杨晓飞

(山西省东山供水工程建设管理局，山西 太原 030001)

随着我国建筑行业逐渐发展，国内上个世纪的建筑拆迁工作不断涌现。在拆迁过程中存在大量的黏土废弃砖，如何有效利用该资源是建筑行业工作者的一项难题[1]。为了响应国家的绿色环保循环利用的施工建设理念，可将其处理成再生粗骨料，掺配于混凝土中。黏土砖再生粗骨料混凝土构件能否应用于建筑结构中成为问题的关键。

本文为了研究黏土砖再生粗骨料混凝土短肢抗震墙在受到低周反复载荷时的力学性能，设计对比试验，探究其受力与形变性能。

1 试验设计

1.1 样本制作

本次试验制作3个矩形截面短肢抗震墙样本构件，样本构件与实际构件大小一致，样本构件依次是普通混凝土短肢墙(DZQ)、再生砖粗骨料百分比30%的混凝土短肢墙(ZSZDZQ)。为了保证掺入黏土砖再生粗骨料的混凝土构件的强度，仅掺入质量30%的再生砖粗骨料代替石子骨料。利用江西省南昌市某县拆迁现场的废弃砖制作黏土砖再生粗骨料。先将废弃黏土砖粉碎，再进行筛分后形成再生粗骨料，其粒径均在4～21mm，堆积密度是1580kg/m3，48h的吸水百分比是20.5%。结合黏土砖骨料的孔隙比、吸水特点，综合考虑混凝土强度与干缩性，借鉴已有研究成果，标定再生砖骨料混凝土混合比例[2- 4]。设定普通混凝土与再生砖粗骨料混凝土水灰比例0.45，含砂比例32%。普通混凝土水泥、水砂、石混合比例是：14.05∶5.64∶

12.15∶28.29，黏土砖再生粗骨料混凝土的水泥、水、砂、石、粗转骨料混合比例是14.05∶7.38∶12.15∶18.35∶9.94。

1.2 试验原料性能

试验所用的混凝土样本构件力学性能检测参数见表1中数据，所用钢筋的力学性能检测参数如表2中数据。

表1 混凝土各力学性能检测数据概况

表2 试验三级钢筋各力学性能检测数据概况

1.3 加载方法介绍

本试验选择低周反复加载的方法。其主要借助MTS三维拟动力液压伺服设备与反力架实现垂直与水平方向上反复加载。具体实景图如图1所示。

图1 加载设备实景图

试验加载分为2个阶段。第1个阶段主要控制载荷与位移，第2阶段主要控制位移。垂直方向施加载荷时轴压比例是0.35。在未试验时，应一次性施加载荷257kN，进行试验时不得发生变化，并且保证在墙顶端表面中心位置处加载。

水平方向加载：必须在墙顶梁端表面中心位置处加载。

控制加载：在试验构件钢筋未发生屈服时，后一次都要比前一次增加22.5kN的荷载，每级都进行循环[5]。

控制位移：一旦试验构件出现屈服，采取水位位移控制方式，每一位移级循环2次，当受压纵筋屈服、水平载荷仅为极限载荷数值的0.80时才停止水平位移控制[6]。

1.4 检测指标与检测方法

试验检测指标涉及到抗震墙顶端的水平力与位移、顶部施加的垂直方向的载荷、垂直方向与水平方向钢筋的应变值。在进行试验时，随时检测抗震墙裂缝情况，并以图画形式及时记录裂缝出现位置。

将8个位移传感器安设在剪力墙试验构件上，可以检测出剪力墙顶点位移、墙半高处的水平位移级墙脚处位移及转角等系列参数变化。钢筋应变检测点应位于暗柱纵筋、剪力墙水平分布钢筋与垂直分布钢筋。具体位移传感器与钢筋应变检测点位置如图2所示。裂缝检测需要借助放大镜与裂缝宽度仪配合完成。

图2 位移传感器与钢筋应变检测点位置示意图

2 数据探析

2.1 承载力

抗震墙试验构件各载荷参数检测数据汇总见表3。分析表3中数据不难得到：再生砖骨料混凝土抗震墙试验构件ZSZDZQ发生开裂现象远远提前于普通混凝土抗震墙试验构件DZQ，主要受到砖骨料抗拉强度降低了混合料抗拉强度的影响。ZSZDZQ的开裂载荷、屈服载荷、破坏载荷分别低于DZQ的相应载荷的13.25%、4.65%、9.25%。检测数据可以看出再生砖骨料混凝土抗震墙承载力一般为普通混凝土抗震墙承载力90%以上。黏土砖再生粗骨料混凝土与普通混凝土相比屈强比例升高，其脆性也随之升高。

表3 试验构件各载荷参数检测数据对比表单位：kN

2.2 延性能力

将各个抗震墙墙顶位移与延性系数检测数据分别汇总整理见表4、5。分析两个表中数据，不难看出再生砖骨料混凝土抗震墙试验构件ZSZDZQ开裂位移、屈服位移、极限位移、弹塑性位移角度、延性系数分别占普通混凝土抗震墙试验构件DZQ相应参数的140.42%、95.9%、90.85%、90.72%、87.76%。通过上述数据分析，得到再生砖骨料混凝土抗震墙延性虽有下降，但仍为普通混凝土延性系数的85%以上，能够达到结构抗震规定的标准。

表4 试验构件各位移相关参数检测数据对比表

表5 试验构件延性系数检测数据对比表

2.3 滞回曲线变化

图3、4分别是普通混凝土抗震墙试验构件DZQ与再生砖骨料混凝土抗震墙试验构件ZSZDZQ在低周反复载荷条件时的水平载荷P-顶点水平方向位移U滞回曲线变化。对比分析图3、4，不难得到：抗震墙在未出现开裂时完全属于弹性工作阶段，此阶段样本构件加载曲线和卸载曲线近乎叠合成一条直线状态。当样本构件处于开裂到屈服阶段时，滞回曲线形成狭窄细长型环状，包络面积与耗能都很小。当样本构件处于屈服后的阶段时，滞回曲线发生逐步靠近坐标横轴的趋势，随之包络面积变大。综上所述，可得再生砖骨料混凝土抗震墙与普通混凝土抗震墙能耗并无太大差异，只是再生砖骨料混凝土抗震墙滞回环包络面积与能耗略有下降，但幅度不大。

图3 DZQ的P～U滞回曲线变化

图4 ZSZDZQ的P～U滞回曲线变化

2.4 裂缝发育

通过实时记录绘画出各试验墙(DZQ与ZSZDZQ)裂缝位置分别见图5、6。

图5 DZQ的裂缝位置

图6 ZSZDZQ的裂缝位置

分析图5、6裂缝位置及形状变化，显然能得到如下结论：

在混凝土未开裂时，各个抗震墙完全属于弹性工作阶段。随着水平力逐渐增加，墙体受拉位置的中间位置发生细小的水平开裂，相反方向载荷增加墙体对侧受拉位置边缘处同样发生细小的水平开裂。随着水平力再次增加，墙体开裂现象逐渐增多，先前开裂位置的裂缝宽度与长度均有明显增加，墙体根部截面形成水平裂缝，受拉区中间部位形成大量明显的斜裂缝；在相反方向施加载荷时，墙体对侧受拉区域形成大量水平裂缝，先前开裂的裂缝逐渐延长至墙体中间位置。

随着水平力与屈服载荷接近时，墙体受拉区域形成大量水平裂缝与斜裂缝，裂缝进一步延长到下部，纵向受力钢筋逐渐屈服。接着，载荷-位移变化曲线开始远离直线，试验构件已经发生屈服。随着载荷进一步增加，墙体受拉区域先前的裂缝发育，裂缝深度、长度、宽度及数量均有所增长。一旦墙体受压区域纵筋屈服，试验构件已经破坏。

3 结语

本文为了研究黏土砖再生粗骨料混凝土的力学性能，设计对比试验。制作普通混凝土短肢抗震墙与30%的黏土砖再生粗骨料混凝土短肢抗震墙，施加低周反复载荷，分析抗震墙的承载力、延性能力、滞回曲线变化、裂缝位置及发育等评价参数，探究黏土再生粗骨料混凝土短肢抗震墙的受力性能。概括分析总结如下3点：

(1)在其它一致情形时，黏土砖再生粗骨料混凝土短肢抗震墙承载能力小于普通混凝土短肢抗震墙的承载能力，但相差不大。

(2)黏土砖再生粗骨料混凝土短肢抗震墙同样存在弹性、开裂、屈服、破坏4个受力性能阶段，与普通混凝土短肢抗震墙一致。

(3)黏土砖再生粗骨料混凝土短肢抗震墙出现弯曲破坏时具有较高的延性，滞回环包络面积小，能耗小，承载能力与刚度平稳减小。只要轴压比限值设计适当，黏土砖再生粗骨料混凝土短肢抗震墙完全符合相关技术标准，适于作为建筑构件。

黏土砖再生粗骨料混凝土构件完全可以用于建筑施工中，充分利用废弃黏土砖，避免了资源浪费与环境污染，不仅具有经济效益，而且有很大的社会效益，值得推广。