王宗强 方光秀 方晓俊

(延边大学工学院土木工程专业，吉林 延吉 133002)

0 引言

近年来，清水混凝土因其独特的自然感、清洁感及素材感得到社会的广泛关注[1]。在国外建筑中被大量应用，但在国内建筑中应用较少。随着清水混凝土的利用规模和范围越来越大，在国内相关的论文也相继被发表。然而，基本局限在施工工艺与配合比设计领域，关于力学性能方面的研究甚少[2]。同时，在清水混凝土中利用废弃骨料取代部分天然骨料、粉煤灰取代部分水泥，可有效降低清水混凝土的成本。但是，随着废弃骨料和粉煤灰的取代率变化，将对清水再生混凝土梁的力学性能带来一定影响。对此，本文主要针对清水再生混凝土梁的裂缝和破坏形态进行研究分析。

1 配合比设计

本次试验的清水再生混凝土强度等级为C35，首先根据清水混凝土配合比计算公式[3]，得到基准配合比为：水泥∶水∶砂子∶石子∶减水剂∶消泡剂=450∶148∶717.2∶1 568.3∶1.7∶2.22，再生骨料以及粉煤灰取代率如表1所示。

2 梁构件设计及加载方案

本次试验设计的梁构件底部受拉钢筋的直径为14 mm，上部架力筋的直径为12 mm，箍筋采用直径为6 mm的圆钢。整个梁构件长1 500 mm，宽120 mm，高200 mm，保护层厚度为25 mm。在梁两端设置了加密区，箍筋间距为100 mm，之后箍筋间距为200 mm，如图1所示。

表1 再生骨料以及粉煤灰取代率

2.1 加载装置

梁加载示意图如图2所示。

2.2 加载程序

根据GB/T 50152—2012混凝土结构试验方法标准，本试验的加载程序分为预加载和正式加载。第一阶段为预加载：其加载速度为10 N/s，施加荷载值为5 kN，每次加荷载至少停留15 min。第二阶段为正式加载：在试件产生裂缝之前，每次施加荷载值为前一次荷载值的基础上增加5 kN，开裂后为10 kN；每次施加荷载前在次级荷载上停留15 min。达到预估值的90%后，每次施加荷载值为前一次荷载值的基础上增加5 kN，直至构件完全失去承载能力。

3 梁裂缝与破坏形态分析

清水再生混凝土梁与普通混凝土梁的破坏形态一致，均为适筋破坏。

裂缝与开裂荷载以及极限荷载如表2所示。随着荷载增加至18 kN～21 kN时，受拉混凝土边缘达到极限应变，两加载点之间出现第一条裂缝，此时钢筋应力突然增大，裂缝垂直向上延伸，同时中性轴上移。荷载继续增加时，试验梁不断出现新裂缝且裂缝不断开展，且裂缝宽度越来越大，梁挠度越来越大，同时受压区混凝土塑性越来越明显。当荷载增加至61 kN～65 kN时，受拉钢筋被屈服，试验梁的裂缝和挠度急剧增加，直至梁顶边缘混凝土压碎，试验梁破坏[4]。

表2 裂缝与开裂荷载以及极限荷载

由表2可知，以N2为参照组，在粉煤灰取代率为10%的情况下，随着再生骨料取代率从40%逐渐增加至50%,60%，第一条裂缝出现时对应的开裂荷载呈降低趋势，N3,N4的开裂荷载分别降低了3.00%,5.97%，而梁破坏的极限荷载也呈降低趋势；N3,N4的极限荷载分别降低了0.85%,1.23%。因此，当粉煤灰掺量不变时，再生骨料取代率的增加会降低梁的抗拉性能。这是因为再生粗骨料中含有大量砂浆且有裂缝，导致再生混凝土成型时内部出现过多界面和细微裂缝，对抗拉强度的影响比较明显[5]。

同样，在再生骨料取代率为40%的情况下，随着粉煤灰取代率从10%逐渐增加至20%,30%，而N5,N6的极限荷载分别比N2高0.43%，1.26%，而N5,N6的极限荷载分别比N2高0.43%，1.26%。因此，当再生骨料取代率不变时，随着粉煤灰取代率的增加，将提高梁的抗拉性能。这可能是由于粉煤灰与混凝土产生难溶于水的水化硅酸钙凝胶，填充了混凝土内部孔隙，使混凝土内部更加密实[6,7]。N6的开裂荷载比N2,N3,N4,N5分别高于2.88%,6.1%,9.4%,0.1%，但比N1低于1.24%，而N6的极限荷载比N2,N3,N4,N5分别高于1.26%,2.12%,2.52%,0.83%，但比N1低于2.38%。因此，N6组，即：再生骨料取代率为40%、粉煤灰取代率为10%的清水再生混凝土梁抗拉性能最佳。

4 结语

1)再生粗骨料对再生混凝土梁的抗拉性能具有降低作用，粉煤灰对再生混凝土梁的抗拉性能具有提高作用。且在本试验取值范围内，随着再生粗骨料取代率越大、构件的抗拉性能降低越多，粉煤灰取代率越大、构件的抗拉性能提高越多。

2)N6梁相比普通混凝土梁，其开裂荷载与极限荷载分别低于1.24%,2.38%；但比其他清水再生混凝土梁，其开裂荷载与极限荷载均要高。最终，确定本试验的最佳再生骨料取代率为40%、最佳粉煤灰取代率为30%。