钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究_杨海涛

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1.3 试件设计与制作
采用无横向钢筋的立方体拉拔试验测定钢筋
的握裹强度。 钢筋与混凝土之间的握裹强度可由下
式求得：
τ
=
P πdla
式中：τ—握裹强度，MPa；
P—荷载峰值，kN；
d—钢筋直径，mm；
la —钢筋的有效锚固长度，mm。 根据再生混凝土粗骨料取代率的不同，试验划
分为 5 组，每组 3 个试件，即本次试验共制作尺寸
为 150mm ×150mm ×150mm 的 标 准 立 方 体 试 件 15
个。 试件中没有横向配筋，在试件的中心预埋了直
径为 16mm 的 HRB335 级钢筋。 试件保护层的厚度
粗骨料取代 率/% 0 30 50 80 100
表 5 混凝土配合比
材 料 用 量 /（kg/m3）
水泥
水
砂
粗骨料
488
195
517
1099
488
195
517
769
488
195
517
549
488
195
517
220
488
195
517
0
配合比
再生粗骨料 水泥∶水∶砂∶粗骨料
0
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再生粗骨料：来自哈尔滨市某拆迁工地的废弃钢筋 混凝土块经过人工破碎、碾磨、筛分加工得到，粗骨 料的基本性能见表 3。
钢筋：采用直径为 16mm 的 HRB335 级钢筋，具 体材料性能见表 4。
水：地下水。
1.2 配合比设计 本次试验采用的水灰比为 0.40，试件编号中的
0、30、50、80 和 100，分别代表再生粗 骨料取代 率为 0、30%、50%、80%和 100%。 由于再生混凝土还没有 统一的配合比设计规范，因此，本次试验采用天然 骨 料 混 凝 土 配 合 比 设 计 方 法 [6]， 即 按 照 JGJ 55— 2000《普通混凝土配合比设计规程》执 行[7]。 试验中 所采用的混凝土配合比见表 5。
图 1 试验装置示意图
2.2 试验结果与分析 具体试验数据见表 6。 由表 6 可以看出，随着再生粗骨料取代率的增
加，握裹强度呈现先上升再下降的趋势，但再生混 凝土的握裹强度整体上都大于普通混凝土的握裹 强度。 强度上升的原因是由于再生粗骨料的吸水率 较高，当再生混凝土浇筑完成后，再生粗骨料仍然 要吸收一部分水，使得再生混凝土拌合物的水灰比 下降，由此导致强度的上升。 而强度的降低是因为 当再生粗骨料取代率超过 50%时，再生粗骨料不利 因素带来的强度降低已经远远大于由水灰比降低 而带来的强度提高。 再生粗骨料的不利因素包括： 骨料颗粒棱角多、含有水泥砂浆、压碎指标高等。 2.2.1 粘结滑移曲线
-7-
2013 年第 3 期
混凝土与水泥制品
总第 203 期
即得到该荷载作用下的滑动变形量。 所有试验严格 按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验 方法标准》执行[8]。 试验装置如图 1 所示。
2 1
3 4
5
6 7 8
9
10 N
1-上球铰；2-上端端板；3-钢杆；4-百 分 表 ；5-试件 ；6-垫 板 ； 7-夹 持 架 ；8-下 球 铰 ；9-下 端 钢 板 ；10-钢 筋
水泥：选用 P·O 42.5 级 普通硅酸盐 水泥，具体 性能见表 1、表 2。
细骨料： 天然中砂， 级配合格， 表观密度为
水泥种类 P·O42.5 级
抗 压 强 度 /MPa
3d
28d
19.6
41.2
表 1 水泥的基本性能
抗 折 强 度 /MPa
3d
28d
5.1
8.7
凝 结 时 间 /min
初凝
终凝
不同再生粗骨料取代率下试件的粘结滑移曲 线见图 2。
20
2 试验结果与分析 2.1 破坏过程和现象描述
通过试验可以发现，全部试件的破坏形式分为 两种：拔出破坏和劈裂破坏。
发生拔出破坏的试件全部为再生粗骨料取代 率为 0 即普通混凝土试件。 在试验开始时，试块的 表面完好，没有发现裂缝。 当荷载增加到极限拉拔 力的一半时，试件的表面开始出现纵向裂缝。 随着 拉拔力的继续增加，裂缝开始缓慢发展，逐渐变宽 和变长。 当拉拔力达到最大值后，裂缝的宽度和长 度变得更加显著，最终钢筋被拔出，试件破坏。
0 前言 近年来， 伴随着我国国民经济持续快速增长，
城市基础设施的升级和改造也得到了迅猛发展。 一 方面，城市建设中一些老旧的建筑物、构造物被拆 除， 由此产生了大量以废弃混凝土为主的建筑垃 圾，这些建筑垃圾不仅占用土地，而且对环境也造 成了污染。 另一方面，大量建筑项目的启动，对混凝 土的需求量也变得越来越大，这就需要开采大量的 天然砂、石来供应。 将废弃混凝土进行回收利用，不 但解决了土地占用和环境污染问题，而且有利于自 然资源的保护。
试 验 采 用 100kN 的 万 能 试 验 机 。 具 体 操 作 如 下：首先，将试件装入已安装在万能机上的试验夹 头中，使万能机的下夹头将试件的钢筋夹牢。 其次， 在试件上安装量表固定架，并装上百分表，使百分 表杆尖端垂直朝下，与略伸出混凝土试件表面的钢 筋顶面相接触。 第三，在加荷载前应检查百分表量 杆与钢筋顶面接触是否良好， 百分表是否灵活，并 进行适当的调整。 第四，记下百分表的初始读数后， 即开动万能试验机开始试验，每次加一定量的荷载 后，记录百分表的读数，将此读数与初始读数做差
摘 要：以废弃混凝土为原料配制再生混凝土。 通过对再生混凝土进行拉拔试验，研究再生粗骨料取代率和水灰 比对再生混凝土的握裹力及抗压强度的影响，并对试验现象进行了分析和总结。 结果表明，再生混凝土的粘结强度大 于普通混凝土的粘结强度，并对水灰比给出了合理的取值范围，为再生混凝土的进一步推广应用提供了试验依据。
将从老旧建筑物上拆除下来的废弃混凝土经 清洗、加工、破碎和分级后，按一定的比例相互配 合，作为部分或全部骨料配制而成的混凝土称为再
生混凝土[1]。 在再生混凝土研究和利用方面，同国外 相比，我国起步较晚，但近几年随着研究的不断深 入，研究成果也越来越丰富，但多数的研究工作是 围绕着提高再生骨料混凝土的强度及改善其力学 性能展开的 ， [2-5] 对再生混凝土与钢筋粘结性能 的研 究还不多见。 本文主要对再生混凝土与钢筋之间的 握裹力进行研究，考察不同再生粗骨料取代率和水 灰比条件下握裹强度的变化，为再生混凝土的推广 应用提供试验依据。 1 试验 1.1 原材料
160
240
密 度 /（kg/m3） 3100
CaO 62.46
MgO 1.74
表 2 水泥化学组成及含量
Al2O3
SiO2
SiO3
R2O
5.46
21.12
2.61
0.50
烧失量 1.62
%
Fe2O3 3.98
-6-
杨海涛，田石柱
钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究
2640kg/m3。 天然粗骨料：选用最大粒径为 31.5mm 的碎石；
表 6 立方体试件试验结果
粗骨料取
试件编号 水灰比
代 率 /%

极 限 载 荷 /kN
握 裹 强 度 /MPa
抗压强
2
3
均值
1
2
3
均值 度/MPa
RC-1-0 0.40
0
72.6 68.4
73.5
71.5
18.1
17.0
18.3
17.8
44.1
RC-1-30 0.40
30
75.4 69.6
80.6
75.2
18.8
17.3
20.0
18.7
43.5
RC-1-50 0.40
50
80.8 71.0
84.9
78.9
20.1
17.7
21.1
19.6
45.2
RC-1-80 0.40
80
78.1 68.7
79.8
75.5
19.4
17.1
19.9
18.8
41.9
RC-1-100 0.40
100
75.9 66.5
73.9
表 3 粗骨料的基本性能
骨料类型 普通碎石 再生骨料
粒 径 /mm 5~31.5 5~31.5
表 观 密 度 /（kg/m3） 2780 2492
吸 水 率 /% 0.72 3.87
含 水 率 /% ＜0.5 2.6
堆 积 密 度 /（kg/m3） 1392 1236
压 碎 指 标 /% 10.1 15.8
钢筋类型 HRB335
直 径 /mm 16
表 4 钢筋材料性能
横截面面积/mm2 屈服强度/MPa
201.1
353
极 限 强 度 /MPa 578
伸 长 率 /% 21
弹 性 模 量 /MPa 2.0×105
试件编号
RC-0 RC-30 RC-50 RC-80 RC-100
水灰比
0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
线仅有上升段 。 [9-11]
42
在试验开始时，随着荷载的不断增大，滑动变
40
形开始缓慢增加， 这个过程呈线性分布且斜率较
大。 随着荷载的进一步增加，滑动变形增加得非常
38
明显，直至钢筋被拔出，试件破坏。 产生此现象的原
36
72.1
18.9
16.6
18.4
18.0
36.4
-8-
杨海涛，田石柱
钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究
坏形式不同，导致了曲线的发展趋势不同。 由于普
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通混凝土的破坏形式为拔出破坏，因此，它的粘结
滑移曲线较完整，分为上升段和下降段。 而掺入再
44
抗 压 强 度/MPa
生骨料的混凝土由于是劈裂破坏，故其粘结滑移曲
发生劈裂破坏的试件为掺入再生粗骨料的试 件。 试验开始时，试块表面完好，没有发现裂缝。 荷 载增加直至达到最大值后， 试件突然发生劈裂，试 件破坏。
15
τ/MPa
10
0
30%
5
50%
80%
100% 0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 S/mm
图 2 粘结滑移曲线
由图 2 可以看出，从曲线形状上看，再生混凝 土与普通混凝土的粘结滑移曲线非常相似，但再生 混凝土的斜率比普通混凝土的要大。 由于二者的破
取 75mm，有效锚固长度取 80mm。
配制再生混凝土拌合物时的投料顺序为：细骨
料—水泥—水—粗骨料。 每次投料后都要进行充分 的搅拌，使得搅拌后的混凝土拌合物在满足和易性 的条件下成型。 所有试件的制作均采用钢模 （150mm×150mm×150mm）统 一 进 行 浇 筑 、振 捣 和 成 型。 浇筑完成 24h 后，进行编号和拆模工作。 在标准 养护条件下养护到 28d 时进行试验。 1.4 试验装置与试验方法
关键词：再生混凝土；拉拔试验；再生粗骨料取代率；握裹力；抗压强度 Abstract: Recycled concrete is prepared by the waste concrete as aggregate materials. Through the pull -out test related to recycled concrete, the effects of recycled coarse aggregate replacement rate and cement-water ratio on the bond stress and compressive strength of recycled concrete are studied. From the experiment and the analysis, the cohesional strength of recycled concrete is stronger than that of common concrete. Rational range of cement-water ratio is given and it can provide theoretical basis for further application of recycled concrete. Key words: Recycled concrete; Pull-out test; Recycled coarse aggregate replacement rate; Bond stress; Compressive strength 中图分类号：TU528.571 文献标识码：A 文章编号：1000-4637（2013）03-06-05
2013 年第 3 期 3月
混凝土与水泥制品 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS
2013 No.3 March
钢筋与再生混凝土握裹力的试验研究
杨海涛 1，田石柱 1,2 （1. 哈尔滨工业大学土木工程学院，150090；2. 苏州科技学院土木工程学院，215011）