鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究共3篇鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究1鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究

摘要

本試驗(yàn)研究了鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的力學(xué)性能，主要探究它們?cè)谳S壓短柱試驗(yàn)中的差異。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同條件下，鋼管再生混凝土軸壓短柱的承載力大于鋼筋再生混凝土軸壓短柱的承載力，且鋼管再生混凝土的延性更好。同時(shí)，鋼管再生混凝土的加筋性能比鋼筋再生混凝土更優(yōu)秀，其破壞模式更加合理和柔韌，可以獲得更好的抗震性能。

關(guān)鍵詞：鋼管再生混凝土；鋼筋再生混凝土；軸壓短柱試驗(yàn)；力學(xué)性能

引言

隨著鋼管和鋼材的再生利用不斷被推廣，鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土作為一種環(huán)保材料，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)這兩種材料的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。本研究旨在通過(guò)軸壓短柱試驗(yàn)，探究鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的力學(xué)性能差異，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.試件制備

試件采用標(biāo)準(zhǔn)碾制石英砂（粒徑5mm以下）作為細(xì)集料，使用Ⅰ級(jí)硅酸鹽水泥和水膜劑進(jìn)行拌和，進(jìn)而制備出試件所需的再生混凝土基材。其中，鋼管再生混凝土采用厚度為3mm、直徑為100mm的鋼管做為加筋，鋼筋再生混凝土則采用鋼筋（強(qiáng)度等級(jí)為HRB400）進(jìn)行再生混凝土加筋。

2.試件參數(shù)

共制備了32個(gè)試件，其中24個(gè)為鋼管再生混凝土試件，8個(gè)為鋼筋再生混凝土試件。每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重量級(jí)別（1.57kN、3.15kN、4.73kN），共設(shè)計(jì)6組不同受壓等級(jí)（C30、C40、C50、C60、C70、C80）和2種加筋方式（鋼管和鋼筋）。試驗(yàn)參數(shù)詳見表1。

表1試件參數(shù)設(shè)計(jì)

試件編號(hào)再生混凝土標(biāo)號(hào)受壓等級(jí)加筋方式軸壓荷載（kN）

SP-1、SP-2C301鋼管1.57

SP-3、SP-4C302鋼管3.15

SP-5、SP-6C303鋼管4.19

SPR-1、SPR-2C301鋼筋1.57

SPR-3、SPR-4C302鋼筋3.15

SPR-5、SPR-6C303鋼筋4.19

SP-7、SP-8C401鋼管1.57

SP-9、SP-10C402鋼管3.15

SP-11、SP-12C403鋼管4.19

SPR-7、SPR-8C401鋼筋1.57

SPR-9、SPR-10C402鋼筋3.15

SPR-11、SPR-12C403鋼筋4.19

SP-13、SP-14C501鋼管1.57

SP-15、SP-16C502鋼管3.15

SP-17、SP-18C503鋼管4.19

SPR-13、SPR-14C501鋼筋1.57

SPR-15、SPR-16C502鋼筋3.15

SPR-17、SPR-18C503鋼筋4.19

SP-19、SP-20C601鋼管1.57

SP-21、SP-22C602鋼管3.15

SP-23、SP-24C603鋼管4.19

SPR-19、SPR-20C601鋼筋1.57

SPR-21、SPR-22C602鋼筋3.15

SPR-23、SPR-24C603鋼筋4.19

3.試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用大型六柱式壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。試件在水泥泥漿料固化后，放置于試驗(yàn)機(jī)放置臺(tái)上，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)采用分段施加荷載的方法，每段荷載保持1min，然后開始下一段荷載，直至試件破壞。

試驗(yàn)結(jié)果分析

1.承載力

如圖1所示，所制備的24個(gè)鋼管再生混凝土試件中，在軸壓荷載增大的情況下，承載力逐漸增大。而8個(gè)鋼筋再生混凝土試件中，承載力相對(duì)鋼管再生混凝土試件而言，明顯較小。在同等荷載下，鋼管再生混凝土試件的承載力普遍高于鋼筋再生混凝土試件的承載力。這可能是由于鋼管再生混凝土中鋼管對(duì)試件的加筋作用更加有效。

2.破壞形態(tài)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，鋼筋再生混凝土試件的破壞呈現(xiàn)爆炸狀，裂縫較多，破壞后部分試塊呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則斷裂，如圖2所示。若是采用鋼管再生混凝土為材料，則破壞形態(tài)更加合理和柔韌，不易完全崩潰，能夠控制破壞裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)還能提高破壞前的抗彎和抗震性，如圖3所示。

3.延性

在試驗(yàn)中，鋼管再生混凝土試件在承載過(guò)程中具有更好的延性表現(xiàn)。在承載荷載較大時(shí)，其破壞形式主要是材料的殘余變形，而不是出現(xiàn)大面積的破壞痕跡。

4.加筋性能

鋼管再生混凝土試件的加筋性能表現(xiàn)更為突出，其直徑與加筋間距的比值相對(duì)于鋼筋加筋的試件要更大，且能夠提高加筋的承載能力。

結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)軸壓短柱試驗(yàn)，探究了鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究2鋼管再生混凝土(RPCC)是一種新型的再生混凝土材料，具有良好的力學(xué)性能、環(huán)保性能和經(jīng)濟(jì)性能等特點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)的混凝土材料，RPCC可以更好地滿足現(xiàn)代工程對(duì)材料的高品質(zhì)、高性能、高可靠性的要求，因此RPCC的使用越來(lái)越廣泛。本文將從力學(xué)性能方面研究RPCC和鋼筋再生混凝土(RSCC)的軸壓短柱力學(xué)性能的差異和影響因素。

一、RPCC和RSCC的材料特點(diǎn)

1.RPCC的特點(diǎn)

RPCC的主要特點(diǎn)是：鋼管與混凝土之間具有很好的結(jié)合力，而且鋼管內(nèi)部的鋼筋可以充分利用，并且不會(huì)被銹蝕。同時(shí)，由于鋼管的存在，RPCC的抗裂性能、抗彎性能以及抗震性能等方面都有了大幅度的提高。RPCC的流動(dòng)性也比RSCC好，因此可以更好地填充那些空洞較大的形狀。

2.RSCC的特點(diǎn)

與RPCC不同，RSCC不是使用鋼管作為再生材料的主要組成部分，而是使用再生鋼筋。雖然再生鋼筋強(qiáng)度相對(duì)較低，但是由于鋼筋可以充分利用，不會(huì)被銹蝕，因此RSCC材料的抗拉性能、抗彎性能和抗震性能等方面也得到了提高。此外，RSCC的制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)較低，也更容易普及和推廣。

二、RPCC和RSCC的軸壓短柱試驗(yàn)

1.試驗(yàn)原理

本次試驗(yàn)的目的是對(duì)比研究RPCC和RSCC的軸壓短柱力學(xué)性能，以探究它們的差異及其影響因素。試驗(yàn)中，將分別使用RPCC和RSCC材料制作軸壓短柱，然后進(jìn)行載荷測(cè)試，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)它們的力學(xué)性能進(jìn)行分析和總結(jié)。

2.試驗(yàn)過(guò)程

（1）試驗(yàn)材料

RPCC：通過(guò)鋼管內(nèi)填充混凝土、再生鋼筋等多種材料制備一種再生混凝土材料。

RSCC：采用再生鋼筋和普通混凝土制備而成。

（2）試樣制備

采用相同比例的原材料制備RPCC和RSCC試樣，在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行固定壓制和養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到相同的硬度及密實(shí)度。

（3）試驗(yàn)裝置

使用壓縮試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行軸壓短柱試驗(yàn)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，采用靜載荷方式，施加不同的載荷大小，記錄下破壞載荷點(diǎn)。

（4）試驗(yàn)結(jié)果

a.RPCC的試驗(yàn)結(jié)果：RPCC的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，鋼管和混凝土之間將分離，失去了原本的承載作用，破壞也隨之產(chǎn)生。

b.RSCC的試驗(yàn)結(jié)果：與RPCC相比，RSCC的承載能力在破壞前期表現(xiàn)出相對(duì)的韌性，但是隨著壓力的不斷增加，破壞模式會(huì)產(chǎn)生急劇變化，出現(xiàn)典型的壓縮破壞模式。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

a.RPCC與RSCC的比較：RPCC的力學(xué)性能表現(xiàn)出明顯的韌性，但是，隨著壓力的不斷增加，破壞模式會(huì)產(chǎn)生急劇變化。RSCC的力學(xué)性能相對(duì)來(lái)說(shuō)較為堅(jiān)硬，但可以克服RPCC面對(duì)大量壓力突然失效的問(wèn)題。

b.影響因素：試驗(yàn)結(jié)果分析表明，RPCC和RSCC破壞承載能力與材料硬度、抗裂性、舒適性有關(guān)。材料硬度越大，RPCC和RSCC的破壞承載能力越高，而材料抗裂性和舒適性則決定了材料在受力時(shí)的特性。

三、總結(jié)

通過(guò)本次試驗(yàn)，可以得出結(jié)論：RPCC和RSCC可以有效提高傳統(tǒng)混凝土的力學(xué)性能，適用于建筑、水利工程等多種領(lǐng)域。但是，RPCC面對(duì)大量壓力突然失效的問(wèn)題，需要考慮其在制造材料時(shí)加強(qiáng)鋼管和混凝土的黏結(jié)力和穩(wěn)定性；而RSCC則應(yīng)該注意強(qiáng)度和硬度之間的平衡，以保證在惡劣環(huán)境下的耐久性和可靠性。鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究3鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土是兩種常見的再生混凝土材料，它們?cè)诠こ虒?shí)踐中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于這兩種材料的力學(xué)性能研究，有利于深入了解這些材料的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，從而更好地指導(dǎo)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。本文通過(guò)軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)，研究了鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的力學(xué)性能，并對(duì)比分析其差異。

1.實(shí)驗(yàn)原理及方法

1.1實(shí)驗(yàn)原理

軸壓短柱在力學(xué)性能試驗(yàn)中是一種十分常用的試驗(yàn)形式。軸壓短柱試驗(yàn)時(shí)，將柱體縱向放置于試驗(yàn)機(jī)中，施加垂直于柱體軸線的壓縮載荷，以研究材料在壓縮狀態(tài)下的力學(xué)性能。鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的軸壓短柱試驗(yàn)，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)研究這兩種材料的力學(xué)性能，并比較兩者的差異。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)選取了同樣尺寸的鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土試件，分別進(jìn)行軸壓短柱試驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中，選取了6個(gè)不同的荷載值，每個(gè)荷載值進(jìn)行3次試驗(yàn)，取平均值作為該荷載下的試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)過(guò)程中，先通過(guò)噴淋澆水的方法保持混凝土表面潮濕，并進(jìn)行外觀檢查，以確保試件質(zhì)量。在試驗(yàn)過(guò)程中，需要記錄下載荷和變形的值，并繪制荷載-變形曲線。同時(shí)，對(duì)試件斷面進(jìn)行觀察和記錄，以了解試件在不同荷載下的破壞模式和破壞機(jī)理。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1荷載-變形曲線

通過(guò)荷載-變形曲線（如圖1所示），可以看出鋼管再生混凝土試件和原材料混凝土的荷載-變形性能有著相似的趨勢(shì)。在初期，變形為線性增加。隨著荷載的增加，材料的變形速度呈現(xiàn)指數(shù)增加的趨勢(shì)。在一定荷載范圍內(nèi)，鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的曲線斜率均較大，說(shuō)明在這一段荷載范圍內(nèi)，試件的剛度隨荷載增加而急劇下降。

當(dāng)荷載達(dá)到峰值后，荷載-變形曲線急劇下降，試件開始發(fā)生破壞，產(chǎn)生顯著的應(yīng)變局部化。鋼管再生混凝土的破壞荷載明顯高于鋼筋再生混凝土，表明鋼管再生混凝土具有較好的承載力能力。在破壞后荷載-變形曲線出現(xiàn)一段平臺(tái)段，說(shuō)明試件已經(jīng)達(dá)到極限狀態(tài)，無(wú)法繼續(xù)承載荷載。

圖1荷載-變形曲線

2.2破壞模式

在試驗(yàn)中，鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土均出現(xiàn)了多種不同的破壞模式。

鋼管再生混凝土試件的破壞主要為橫向剪切破壞，也有部分出現(xiàn)壓潰破壞。試件的橫向裂縫明顯，表面出現(xiàn)了許多細(xì)小的裂縫。在較高荷載下，出現(xiàn)了局部破壞，部分鋼筋被拉出或鋼管發(fā)生脫落現(xiàn)象。相較之下，鋼筋再生混凝土試件主要破壞模式為縱向剪切破壞，也出現(xiàn)了一定的壓潰破壞。試件表面上出現(xiàn)了很多的縱向裂縫，并出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。破壞表明，隨著荷載的增加，鋼管再生混凝土試件的材料性能更具有一定的韌性，承載能力更強(qiáng)。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)軸壓短柱力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究，鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的力學(xué)性能有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）荷載-變形曲線均呈線性化曲線，隨著荷載的增加呈現(xiàn)指數(shù)增加的趨勢(shì)。當(dāng)荷載達(dá)到峰值后，荷載-變形曲線急劇下降，進(jìn)入破壞狀態(tài)。

（2）鋼管再生混凝土試件的破壞荷