提要：本文依據(jù)國際混凝土協(xié)會(fib)2010模式規(guī)范建議，采用單軸拉伸試驗，對再生混凝土的受拉斷裂能進(jìn)行了試驗研究。根據(jù)實驗結(jié)果，探討了普通混凝土斷裂能計算公式關(guān)系式對再生混凝土的適用性，結(jié)果表明普通混凝土斷裂能計算公式不適用于再生混凝土。在試驗數(shù)據(jù)回歸分析的基礎(chǔ)上，本文建議了再生混凝土斷裂能計算公式，可供再生混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷裂分析時參考。

　　關(guān)鍵詞：再生混凝土,斷裂能,計算公式

　　1 前言

　　近年來，隨著環(huán)境保護(hù)意識和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入，關(guān)于再生混凝土技術(shù)的研究成為建筑材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一個熱點問題。國內(nèi)眾多學(xué)者針對再生混凝土的力學(xué)、耐久和結(jié)構(gòu)應(yīng)用展開了大量的的研究工作，取得了許多重要成果，并且有了一些再生混凝土應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)和路面工程的實例，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益[1-2]。

　　混凝土的斷裂能是其一個重要的斷裂力學(xué)參數(shù)，該參數(shù)反映了混凝土抵抗斷裂的能力。為了對再生混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷裂分析，需要提供這一參數(shù)的取值。在以往關(guān)于再生混凝土斷裂能的試驗研究中[3-4]，研究者的試驗一般是參照RILEM 1985 TC50-FMC[5]建議，采用三點彎曲梁方法作為試件，所用梁為缺口梁。這種試驗方法的主要缺點是：梁的自重會對試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的影響;另外，由于梁轉(zhuǎn)動效應(yīng)的影響，試驗所采用的骨料影響很大。因此，在國際混凝土學(xué)會最新規(guī)范Model Code (MC) 2010[6]中，推薦采用單軸直接拉伸試驗來測定混凝土的斷裂能。本文采用這一建議，對再生混凝土的斷裂能進(jìn)行了初步的試驗研究，建議了再生混凝土斷裂能的計算公式。本文的研究結(jié)果可以應(yīng)用于再生混凝土結(jié)構(gòu)的斷裂分析。

　　2 試驗研究

　　2.1 原材料

　　試驗中所用的水泥為普通硅酸鹽水泥，分為兩種，即32.5R和42.5R，其中32.5R水泥用于配制強度等級為C20-C30再生混凝土，42.5R水泥用于配制C35再生混凝土。砂為普通黃砂，細(xì)度模數(shù)為2.75。再生粗骨料由某拆除廢棄混凝土建筑物構(gòu)件經(jīng)破碎加工而成，連續(xù)級配，粒徑范圍為5-31.5 mm，其堆積和表觀密度分別為 1285 和 2502 kg/m3，吸水率為6.28%， 壓碎指標(biāo)為10.2 %。 拌和水為普通自來水。

　　2.2 混凝土配合比

　　由于再生粗骨料品質(zhì)較天然碎石或卵石差，一般建議采用再生骨料配制C40以下的混凝土。本文共配制了C20、C25、C30和C35共4種強度等級再生混凝土。由于再生粗骨料吸水率較高，在配制混凝土之前對其進(jìn)行了潤濕，達(dá)到飽和面干狀態(tài)。各強度等級再生混凝土的配合比在參考文獻(xiàn)普通混凝土常用配合比的基礎(chǔ)上通過調(diào)整水泥用量經(jīng)反復(fù)試配最終確定，具體的材料配合比如表1所示。

　　2.3 試件的準(zhǔn)備及試驗方法

　　混凝土采用人工攪拌，各組混凝土拌合物的坍落度實測結(jié)果在4至6cm之間，滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。坍落度試驗后，將各再生混凝土拌和物注入鋼模，24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28d后取出進(jìn)行試驗。

　　試件分為150x150x150mm立方體試件和150x150x450mm棱柱體試件兩種，立方體試件用于測定混凝土的抗壓壓強度，試驗按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》(GB/T 50081-2002)進(jìn)行;棱柱體試件體用于直接拉伸試驗。以往的混凝土單軸直接拉伸試驗中試驗機拉力傳遞方式采用粘貼式，即在棱柱體試件兩端粘貼鋼板后沿軸心施加拉力，一次加載直至試件破壞。為了準(zhǔn)確獲得再生混凝土軸心受拉全過程曲線，在試驗中采用了電阻應(yīng)變片和變形傳感器來測量試件的縱向變形，電阻應(yīng)變片標(biāo)距為60mm，變形傳感器標(biāo)距為450mm。為了在截面上得到明確而均勻的拉應(yīng)力，試件未留有缺口。試驗中首先對試塊進(jìn)行預(yù)拉，觀測試件相對兩個側(cè)面的相對變形值，通過調(diào)整試件位置，控制試件的該相對變形值低于15%，使試件盡量處于軸心受拉狀態(tài)，然后一次加載直至試件斷成兩段。試驗設(shè)備為LAX-W500型微機控制電液伺服剛性試驗機，最大荷載為2000kN。試驗采用等應(yīng)變加載，加載速度為 /s，以保證試塊在加載過程中受力的連續(xù)性和穩(wěn)定性。試驗過程中試塊的軸向拉力和縱向變形均由計算機自動采集。

　　2.4 試驗結(jié)果與分析

　　在本文的試驗條件下，再生混凝土立方體受壓試件破壞面上基本為粗骨料與水泥漿間的界面破壞，試件破環(huán)時形成2個對頂?shù)恼�倒相連的角錐， 而棱柱體試件的破壞形態(tài)為：破壞位置位于試件中部，破壞面基本為水平面。再生混凝土試件斷裂位置主要發(fā)生在水泥砂漿薄弱部位及水泥砂漿與骨料接合處，同時還有少量再生粗骨料沿破壞面拉伸斷裂。混凝土斷裂能的計算按照國際混凝土協(xié)會(fib)的建議進(jìn)行。

　　圖1給出了本文得到的再生混凝土斷裂能試驗結(jié)果。由圖中可以看出，試驗數(shù)據(jù)存在一定的離散性，但是再生混凝土的斷裂能和立方體抗壓強度之間仍存在一定的關(guān)系，即隨著再生混凝土立方體抗壓強度的增加，斷裂能也隨之增加。

　　對于普通混凝土，國際混凝土協(xié)會(fib)MC 2010建議的斷裂能計算公式為

　　式中， 為混凝土的受拉斷裂能(N/m)， 為混凝土的圓柱體抗壓強度(MPa)。

　　圖1給出了(1)式計算結(jié)果與本文試驗結(jié)果的對比，可以發(fā)現(xiàn)，(1)式過高估計了再生混凝土的斷裂能，因此偏于不安全。

　　采用最小二乘法，對圖1中的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，本文得到再生混凝土斷裂能的計算公式為：

　　4 結(jié)論

　　(1) 在本文的研究條件下，再生混凝土的斷裂能隨著立方體抗壓強度的增加;

　　(2) 普通混凝土斷裂能計算公式過高估計了再生混凝土的斷裂能，偏于不安全;

　　(3) 在對本文試驗數(shù)據(jù)回歸分析的基礎(chǔ)上，本文建議式(3)作為再生混凝土斷裂能計算公式。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 肖建莊. 再生混凝土[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

　　[2] 侯星宇. 再生混凝土研究綜述[J]. 混凝土，2011(7): 25-28.

　　[3] 朋改非，沈大欽，朱海英 等. 同配合比條件下再生骨料混凝土與基準(zhǔn)混凝土的力學(xué)性能比較研究[J]. 混凝土，2006(2) ： 34-38.

　　[4] 李旭平. 再生混凝土基本力學(xué)性能研究(II). 建筑材料學(xué)報， 2007(6): 699-604.

　　[5] International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Construction(RILEM. RILEM Technical Recommendations for the Test and Use of Construction Materials: Determination of the fracture energy of mortar and concrete by means of three point bending tests on notched beams [sl]. E&FN SPON, London, 1994, pp.99-101.

　　[6] International federation for Structural Concrete (fib). Model Code 2010. Lausanne 2011.