型材料試驗(yàn)機(jī)對試件加載,加載量程為60 kN ,加載示意圖見圖3. 試驗(yàn)開始前以5 kN 的荷載預(yù)拉試件,以觀測試件兩側(cè)相對變形值ε1 和ε2 ,計(jì)算 
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1破壞過程與形態(tài)
再生混凝土受拉受力過程與普通混凝土比較接近,破壞前均無明顯跡象,臨近斷裂時,可以聽到混凝土試件內(nèi)部發(fā)出的輕微響聲. 從破壞形態(tài)來看,破壞面基本為平面,試件斷裂位置均在位移計(jì)和應(yīng)變片量測范圍內(nèi),且大部分位于試件豎向的中部位置,參見圖4. 對比再生混凝土與普通混凝土試件斷裂面可以看出,兩者斷裂位置基本都在水泥砂漿薄弱部位即水泥砂漿與骨料接合處;但再生混凝土試件有少量再生粗骨料沿破壞面拉伸斷裂,這可能與再生粗骨料壓碎值較大、抗壓強(qiáng)度較低等因素有關(guān),而普通混凝土未發(fā)現(xiàn)粗骨料斷裂現(xiàn)象. 將主要試驗(yàn)結(jié)果匯總于表3. 由表3可以看出,再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度總體上隨再生粗骨料取代率的提高而逐漸降低。
2.2抗拉強(qiáng)度
由表3 可見,再生混凝土的抗拉強(qiáng)度隨再生粗骨料取代率的增加而減小,當(dāng)再生粗骨料的取代率為100 %時,其抗拉強(qiáng)度減小31 %. 抗拉強(qiáng)度降低的原因可能是再生混凝土內(nèi)再生粗骨料與水泥石之間界面結(jié)合較弱等造成的,值得今后從微觀角度進(jìn)一步研究. 參照文獻(xiàn)[5 ,6 ] ,本文建議再生混凝土的抗拉強(qiáng)度( f rt ) 與再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度( f rcu ) 及再生粗骨料取代率( r) 之間的關(guān)系為 
(1)
通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)回歸,得到a = - 0. 06 ( R = 0. 98) .
2.3峰值拉應(yīng)變
由表3 可以看出,再生混凝土的峰值拉應(yīng)變較普通混凝土略微增加. 當(dāng)再生粗骨料的取代率為50 %時,再生混凝土的峰值拉應(yīng)變較普通混凝土增加7 %,說明再生混凝土的變形能力較普通混凝土略好. 參照文獻(xiàn)[6 ] ,取再生混凝土的峰值拉應(yīng)變(εrt ) 與其抗拉強(qiáng)度( f rt ) 及再生粗骨料取代率( r)之間的關(guān)系為 
(2)
通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)回歸,得到b = 14 ( R = 0. 94) .
2.4原點(diǎn)切線模量
由表3 還可以看出,再生混凝土的彈性模量較普通混凝土低,且隨再生粗骨料取代率的增加而逐漸降低,當(dāng)再生粗骨料的取代率為100 %時,再生混凝土的原點(diǎn)切線模量較普通混凝土降低29%. 再生混凝土彈性模量較低的主要原因是由于再生粗骨料的彈性模量較低[1 ] . 參照文獻(xiàn)[ 6 ] ,假設(shè)再生混凝土的原點(diǎn)切線模量( Ert ) 與再生粗骨料取代率( r) 之間的關(guān)系如下 
(3)
通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)回歸,得到c = 0. 75 ( R = 0. 92) 。
3受拉應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系
圖5 給出了本次試驗(yàn)測得的5 組再生混凝土試件的單軸受拉應(yīng)力- 應(yīng)變上升段曲線. 由圖可見,再生粗骨料取代率對再生混凝土的應(yīng)力- 應(yīng)變上升段曲線形狀影響不大,但對曲線的斜率影響較明顯,再生粗骨料的取代率越大,曲線斜率越小,表明此時再生混凝土的彈性模量越小。
目前有關(guān)普通混凝土的受拉本構(gòu)方程形式很多,本文將在文獻(xiàn)[6 ]提出的適合普通混凝土的受拉本構(gòu)方程基礎(chǔ)上,通過對再生混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合來獲得修正參數(shù). 取x =ε/εrt , y =σ/ f rt , 則任意再生粗骨料取代率下再生混凝土受拉本構(gòu)上升段曲線方程為
(4)
式(4) 中的參數(shù)d 為無量綱曲線初始切線的斜率,也就是再生混凝土原點(diǎn)切線模量與峰值點(diǎn)割線模量的比值, d 值越大,說明混凝土的剛度在受拉過程中降低越快. 在本文的試驗(yàn)條件下, d 的回歸取值見表4.
將表4 中的參數(shù)d 代入式(4) ,可以得到再生混凝土單軸受拉本構(gòu)上升段曲線方程,按該方程計(jì)算得到的曲線與實(shí)測曲線的對比如圖6 所示. 由圖6 可見,計(jì)算曲線與實(shí)測曲線二者吻合良好.因此由式(4) 所描述的曲線方程可以作為再生混凝土單軸受拉本構(gòu)上升段的模型,用于再生混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的非線性分析。
4結(jié)論
1. 再生混凝土單軸受拉過程與普通混凝土相似,破壞前均經(jīng)歷了彈性階段和非彈性階段.
2. 再生混凝土的抗拉強(qiáng)度較普通混凝土低,而峰值拉應(yīng)變較普通混凝土略高.
3. 再生混凝土原點(diǎn)切線模量較普通混凝土低,相同應(yīng)力水平下,再生混凝土變形較大.
4. 再生混凝土受拉本構(gòu)曲線上升段形狀與普通混凝土相似,但曲線斜率隨再生粗骨料取代率的增加而減小.
5. 本文建議的各計(jì)算公式是在相同有效水灰比下得到的,對于不同有效水灰比的適用性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證,但在缺乏相關(guān)試驗(yàn)資料時,本文建議的公式仍具有較大的參考價值.
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