论文部分内容阅读
摘要：结合多年的工作实践经验，本文主要是对再生混凝土剪应力-应变方程和剪切模量计算方法进行探讨。仅供参考。
关键词：再生混凝土；应变方程；剪切模量计算方法
一、试验材料与混凝土配合比
（一）主要原材料
（1）粗骨料：试验采用的再生骨料（RA）是把市废弃的大混凝土块先由人工破碎，得到适用于破碎机的混凝土块大小，然后用颚式破碎机进行破碎得到的再生骨料；所使用的人工骨料是市某采石厂生产的碎石，最大粒径为40mm。其主要性能参数如表1所示。
表1粗骨料基本性能
（2）细骨料：试验采用的细骨料为市某采石厂生产的机制砂，细度模数μx=2.74，为中砂。
（3）水泥：试验采用的水泥为兰花水泥有限公司生产的兰花P·O42.5级水泥。
（二）混凝土配合比
本试验是基于自由水灰比之上的配合比设计方法，即在普通混凝土配合比设计方法的基础上增加再生骨料吸水至饱和面干状态时的用水量。
二、试验结果与讨论
（一）抗剪强度分析
（1）再生粗骨料取代率对混凝土强度的影响。混凝土抗压强度、抗剪强度在不同配合比下的变化如图1所示
由图1可以看出再生混凝土抗压强度和抗剪强度随再生骨料的取代率增加而降低。当再生细骨料取代率为30%时，再生混凝土的抗压强度、抗剪强度分别比同一配合比的普通混凝土降低约6.4%、3.3%，当再生骨料取代率超过50%时，再生混凝土的抗压、抗剪强度分别下降了13.8%和12.2%，再生骨料取代率为100%的抗压、抗剪强度下降率接近30%。可见再生骨料取代率较低时，对再生混凝土的抗剪强度影响不大，但随着再生骨料取代率的增加（超过50%），再生混凝土的强度下降较大。主要原因可能是再生骨料本身由于受加工破碎作用的影响存在较多的微裂缝，在受到外力压剪作用时，容易出现应力集中的现象，从而降低了试件的抗压、抗剪能力。
此外，在考虑骨料吸水的影响而额外增加的水量可能导致了实际水灰比的改变，从而也影响了试件的强度。
（2）剪切破坏与抗剪强度。尽管再生骨料取代率不同时，再生混凝土的抗压强度和抗剪强度都有不同程度的下降，但从总体来看，其抗剪强度随着抗压强度的增加而增加从试验过程中，试件的破坏形态和主裂缝的方向可知，再生混凝土在纯剪应力作用下，主拉-压应力方向与受剪面成45°角，裂缝方向恰好垂直于主拉应力（变）方向，主拉-压应力又与剪应力等值，所以纯剪应力下，混凝土的主拉应力控制破坏，且其抗剪强度可近似等于单轴抗拉强度。
（二）剪切变形和剪切模量
1.峰值剪应变
再生混凝土峰值应变随再生骨料取代率的变化如图2所示。由图可以看出在再生骨料取代率r小于50%时，再生混凝土的峰值应变随再生骨料取代率的提高而降低，r大于50%时，再生混凝土的峰值应变有随再生骨料取代率的增大而提高的趋势，但远低于普通混凝土。r=100%时，峰值剪应变较普通混凝土降低约16.9%，这说明再生混凝土的变形能力较普通混凝土差。再生混凝土的峰值应变随着抗剪强度的增加而增加。用最小二乘法求得各
峰值应变的计算式为：
ε1p=（51.6τp+95）×10-6 1）
ε3p=-（49.8τp+8.5）×10-6 2）
γp=（101.4τp+103.5）×10-6 3）
式中：ε1p---再生混凝土的峰值拉应变；
ε3p---再生混凝土的压应变；
γp---再生混凝土的剪应变；
再生混凝土的峰值主拉应变明显大于相应的峰值主压应变，这与普通混凝土的性质相似，其比值|ε1p/ε3p|=1.48～1.75，且随着再生混凝土抗剪强度的提高而减小。这主要是因为主压应力促使同一方向微裂缝的开展，增大了主拉应变，强度低的再生混凝土微裂缝开展较早，拉应变发展较充分，此比值偏大；对于普通混凝土和再生骨料取代率较低的再生混凝土其强度相对较高，混凝土微裂缝发展较晚，发展的也不充分，此值就偏小。再生混凝土的峰值主拉-压应变分别大于相同应力值下的单轴主拉-压应变，其主要原因是纯剪应力状态相当于一轴受拉和一轴受压的二维应力状态，且由于以下原因：
（1）两向应力的横向变形效应，即泊松比的影响加大了主拉、压应变。
（2）双向拉-压应力的共同作用，使垂直于主拉应力方向的微裂缝形成较早，发展较快，接近峰值应力时，两个主方向的应变都有较大增加。因此再生混凝土的剪应变，特别是峰值剪应变应考虑二维应力的作用加以确定。
2.受剪曲线方程
将各组试件的剪应力-应变曲线按相对坐标作图，从图中可以看出再生骨料取代率对曲线形状有一定的影响，同一配合比下的普通混凝土强度最高，其曲线也最陡，随着再生骨料取代率r的增大，曲线变缓，当r<30时，这种变化规律比较明显，当r>30时，由于再生混凝土的离散度越来越大，曲线的变化趋势不太有规律性，但他们的形状很相似。
未掺再生骨料的剪应力-应变曲线方程与研究结果较为接近，掺入再生骨料后，受再生骨料的影响，虽然函数形式与普通混凝土类似，但基本参数a的取值有一定变化。从结果分析，a的数值虽然随再生骨料掺量的变化有所波动，但当掺量超过50%时，基本稳定在0.3左右，这可能是由于再生骨料掺量较大时，再生骨料本身的缺陷的影响超过了混凝土本身受力破坏的影响。
3.剪切模量
再生混凝土的剪切模量随立方体强度的变化以及随再生骨料取代率的变化。峰值剪切模量理论计算值与试验值吻合较好，其中最大误差仅为2.8%，说明所建议的剪应力-应变曲线方程基本模型符合实际情况，但从初始剪切模量的符合情况看，存在一定的差异。
原因可能有二：一是对于初始剪切模量的试验取值读数可能存在系统误差；二是在建议的剪应力-应变曲线方程中的参数a取值存在一定的误差。参数a取值的影响对于再生骨料掺量低于50%时偏差较大，但当再生骨料掺量为70%和100%时，初始剪切模量的试验值和理论计算值误差较小，尤其是当再生骨料掺量为100%时，初始剪切模量的试验值和理论值误差仅为0.1%，这也进一步说明当再生骨料掺量超过50%时，再生骨料本身缺陷对混凝土抗剪性能的影响大大增强。
三、结语
为研究再生混凝土的抗剪强度，对再生混凝土的结构性能有更深入的认识，通过对四点受力等高变宽梁进行剪切试验，探讨水灰比相同的条件下，再生骨料取代率对再生混凝土剪切性能的影响。
研究表明：再生混凝土剪切破坏形态和普通混凝土相似，但其抗剪强度和变形能力均低于普通混凝土。
在对再生混凝土抗剪强度、剪切变形和剪切模量分析的基础上，绘制了再生混凝土的剪应力-应变曲线，建议了剪应力-应变曲线方程和剪切模量的计算公式。
参考文献：
[1]混凝土试验的重要性.现代隧道技术.
[2]陈安邦，江伟超.无砂再生骨料透水性混凝土试验及应用研究.山西建筑，2012.
关键词：再生混凝土；应变方程；剪切模量计算方法
一、试验材料与混凝土配合比
（一）主要原材料
（1）粗骨料：试验采用的再生骨料（RA）是把市废弃的大混凝土块先由人工破碎，得到适用于破碎机的混凝土块大小，然后用颚式破碎机进行破碎得到的再生骨料；所使用的人工骨料是市某采石厂生产的碎石，最大粒径为40mm。其主要性能参数如表1所示。
表1粗骨料基本性能
（2）细骨料：试验采用的细骨料为市某采石厂生产的机制砂，细度模数μx=2.74，为中砂。
（3）水泥：试验采用的水泥为兰花水泥有限公司生产的兰花P·O42.5级水泥。
（二）混凝土配合比
本试验是基于自由水灰比之上的配合比设计方法，即在普通混凝土配合比设计方法的基础上增加再生骨料吸水至饱和面干状态时的用水量。
二、试验结果与讨论
（一）抗剪强度分析
（1）再生粗骨料取代率对混凝土强度的影响。混凝土抗压强度、抗剪强度在不同配合比下的变化如图1所示
由图1可以看出再生混凝土抗压强度和抗剪强度随再生骨料的取代率增加而降低。当再生细骨料取代率为30%时，再生混凝土的抗压强度、抗剪强度分别比同一配合比的普通混凝土降低约6.4%、3.3%，当再生骨料取代率超过50%时，再生混凝土的抗压、抗剪强度分别下降了13.8%和12.2%，再生骨料取代率为100%的抗压、抗剪强度下降率接近30%。可见再生骨料取代率较低时，对再生混凝土的抗剪强度影响不大，但随着再生骨料取代率的增加（超过50%），再生混凝土的强度下降较大。主要原因可能是再生骨料本身由于受加工破碎作用的影响存在较多的微裂缝，在受到外力压剪作用时，容易出现应力集中的现象，从而降低了试件的抗压、抗剪能力。
此外，在考虑骨料吸水的影响而额外增加的水量可能导致了实际水灰比的改变，从而也影响了试件的强度。
（2）剪切破坏与抗剪强度。尽管再生骨料取代率不同时，再生混凝土的抗压强度和抗剪强度都有不同程度的下降，但从总体来看，其抗剪强度随着抗压强度的增加而增加从试验过程中，试件的破坏形态和主裂缝的方向可知，再生混凝土在纯剪应力作用下，主拉-压应力方向与受剪面成45°角，裂缝方向恰好垂直于主拉应力（变）方向，主拉-压应力又与剪应力等值，所以纯剪应力下，混凝土的主拉应力控制破坏，且其抗剪强度可近似等于单轴抗拉强度。
（二）剪切变形和剪切模量
1.峰值剪应变
再生混凝土峰值应变随再生骨料取代率的变化如图2所示。由图可以看出在再生骨料取代率r小于50%时，再生混凝土的峰值应变随再生骨料取代率的提高而降低，r大于50%时，再生混凝土的峰值应变有随再生骨料取代率的增大而提高的趋势，但远低于普通混凝土。r=100%时，峰值剪应变较普通混凝土降低约16.9%，这说明再生混凝土的变形能力较普通混凝土差。再生混凝土的峰值应变随着抗剪强度的增加而增加。用最小二乘法求得各
峰值应变的计算式为：
ε1p=（51.6τp+95）×10-6 1）
ε3p=-（49.8τp+8.5）×10-6 2）
γp=（101.4τp+103.5）×10-6 3）
式中：ε1p---再生混凝土的峰值拉应变；
ε3p---再生混凝土的压应变；
γp---再生混凝土的剪应变；
再生混凝土的峰值主拉应变明显大于相应的峰值主压应变，这与普通混凝土的性质相似，其比值|ε1p/ε3p|=1.48～1.75，且随着再生混凝土抗剪强度的提高而减小。这主要是因为主压应力促使同一方向微裂缝的开展，增大了主拉应变，强度低的再生混凝土微裂缝开展较早，拉应变发展较充分，此比值偏大；对于普通混凝土和再生骨料取代率较低的再生混凝土其强度相对较高，混凝土微裂缝发展较晚，发展的也不充分，此值就偏小。再生混凝土的峰值主拉-压应变分别大于相同应力值下的单轴主拉-压应变，其主要原因是纯剪应力状态相当于一轴受拉和一轴受压的二维应力状态，且由于以下原因：
（1）两向应力的横向变形效应，即泊松比的影响加大了主拉、压应变。
（2）双向拉-压应力的共同作用，使垂直于主拉应力方向的微裂缝形成较早，发展较快，接近峰值应力时，两个主方向的应变都有较大增加。因此再生混凝土的剪应变，特别是峰值剪应变应考虑二维应力的作用加以确定。
2.受剪曲线方程
将各组试件的剪应力-应变曲线按相对坐标作图，从图中可以看出再生骨料取代率对曲线形状有一定的影响，同一配合比下的普通混凝土强度最高，其曲线也最陡，随着再生骨料取代率r的增大，曲线变缓，当r<30时，这种变化规律比较明显，当r>30时，由于再生混凝土的离散度越来越大，曲线的变化趋势不太有规律性，但他们的形状很相似。
未掺再生骨料的剪应力-应变曲线方程与研究结果较为接近，掺入再生骨料后，受再生骨料的影响，虽然函数形式与普通混凝土类似，但基本参数a的取值有一定变化。从结果分析，a的数值虽然随再生骨料掺量的变化有所波动，但当掺量超过50%时，基本稳定在0.3左右，这可能是由于再生骨料掺量较大时，再生骨料本身的缺陷的影响超过了混凝土本身受力破坏的影响。
3.剪切模量
再生混凝土的剪切模量随立方体强度的变化以及随再生骨料取代率的变化。峰值剪切模量理论计算值与试验值吻合较好，其中最大误差仅为2.8%，说明所建议的剪应力-应变曲线方程基本模型符合实际情况，但从初始剪切模量的符合情况看，存在一定的差异。
原因可能有二：一是对于初始剪切模量的试验取值读数可能存在系统误差；二是在建议的剪应力-应变曲线方程中的参数a取值存在一定的误差。参数a取值的影响对于再生骨料掺量低于50%时偏差较大，但当再生骨料掺量为70%和100%时，初始剪切模量的试验值和理论计算值误差较小，尤其是当再生骨料掺量为100%时，初始剪切模量的试验值和理论值误差仅为0.1%，这也进一步说明当再生骨料掺量超过50%时，再生骨料本身缺陷对混凝土抗剪性能的影响大大增强。
三、结语
为研究再生混凝土的抗剪强度，对再生混凝土的结构性能有更深入的认识，通过对四点受力等高变宽梁进行剪切试验，探讨水灰比相同的条件下，再生骨料取代率对再生混凝土剪切性能的影响。
研究表明：再生混凝土剪切破坏形态和普通混凝土相似，但其抗剪强度和变形能力均低于普通混凝土。
在对再生混凝土抗剪强度、剪切变形和剪切模量分析的基础上，绘制了再生混凝土的剪应力-应变曲线，建议了剪应力-应变曲线方程和剪切模量的计算公式。
参考文献：
[1]混凝土试验的重要性.现代隧道技术.
[2]陈安邦，江伟超.无砂再生骨料透水性混凝土试验及应用研究.山西建筑，2012.