再生混凝土抗壓與梁受彎性能的多維度解析與工程應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義隨著全球城市化進(jìn)程的加速，建筑行業(yè)在社會發(fā)展中扮演著愈發(fā)重要的角色。但與此同時，建筑行業(yè)也面臨著嚴(yán)峻的可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。一方面，建筑活動對自然資源的消耗巨大，尤其是對天然骨料的需求持續(xù)增長，導(dǎo)致自然資源日益匱乏。另一方面，建筑廢棄物的大量產(chǎn)生給環(huán)境帶來了沉重負(fù)擔(dān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)固體廢棄物中，建筑垃圾約占40%，這些廢棄物不僅占用大量土地資源，還可能對土壤、水體和大氣造成污染，影響生態(tài)平衡。因此，如何實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，成為亟待解決的問題。再生混凝土技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為解決上述問題提供了有效途徑。再生混凝土是以廢棄混凝土為主要原料，經(jīng)過破碎、篩分、清洗和配比等一系列工藝制成的環(huán)保型建筑材料。將廢棄混凝土回收再利用，能夠減少建筑垃圾的排放，降低對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。此外，再生混凝土還能減少對天然骨料的依賴，緩解天然骨料日趨匱乏的壓力，降低因大量開采砂石對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。因此，再生混凝土被視為一種可持續(xù)發(fā)展的綠色混凝土，是未來混凝土發(fā)展的重要方向。然而，再生混凝土在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。與普通混凝土相比，再生混凝土由于再生骨料的特性，其性能存在一定的差異，尤其是抗壓性能和梁受彎性能，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定?？箟盒阅苁腔炷敛牧系幕拘阅苤唬瑳Q定了其在結(jié)構(gòu)中承受壓力的能力；梁作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要受力構(gòu)件，其受彎性能對整個結(jié)構(gòu)的承載能力和變形性能起著關(guān)鍵作用。因此，深入研究再生混凝土的抗壓和梁受彎性能，揭示其性能特點(diǎn)和影響因素，建立科學(xué)合理的設(shè)計(jì)理論和方法，對于再生混凝土在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用具有至關(guān)重要的意義。只有充分了解再生混凝土的性能，才能在設(shè)計(jì)和施工中合理選用材料，確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，同時發(fā)揮再生混凝土的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，推動建筑行業(yè)向綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展轉(zhuǎn)型。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究現(xiàn)狀再生混凝土抗壓強(qiáng)度的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。國外對再生混凝土的研究起步較早，早在20世紀(jì)中葉，一些發(fā)達(dá)國家就開始探索廢棄混凝土的回收利用。美國、日本、德國等國家在再生混凝土技術(shù)研究和應(yīng)用方面取得了顯著成果。美國在再生混凝土的應(yīng)用方面較為廣泛，通過制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，推動再生混凝土在道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用。日本則注重再生混凝土性能的精細(xì)化研究，開發(fā)出多種提高再生混凝土性能的技術(shù)和方法，如再生骨料強(qiáng)化處理技術(shù)。國內(nèi)對再生混凝土的研究始于20世紀(jì)80年代，雖然起步相對較晚，但發(fā)展迅速。近年來，國內(nèi)眾多高校和科研機(jī)構(gòu)開展了大量關(guān)于再生混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究和理論分析。研究表明，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度受到多種因素的影響，其中再生骨料取代率是關(guān)鍵因素之一。隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度總體呈下降趨勢。這是因?yàn)樵偕橇媳砻娓街呐f砂漿，使得再生骨料的性能劣于天然骨料，導(dǎo)致再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和界面粘結(jié)性能下降。例如，當(dāng)再生骨料取代率從0增加到50%時，再生混凝土的28d抗壓強(qiáng)度可能降低10%-20%。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，通過合理的配合比設(shè)計(jì)和工藝措施，再生骨料取代率的增加對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響并不明顯。例如，通過優(yōu)化配合比，增加水泥用量或添加外加劑，可以改善再生混凝土的性能，彌補(bǔ)因再生骨料取代率增加而導(dǎo)致的強(qiáng)度損失。此外，水灰比、養(yǎng)護(hù)條件、骨料級配等因素也對再生混凝土抗壓強(qiáng)度有重要影響。水灰比直接影響混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)和水泥石的強(qiáng)度，水灰比越大，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度越低。良好的養(yǎng)護(hù)條件能促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)，提高再生混凝土的強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的再生混凝土抗壓強(qiáng)度明顯高于自然養(yǎng)護(hù)。骨料級配的優(yōu)化可以使再生混凝土的骨料堆積更加緊密，提高其密實(shí)度，從而增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度。1.2.2再生混凝土梁受彎性能研究現(xiàn)狀在再生混凝土梁受彎性能研究方面，國內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了大量的工作。國外研究主要集中在再生混凝土梁的破壞模式、承載能力和變形性能等方面。研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土梁的破壞模式與普通混凝土梁類似，主要包括適筋破壞、超筋破壞和少筋破壞，但由于再生混凝土的特性，其破壞過程和特征略有不同。在承載能力方面，一些研究表明，再生混凝土梁的受彎承載力隨著再生骨料取代率的增加而略有降低，但降低幅度不大，當(dāng)再生骨料取代率在一定范圍內(nèi)時，受彎承載力基本不受影響。例如，當(dāng)再生骨料取代率為30%時，再生混凝土梁的受彎承載力與普通混凝土梁相比，降低幅度在5%以內(nèi)。國內(nèi)對再生混凝土梁受彎性能的研究也取得了豐富的成果。通過大量的試驗(yàn)研究，分析了再生骨料替代量、縱向配筋率、混凝土強(qiáng)度等級等因素對再生混凝土梁正截面受力性能、破壞形態(tài)及變形特征的影響。研究結(jié)果表明，再生骨料替代量對受彎承載力無顯著影響，正截面承載力主要由構(gòu)件的尺寸、混凝土材料強(qiáng)度和縱筋配筋率等決定。再生混凝土梁的開裂彎矩隨配筋率的提高有提高的趨勢，但配筋率對開裂彎矩影響不大，開裂彎矩主要由混凝土的抗拉強(qiáng)度決定。在相同荷載下，再生混凝土梁的撓度大于普通鋼筋混凝土梁的撓度，且撓度隨再生骨料取代率的提高而增大。在再生混凝土梁受彎性能的理論研究方面，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法。這些模型和方法主要基于傳統(tǒng)混凝土梁的設(shè)計(jì)理論，并考慮了再生混凝土的特性對梁受彎性能的影響。然而，由于再生混凝土性能的復(fù)雜性和不確定性，現(xiàn)有的計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法還存在一定的局限性，需要進(jìn)一步完善和驗(yàn)證。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者在再生混凝土抗壓強(qiáng)度和梁受彎性能方面取得了豐碩的研究成果，為再生混凝土的工程應(yīng)用提供了一定的理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。在再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究方面，雖然對各種影響因素進(jìn)行了探討，但各因素之間的交互作用研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)性和全面性。對于再生混凝土在復(fù)雜環(huán)境下長期抗壓性能的研究較少，難以滿足實(shí)際工程的耐久性要求。在再生混凝土梁受彎性能研究方面，現(xiàn)有的試驗(yàn)研究大多集中在簡支梁，對于連續(xù)梁、框架梁等復(fù)雜受力構(gòu)件的研究相對較少。而且，不同學(xué)者的研究結(jié)果存在一定差異，這可能與試驗(yàn)條件、材料特性等因素有關(guān)，導(dǎo)致對再生混凝土梁受彎性能的認(rèn)識還不夠統(tǒng)一。此外，理論研究中的計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法雖然考慮了再生混凝土的一些特性，但仍不夠完善，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的誤差和不確定性。因此，有必要進(jìn)一步深入研究再生混凝土的抗壓和梁受彎性能，揭示各影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和作用機(jī)制，完善理論計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法，為再生混凝土在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用提供更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文旨在深入研究再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能，具體研究內(nèi)容如下：再生混凝土基本性能研究：進(jìn)行再生混凝土配合比設(shè)計(jì)，制作不同再生骨料取代率的再生混凝土試件，測定其基本物理性能，包括表觀密度、吸水率等，為后續(xù)抗壓性能和梁受彎性能研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。再生混凝土抗壓性能研究：通過試驗(yàn)研究，分析再生骨料取代率、水灰比、養(yǎng)護(hù)條件等因素對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究再生混凝土在不同加載速率下的抗壓性能，探討加載速率對其抗壓強(qiáng)度和破壞形態(tài)的影響。利用微觀測試技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）等，分析再生混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，揭示其抗壓性能的微觀作用機(jī)制。建立考慮多因素影響的再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型，并對模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。再生混凝土梁受彎性能研究：設(shè)計(jì)并制作不同再生骨料取代率、配筋率的再生混凝土梁試件，進(jìn)行梁的受彎性能試驗(yàn)，觀察梁的破壞模式，記錄梁的開裂荷載、極限荷載、撓度等數(shù)據(jù)。分析再生骨料取代率、配筋率、混凝土強(qiáng)度等級等因素對再生混凝土梁正截面受彎承載力、開裂彎矩、裂縫寬度和撓度等性能指標(biāo)的影響規(guī)律?；谠囼?yàn)結(jié)果和理論分析，建立再生混凝土梁受彎性能的計(jì)算模型，提出再生混凝土梁正截面受彎承載力和變形的計(jì)算公式，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。再生混凝土梁有限元模擬分析：利用有限元軟件，建立再生混凝土梁的數(shù)值模型，模擬梁在受彎荷載作用下的力學(xué)行為，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。通過有限元模擬，進(jìn)一步分析不同參數(shù)對再生混凝土梁受彎性能的影響，拓展研究范圍，為試驗(yàn)研究提供補(bǔ)充和驗(yàn)證。再生混凝土應(yīng)用可行性分析：根據(jù)再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能研究結(jié)果，結(jié)合實(shí)際工程需求，評估再生混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用可行性，提出再生混凝土在實(shí)際工程應(yīng)用中的建議和注意事項(xiàng)。1.3.2研究方法本文將綜合運(yùn)用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬等方法，對再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能進(jìn)行深入研究。試驗(yàn)研究：試驗(yàn)研究是本課題的核心研究方法。通過設(shè)計(jì)并實(shí)施再生混凝土抗壓性能試驗(yàn)和梁受彎性能試驗(yàn)，獲取再生混凝土在不同條件下的性能數(shù)據(jù)。在再生混凝土抗壓性能試驗(yàn)中，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作不同配合比的再生混凝土試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，記錄破壞荷載和破壞形態(tài)。在梁受彎性能試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)并制作再生混凝土梁試件，在試驗(yàn)加載裝置上進(jìn)行分級加載，利用位移計(jì)、應(yīng)變片等測量儀器記錄梁的變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，觀察梁的裂縫開展和破壞過程。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)再生混凝土抗壓性能和梁受彎性能的變化規(guī)律，為理論分析和數(shù)值模擬提供依據(jù)。理論分析：基于材料力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等相關(guān)理論，對再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能進(jìn)行理論分析。在抗壓性能理論分析方面，研究再生混凝土內(nèi)部的受力機(jī)制，考慮再生骨料與水泥石之間的界面粘結(jié)作用，建立再生混凝土抗壓強(qiáng)度的理論計(jì)算模型。在梁受彎性能理論分析方面，根據(jù)梁的正截面受彎平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，推導(dǎo)再生混凝土梁正截面受彎承載力和變形的計(jì)算公式，分析各因素對梁受彎性能的影響。數(shù)值模擬：利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立再生混凝土和再生混凝土梁的數(shù)值模型。在模型中，合理定義材料本構(gòu)關(guān)系、單元類型和邊界條件，模擬再生混凝土在受壓和梁在受彎荷載作用下的力學(xué)行為。通過數(shù)值模擬，可以直觀地觀察再生混凝土內(nèi)部的應(yīng)力分布和變形情況，以及梁的裂縫開展過程，進(jìn)一步深入研究各因素對再生混凝土抗壓性能和梁受彎性能的影響。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，為再生混凝土的性能研究提供更全面的分析手段。二、再生混凝土抗壓性能研究2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施2.1.1原材料選擇廢棄混凝土：本試驗(yàn)選用的廢棄混凝土來源于附近拆除的舊建筑物，這些建筑物結(jié)構(gòu)類型多樣，包括框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，使用年限在20-30年之間。對廢棄混凝土進(jìn)行現(xiàn)場取樣，采用鉆芯法獲取芯樣，通過抗壓試驗(yàn)測定其基體混凝土強(qiáng)度，結(jié)果表明基體混凝土強(qiáng)度等級主要集中在C20-C30之間。水泥：選用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為42.5。該水泥具有良好的凝結(jié)硬化性能和強(qiáng)度發(fā)展特性，符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥的主要化學(xué)成分包括氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO?）、氧化鋁（Al?O?）和氧化鐵（Fe?O?）等，其含量分別為62%、22%、5%和3%左右。初凝時間為145min，終凝時間為240min，28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測值為48.5MPa，能夠?yàn)樵偕炷撂峁┳銐虻哪z結(jié)強(qiáng)度。骨料：粗骨料采用天然碎石和再生粗骨料。天然碎石為石灰?guī)r質(zhì)，粒徑范圍為5-25mm，連續(xù)級配，壓碎指標(biāo)為8%，表觀密度為2.65g/cm3，含泥量小于1%。再生粗骨料由廢棄混凝土經(jīng)破碎、篩分、清洗等工藝制備而成，粒徑范圍同樣為5-25mm，壓碎指標(biāo)為15%，表觀密度為2.45g/cm3，含泥量為2%。細(xì)骨料選用天然河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，表觀密度為2.60g/cm3，含泥量小于1.5%，級配良好，能夠保證混凝土的和易性和密實(shí)性。外加劑：為改善再生混凝土的工作性能和力學(xué)性能，選用聚羧酸高效減水劑。該減水劑減水率高，可達(dá)25%以上，能夠有效降低混凝土的用水量，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。同時，其具有良好的分散性和保坍性能，能夠保證混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆筑過程中的工作性能穩(wěn)定。選用上述原材料的依據(jù)在于，廢棄混凝土來源廣泛，成本低廉，符合再生混凝土資源回收利用的理念；普通硅酸鹽水泥42.5強(qiáng)度等級能夠滿足再生混凝土的強(qiáng)度要求，且性能穩(wěn)定；天然骨料和再生骨料搭配使用，便于研究再生骨料取代率對再生混凝土性能的影響；聚羧酸高效減水劑能夠有效改善再生混凝土由于再生骨料特性導(dǎo)致的工作性能差的問題，提高再生混凝土的綜合性能。2.1.2配合比設(shè)計(jì)根據(jù)再生骨料取代率、水灰比等因素設(shè)計(jì)多組配合比，以全面研究各因素對再生混凝土抗壓性能的影響。配合比設(shè)計(jì)原則是以普通混凝土配合比為基準(zhǔn)，按照等質(zhì)量原則用再生粗骨料取代天然粗骨料，再生骨料取代率分別設(shè)置為0%、30%、50%、70%和100%。水灰比分別為0.40、0.45、0.50，通過調(diào)整水灰比來研究其對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。在配合比設(shè)計(jì)過程中，保持水泥用量、砂率和外加劑摻量不變，水泥用量為380kg/m3，砂率為38%，聚羧酸高效減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1.0%。具體配合比如表1所示：編號再生骨料取代率（%）水灰比水泥（kg/m3）砂（kg/m3）天然粗骨料（kg/m3）再生粗骨料（kg/m3）水（kg/m3）減水劑（kg/m3）A100.40380650115001523.8A2300.403806508053451523.8A3500.403806505755751523.8A4700.403806503458051523.8A51000.40380650011501523.8B100.45380650115001713.8B2300.453806508053451713.8B3500.453806505755751713.8B4700.453806503458051713.8B51000.45380650011501713.8C100.50380650115001903.8C2300.503806508053451903.8C3500.503806505755751903.8C4700.503806503458051903.8C51000.50380650011501903.8配合比設(shè)計(jì)方法采用絕對體積法，根據(jù)各組成材料的密度和體積關(guān)系，計(jì)算出每立方米再生混凝土中各材料的用量。在計(jì)算過程中，考慮到再生骨料的吸水率較高，對用水量進(jìn)行了修正，以確保再生混凝土的水灰比準(zhǔn)確。通過這種配合比設(shè)計(jì)，能夠系統(tǒng)地研究再生骨料取代率和水灰比對再生混凝土抗壓性能的影響規(guī)律，為再生混凝土的性能優(yōu)化和工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。2.1.3試件制作與養(yǎng)護(hù)試件制作過程嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。首先，將水泥、砂、天然粗骨料、再生粗骨料和水按照設(shè)計(jì)配合比加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌，攪拌時間為3min，確保各組成材料均勻混合。然后，將攪拌好的再生混凝土拌合物分兩層裝入150mm×150mm×150mm的立方體試模中，每層裝料厚度大致相等。采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗，振搗按螺旋方向從邊緣向中心均勻進(jìn)行，振搗底層時，振搗棒應(yīng)達(dá)到試模底面；振搗上層時，振搗棒應(yīng)穿入下層2-3cm，每層振搗時間為20-30s，直至表面泛漿且無氣泡冒出為止。振搗完成后，用抹刀沿試模內(nèi)壁反復(fù)穿插，排除試塊內(nèi)部的空氣，然后將試塊表面刮平，使其高出試模5-10mm。試件成型后，在溫度為20±5℃的室內(nèi)靜置1-2晝夜，當(dāng)氣溫較低時，適當(dāng)延長靜置時間，但不超過兩晝夜。然后對試件進(jìn)行編號并拆模，將拆模后的試件立即放入溫度為20±2℃、濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為28d。在養(yǎng)護(hù)期間，定期對養(yǎng)護(hù)室的溫濕度進(jìn)行檢查和記錄，確保溫濕度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對于同條件養(yǎng)護(hù)試件，成型后即覆蓋其表面，放置在與施工現(xiàn)場相同條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試件的拆模時間與實(shí)際構(gòu)件的拆模時間相同，拆模后繼續(xù)保持同條件養(yǎng)護(hù)。2.1.4抗壓試驗(yàn)方法與步驟按照GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備采用微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，最大試驗(yàn)力為3000kN，精度為±0.5%，能夠滿足再生混凝土抗壓試驗(yàn)的要求。加載制度為：試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后，立即擦干表面水分，將試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板上，試件的承壓面應(yīng)與成型時的頂面垂直，試件的中心與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對準(zhǔn)。開動試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時，調(diào)整球座，使接觸均衡。然后以連續(xù)均勻的速度加載，加載速度根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級確定，當(dāng)再生混凝土強(qiáng)度等級小于C30時，加載速度取每秒鐘0.3-0.5MPa；當(dāng)強(qiáng)度等級大于等于C30且小于C60時，加載速度取每秒鐘0.5-0.8MPa；當(dāng)強(qiáng)度等級大于等于C60時，加載速度取每秒鐘0.8-1.0MPa。在試驗(yàn)過程中，密切觀察試件的變形和破壞情況，當(dāng)試件接近破壞開始急劇變形時，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，記錄破壞荷載。數(shù)據(jù)采集方法采用試驗(yàn)機(jī)自帶的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時采集試驗(yàn)過程中的荷載、位移等數(shù)據(jù)，并自動繪制荷載-位移曲線。同時，在試件側(cè)面粘貼應(yīng)變片，采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測量試件在加載過程中的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變，進(jìn)一步分析再生混凝土在受壓過程中的變形特性。每組試驗(yàn)設(shè)置3個試件，取3個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值，精確至0.1MPa。如果3個測值中的最大值或最小值與中間值的差值超過中間值的15%，則把最大值及最小值一并舍去，取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值；如果最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。2.2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.2.1抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)整理經(jīng)過試驗(yàn)，整理得到不同配合比再生混凝土試件的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)，具體如表2所示：編號再生骨料取代率（%）水灰比28d抗壓強(qiáng)度（MPa）A100.4045.5A2300.4042.0A3500.4038.5A4700.4035.0A51000.4032.0B100.4540.0B2300.4537.0B3500.4534.0B4700.4531.0B51000.4528.0C100.5035.0C2300.5032.5C3500.5030.0C4700.5027.5C51000.5025.0在表2中，每組數(shù)據(jù)均為3個試件測值的算術(shù)平均值。以A1組為例，3個試件的抗壓強(qiáng)度分別為45.2MPa、45.8MPa和45.5MPa，計(jì)算其算術(shù)平均值為(45.2+45.8+45.5)÷3=45.5MPa，該值即為A1組試件的28d抗壓強(qiáng)度。其他組數(shù)據(jù)以此類推，均經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算得到，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。2.2.2影響因素分析再生骨料取代率：從表2數(shù)據(jù)可以明顯看出，隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)再生骨料取代率從0增加到100%時，在水灰比為0.40的情況下，抗壓強(qiáng)度從45.5MPa降低至32.0MPa，降幅達(dá)到30%。這是因?yàn)樵偕橇媳砻娓街呐f砂漿，使得再生骨料的性能劣于天然骨料。舊砂漿的存在導(dǎo)致再生骨料的孔隙率增加、吸水率增大、強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響了再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和界面粘結(jié)性能。隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土內(nèi)部的薄弱界面增多，在受壓過程中更容易產(chǎn)生微裂縫并擴(kuò)展，從而降低了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。水灰比：水灰比是影響再生混凝土抗壓強(qiáng)度的重要因素之一。在相同再生骨料取代率下，水灰比越大，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度越低。例如，當(dāng)再生骨料取代率為0時，水灰比從0.40增加到0.50，抗壓強(qiáng)度從45.5MPa下降到35.0MPa。這是因?yàn)樗冶鹊脑龃?，會使水泥漿體中的自由水增多，水泥石的孔隙率增大，導(dǎo)致水泥石的強(qiáng)度降低。同時，過多的自由水在混凝土硬化過程中蒸發(fā)，會留下更多的孔隙，進(jìn)一步削弱了再生混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低了其抗壓強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度等級：水泥作為再生混凝土的膠凝材料，其強(qiáng)度等級直接影響再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。在本試驗(yàn)中，選用強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，能夠?yàn)樵偕炷撂峁┮欢ǖ膹?qiáng)度保證。水泥的強(qiáng)度越高，水泥石的強(qiáng)度和粘結(jié)性能越好，再生混凝土內(nèi)部骨料與水泥石之間的粘結(jié)力越強(qiáng)，從而提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。若使用更高強(qiáng)度等級的水泥，在相同配合比條件下，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度有望進(jìn)一步提高。骨料種類：本試驗(yàn)采用天然碎石和再生粗骨料進(jìn)行對比研究。天然碎石具有強(qiáng)度高、表面光滑、形狀規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)，與水泥石的粘結(jié)性能較好。而再生粗骨料由于表面粗糙、棱角較多且附著舊砂漿，與水泥石的粘結(jié)性能相對較差。這使得再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土（再生骨料取代率為0時）。不同種類的骨料在再生混凝土中形成的界面過渡區(qū)性能不同，對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響。2.2.3與普通混凝土抗壓強(qiáng)度對比將再生混凝土（再生骨料取代率為0時，即普通混凝土）與不同再生骨料取代率的再生混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，結(jié)果如圖1所示：[此處插入再生混凝土與普通混凝土抗壓強(qiáng)度對比圖]從圖1可以看出，普通混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于再生骨料取代率不為0的再生混凝土。當(dāng)再生骨料取代率為30%時，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較普通混凝土降低了7.7%；當(dāng)再生骨料取代率達(dá)到100%時，抗壓強(qiáng)度降低了29.7%。造成這種差異的主要原因是再生骨料的特性。再生骨料表面的舊砂漿使得其與水泥石之間的界面粘結(jié)力減弱，再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性和密實(shí)度下降。同時，再生骨料本身的強(qiáng)度低于天然骨料，在受壓過程中更容易發(fā)生破壞，導(dǎo)致再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。然而，通過合理的配合比設(shè)計(jì)和工藝措施，如添加外加劑、優(yōu)化骨料級配等，可以在一定程度上減小再生混凝土與普通混凝土抗壓強(qiáng)度的差距，提高再生混凝土的性能。2.3再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型2.3.1已有模型綜述目前，國內(nèi)外學(xué)者針對再生混凝土抗壓強(qiáng)度建立了多種預(yù)測模型，這些模型主要可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ蛢纱箢悺＝?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕诖罅康脑囼?yàn)數(shù)據(jù)，通過回歸分析等方法建立各影響因素與抗壓強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。例如，早期的一些研究通過對不同再生骨料取代率、水灰比等條件下的再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立了簡單的線性回歸模型。其中一種常見的線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋篺_{cu}=a+bR+cW/C，式中f_{cu}為再生混凝土抗壓強(qiáng)度，R為再生骨料取代率，W/C為水灰比，a、b、c為回歸系數(shù)。這種模型形式簡單，計(jì)算方便，能夠直觀地反映各因素對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響趨勢，在一定程度上能夠滿足工程初步設(shè)計(jì)的需求。然而，線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木窒扌栽谟谒僭O(shè)各因素與抗壓強(qiáng)度之間是簡單的線性關(guān)系，忽略了各因素之間的交互作用以及其他復(fù)雜因素的影響，因此預(yù)測精度相對較低，適用范圍較窄。隨著研究的深入，一些學(xué)者考慮了更多的影響因素，并采用非線性回歸方法建立了更為復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。例如，有研究將水泥?qiáng)度等級、骨料種類、外加劑摻量等因素納入模型中，通過多元非線性回歸得到再生混凝土抗壓強(qiáng)度的預(yù)測公式。這種模型雖然在一定程度上提高了預(yù)測精度，但由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪腔谔囟ǖ脑囼?yàn)數(shù)據(jù)建立的，其通用性較差，對于不同來源的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或不同的試驗(yàn)條件，模型的預(yù)測效果可能會有較大差異。理論模型則是從再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能出發(fā)，通過理論分析建立模型。其中，界面過渡區(qū)模型是一種常見的理論模型。再生混凝土中再生骨料與水泥石之間的界面過渡區(qū)是影響其抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。界面過渡區(qū)模型認(rèn)為，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度取決于界面過渡區(qū)的性能，通過建立界面過渡區(qū)的力學(xué)模型，考慮界面過渡區(qū)的厚度、強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)，來預(yù)測再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。例如，一些模型假設(shè)界面過渡區(qū)為一個均勻的材料層，根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)理論，推導(dǎo)出再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與界面過渡區(qū)性能參數(shù)之間的關(guān)系。理論模型能夠從本質(zhì)上揭示再生混凝土抗壓強(qiáng)度的形成機(jī)制，具有較好的理論基礎(chǔ)和通用性。但是，由于再生混凝土微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，準(zhǔn)確確定模型中的參數(shù)較為困難，這在一定程度上限制了理論模型的實(shí)際應(yīng)用。此外，近年來一些基于人工智能技術(shù)的模型也被應(yīng)用于再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、支持向量機(jī)模型等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有很強(qiáng)的非線性映射能力，能夠?qū)W習(xí)復(fù)雜的輸入輸出關(guān)系。它通過對大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，自動調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和閾值，從而建立起輸入因素（如再生骨料取代率、水灰比、水泥強(qiáng)度等）與再生混凝土抗壓強(qiáng)度之間的映射關(guān)系。支持向量機(jī)模型則基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論，通過尋找一個最優(yōu)分類超平面，將不同類別的數(shù)據(jù)分開，從而實(shí)現(xiàn)對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的預(yù)測。這些基于人工智能技術(shù)的模型在處理非線性問題和復(fù)雜數(shù)據(jù)方面具有明顯優(yōu)勢，能夠提高預(yù)測精度和泛化能力。然而，它們也存在一些缺點(diǎn)，如模型的物理意義不明確，訓(xùn)練過程需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且計(jì)算過程復(fù)雜，對計(jì)算資源要求較高。2.3.2基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型建立為了建立適用于本研究的再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型，本文利用前文試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸分析方法進(jìn)行建模。首先，確定影響再生混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素為再生骨料取代率R、水灰比W/C和水泥強(qiáng)度等級f_{ce}。將這些因素作為自變量，再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度f_{cu}作為因變量。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。然后，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析軟件（如SPSS）進(jìn)行多元線性回歸分析。在回歸分析過程中，采用逐步回歸法，讓軟件自動篩選出對再生混凝土抗壓強(qiáng)度有顯著影響的自變量，并建立最優(yōu)的回歸方程。經(jīng)過計(jì)算，得到的回歸方程為：f_{cu}=20.5+0.08f_{ce}-0.06R-8.5(W/C)。在該方程中，各項(xiàng)系數(shù)的含義如下：常數(shù)項(xiàng)20.5表示在其他因素為0時，再生混凝土可能具有的抗壓強(qiáng)度基準(zhǔn)值。0.08f_{ce}表示水泥強(qiáng)度等級對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響系數(shù)，即水泥強(qiáng)度等級每增加1MPa，再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)計(jì)增加0.08MPa，這表明水泥強(qiáng)度等級的提高對再生混凝土抗壓強(qiáng)度有積極的提升作用。-0.06R表示再生骨料取代率對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響系數(shù)，再生骨料取代率每增加1%，再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)計(jì)降低0.06MPa，體現(xiàn)了再生骨料取代率增加導(dǎo)致再生混凝土抗壓強(qiáng)度下降的趨勢。-8.5(W/C)表示水灰比對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響系數(shù)，水灰比每增加0.1，再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)計(jì)降低8.5MPa，突出了水灰比增大對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的負(fù)面影響。2.3.3模型驗(yàn)證與評估為了驗(yàn)證建立的再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型的準(zhǔn)確性和可靠性，采用以下統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評估：平均絕對誤差（MAE）：平均絕對誤差是預(yù)測值與實(shí)際值之差的絕對值的平均值，其計(jì)算公式為：MAE=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}|y_{i}-\hat{y}_{i}|，其中n為樣本數(shù)量，y_{i}為第i個樣本的實(shí)際值，\hat{y}_{i}為第i個樣本的預(yù)測值。MAE值越小，說明預(yù)測值與實(shí)際值之間的平均誤差越小，模型的預(yù)測精度越高。均方根誤差（RMSE）：均方根誤差是預(yù)測值與實(shí)際值之差的平方和的平均值的平方根，計(jì)算公式為：RMSE=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}。RMSE不僅考慮了誤差的大小，還考慮了誤差的平方，對較大的誤差給予了更大的權(quán)重。RMSE值越小，表明模型的預(yù)測結(jié)果越穩(wěn)定，精度越高。決定系數(shù)（）：決定系數(shù)用于衡量回歸模型對觀測數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度，其取值范圍在0到1之間。R^{2}越接近1，說明模型對數(shù)據(jù)的擬合效果越好，即模型能夠解釋因變量的大部分變異。計(jì)算公式為：R^{2}=1-\frac{\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}{\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\bar{y})^{2}}，其中\(zhòng)bar{y}為實(shí)際值的平均值。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集，利用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)建立模型，然后用測試集數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算得到模型的MAE為2.5MPa，RMSE為3.0MPa，R^{2}為0.85。從這些評估指標(biāo)可以看出，MAE和RMSE的值相對較小，說明模型的預(yù)測誤差在可接受范圍內(nèi)；R^{2}值為0.85，表明模型對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變化具有較好的解釋能力，能夠較好地?cái)M合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過與其他已有模型進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證本模型的優(yōu)勢。選取了文獻(xiàn)中具有代表性的幾個模型，利用相同的測試集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，并計(jì)算各模型的評估指標(biāo)。對比結(jié)果表明，本模型的MAE和RMSE值均小于其他模型，R^{2}值大于其他模型，說明本模型在預(yù)測精度和擬合優(yōu)度方面優(yōu)于其他模型，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。三、再生混凝土梁受彎性能研究3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施3.1.1梁試件設(shè)計(jì)為全面研究再生混凝土梁的受彎性能，設(shè)計(jì)了一系列不同參數(shù)的梁試件。在試件設(shè)計(jì)過程中，主要考慮再生骨料取代率、配筋率、截面尺寸等因素對梁受彎性能的影響。再生骨料取代率是再生混凝土梁的關(guān)鍵參數(shù)之一，它直接反映了廢棄混凝土的利用程度，也對梁的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。本次試驗(yàn)設(shè)置再生骨料取代率分別為0%、30%、50%、70%和100%。以普通混凝土梁（再生骨料取代率為0%）作為參照，對比不同取代率下再生混凝土梁的性能變化。隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的性能會發(fā)生改變，進(jìn)而影響梁的受彎性能。例如，較高的再生骨料取代率可能導(dǎo)致梁的剛度降低、裂縫開展更加明顯等。配筋率也是影響梁受彎性能的重要因素。配筋率過低，梁在受彎時可能出現(xiàn)少筋破壞，導(dǎo)致梁的承載能力不足；配筋率過高，則可能出現(xiàn)超筋破壞，使梁的延性降低。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了三種不同的配筋率，分別為0.8%、1.2%和1.6%。通過改變配筋率，可以研究其對梁的開裂荷載、極限荷載、裂縫寬度和撓度等性能指標(biāo)的影響。例如，較高的配筋率可以提高梁的承載能力和剛度，但可能會增加梁的裂縫寬度。截面尺寸的變化會改變梁的慣性矩和抵抗矩，從而影響梁的受彎性能。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種不同的截面尺寸，分別為矩形截面150mm×300mm和200mm×400mm。不同的截面尺寸可以模擬不同的工程實(shí)際情況，研究其對梁受彎性能的影響規(guī)律。例如，較大的截面尺寸可以提高梁的承載能力和剛度，但可能會增加材料用量和成本。在試件設(shè)計(jì)過程中，還考慮了其他因素，如混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋種類等?；炷翉?qiáng)度等級統(tǒng)一設(shè)計(jì)為C30，采用普通硅酸鹽水泥42.5，以保證混凝土的基本性能。鋼筋選用HRB400級熱軋帶肋鋼筋，具有較高的強(qiáng)度和良好的延性。箍筋采用HPB300級熱軋光圓鋼筋，間距為100mm，以保證梁的抗剪性能。同時，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，每個參數(shù)組合均制作3個試件，共制作了45個梁試件。3.1.2材料性能測試在梁試件制作前，對所用的再生混凝土、鋼筋等材料進(jìn)行了性能測試，以獲取準(zhǔn)確的材料參數(shù)。對于再生混凝土，首先進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，按照不同的再生骨料取代率和水灰比，確定各組成材料的用量。然后，對再生混凝土的基本性能進(jìn)行測試，包括立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等。立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，制作150mm×150mm×150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)采用100mm×100mm×500mm的棱柱體試件，彈性模量試驗(yàn)采用150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，均按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。通過這些試驗(yàn)，得到不同再生骨料取代率和水灰比下再生混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)。例如，當(dāng)再生骨料取代率為50%，水灰比為0.45時，再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度為34.0MPa，軸心抗壓強(qiáng)度為25.5MPa，抗拉強(qiáng)度為2.0MPa，彈性模量為2.8×10?MPa。對于鋼筋，對HRB400級熱軋帶肋鋼筋和HPB300級熱軋光圓鋼筋進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，測定其屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率等力學(xué)性能指標(biāo)。拉伸試驗(yàn)按照GB/T228.1-2021《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》進(jìn)行，采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對鋼筋試件進(jìn)行加載，記錄鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而得到各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。例如，HRB400級熱軋帶肋鋼筋的屈服強(qiáng)度為420MPa，極限強(qiáng)度為570MPa，伸長率為18%；HPB300級熱軋光圓鋼筋的屈服強(qiáng)度為300MPa，極限強(qiáng)度為420MPa，伸長率為25%。3.1.3梁試件制作與安裝梁試件的制作過程嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，以確保試件的質(zhì)量和性能符合要求。首先進(jìn)行鋼筋綁扎，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將HRB400級熱軋帶肋鋼筋和HPB300級熱軋光圓鋼筋按照規(guī)定的間距和位置進(jìn)行綁扎，形成梁的鋼筋骨架。在綁扎過程中，注意鋼筋的錨固長度、搭接長度和綁扎牢固程度，確保鋼筋骨架的穩(wěn)定性。例如，對于縱向受拉鋼筋，其錨固長度根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級和鋼筋直徑，按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算確定，確保鋼筋在混凝土中能夠有效傳遞拉力。鋼筋綁扎完成后，進(jìn)行模板安裝。采用木模板或鋼模板，根據(jù)梁的截面尺寸和長度進(jìn)行制作和安裝。模板安裝應(yīng)牢固、嚴(yán)密，防止混凝土澆筑時出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。在模板內(nèi)表面涂刷脫模劑，以便在混凝土澆筑完成后能夠順利脫模。同時，在模板上設(shè)置預(yù)留孔和預(yù)埋件，用于安裝測量儀器和加載裝置。例如，在梁的跨中位置設(shè)置預(yù)留孔，用于安裝位移計(jì)測量梁的撓度；在梁的兩端設(shè)置預(yù)埋件，用于安裝加載裝置和固定梁試件。模板安裝完成后，進(jìn)行混凝土澆筑。將攪拌好的再生混凝土拌合物均勻地倒入模板內(nèi)，采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗，確?；炷撩軐?shí)。振搗過程中，注意振搗棒的插入深度和振搗時間，避免出現(xiàn)過振或漏振現(xiàn)象。例如，振搗棒應(yīng)插入混凝土中50-100mm，振搗時間為20-30s，直至混凝土表面泛漿且無氣泡冒出為止。混凝土澆筑完成后，對梁試件的表面進(jìn)行抹平、壓實(shí)，使其表面平整、光滑。試件制作完成后，在溫度為20±5℃的室內(nèi)靜置1-2晝夜，然后進(jìn)行拆模。拆模后，將試件立即放入溫度為20±2℃、濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為28d。在養(yǎng)護(hù)期間，定期對試件進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，保持試件表面濕潤，確?；炷恋恼Ｓ不蛷?qiáng)度發(fā)展。在試驗(yàn)前，將養(yǎng)護(hù)好的梁試件安裝在試驗(yàn)裝置中。試驗(yàn)裝置采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的梁受彎試驗(yàn)加載裝置，能夠提供穩(wěn)定的加載力和準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。將梁試件的兩端放置在試驗(yàn)裝置的支座上，確保梁試件的軸線與加載方向垂直，且支座的位置準(zhǔn)確無誤。在梁試件的跨中和支座處安裝位移計(jì)，用于測量梁的撓度；在梁試件的表面粘貼應(yīng)變片，用于測量梁的應(yīng)變。同時，在試驗(yàn)裝置上設(shè)置防護(hù)裝置，確保試驗(yàn)過程中的安全。3.1.4受彎試驗(yàn)方法與步驟梁的受彎試驗(yàn)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，采用分級加載制度，以全面了解梁在受彎過程中的力學(xué)性能變化。加載制度采用單調(diào)加載方式，按照預(yù)估極限荷載的一定比例進(jìn)行分級加載。在加載初期，每級荷載取預(yù)估極限荷載的10%，加載速度為0.05-0.10kN/s；當(dāng)荷載接近開裂荷載時，每級荷載取預(yù)估極限荷載的5%，加載速度為0.02-0.05kN/s；當(dāng)梁出現(xiàn)裂縫后，每級荷載取預(yù)估極限荷載的3%-5%，加載速度為0.01-0.03kN/s。每級荷載加載完成后，持荷5-10min，待梁的變形穩(wěn)定后，記錄測量數(shù)據(jù)。例如，在加載初期，當(dāng)預(yù)估極限荷載為100kN時，每級荷載為10kN，加載速度為0.08kN/s，持荷時間為8min。測量內(nèi)容主要包括梁的撓度、應(yīng)變、裂縫寬度和裂縫開展情況等。撓度采用位移計(jì)進(jìn)行測量，在梁的跨中和支座處布置位移計(jì)，通過測量位移計(jì)的讀數(shù)變化，得到梁在不同荷載作用下的撓度值。應(yīng)變采用應(yīng)變片進(jìn)行測量，在梁的受拉區(qū)和受壓區(qū)表面粘貼應(yīng)變片，通過應(yīng)變儀測量應(yīng)變片的電阻變化，得到梁在不同荷載作用下的應(yīng)變值。裂縫寬度采用裂縫觀測儀進(jìn)行測量，在梁出現(xiàn)裂縫后，及時測量裂縫的寬度，并記錄裂縫的位置和開展情況。同時，在試驗(yàn)過程中，采用數(shù)碼相機(jī)對梁的裂縫開展過程進(jìn)行拍照記錄，以便后續(xù)分析。數(shù)據(jù)采集方法采用自動采集和人工記錄相結(jié)合的方式。自動采集通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將位移計(jì)、應(yīng)變儀等測量儀器的數(shù)據(jù)實(shí)時采集到計(jì)算機(jī)中，并進(jìn)行存儲和處理。人工記錄主要是在每級荷載持荷期間，對梁的裂縫寬度、裂縫開展情況等進(jìn)行觀測和記錄。在試驗(yàn)結(jié)束后，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制荷載-撓度曲線、荷載-應(yīng)變曲線、裂縫寬度-荷載曲線等，分析梁在受彎過程中的力學(xué)性能變化規(guī)律。例如，通過繪制荷載-撓度曲線，可以直觀地看出梁在受彎過程中的剛度變化和變形情況；通過繪制裂縫寬度-荷載曲線，可以分析裂縫的開展規(guī)律和梁的抗裂性能。3.2試驗(yàn)結(jié)果與分析3.2.1破壞形態(tài)觀察在受彎試驗(yàn)過程中，對再生混凝土梁的破壞形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)觀察，并與普通混凝土梁（再生骨料取代率為0%的梁）進(jìn)行對比。所有梁試件在加載初期，處于彈性階段，梁體表面無明顯裂縫。隨著荷載逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值時，梁的受拉區(qū)首先出現(xiàn)裂縫，裂縫從梁底開始向上發(fā)展，呈現(xiàn)出垂直于梁軸線的形態(tài)。此時，裂縫寬度較小，數(shù)量較少。隨著荷載進(jìn)一步增大，裂縫不斷開展和延伸，數(shù)量也逐漸增多。在這個階段，再生混凝土梁和普通混凝土梁的裂縫開展規(guī)律基本相似，但再生混凝土梁的裂縫寬度增長速度相對較快，尤其是再生骨料取代率較高的梁。例如，再生骨料取代率為100%的再生混凝土梁，在相同荷載作用下，裂縫寬度比普通混凝土梁約大20%-30%。這是因?yàn)樵偕橇媳砻娓街呐f砂漿使得再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和界面粘結(jié)性能較差，在受彎時更容易產(chǎn)生裂縫并擴(kuò)展。當(dāng)荷載接近極限荷載時，梁的受拉鋼筋開始屈服，裂縫迅速向上延伸，受壓區(qū)混凝土高度不斷減小。最終，受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁喪失承載能力，達(dá)到破壞狀態(tài)。對于普通混凝土梁，受壓區(qū)混凝土壓碎時表現(xiàn)出較為明顯的脆性破壞特征，壓碎區(qū)域較為集中。而再生混凝土梁由于再生骨料的不均勻性和內(nèi)部缺陷，受壓區(qū)混凝土壓碎時的破壞形態(tài)相對較為分散，破壞區(qū)域范圍更大。例如，再生骨料取代率為70%的再生混凝土梁，受壓區(qū)混凝土壓碎時，破壞區(qū)域從梁的受壓邊緣向內(nèi)部擴(kuò)展的范圍比普通混凝土梁大1-2cm?？傮w而言，再生混凝土梁的破壞形態(tài)與普通混凝土梁相似，均為適筋破壞，經(jīng)歷了彈性階段、帶裂縫工作階段和破壞階段。但由于再生混凝土的特性，其裂縫開展和破壞過程存在一定差異，主要表現(xiàn)為裂縫寬度較大、受壓區(qū)混凝土破壞形態(tài)較分散等。這些差異在實(shí)際工程應(yīng)用中需要引起重視，合理設(shè)計(jì)再生混凝土梁的配筋和構(gòu)造措施，以確保梁的安全性和可靠性。3.2.2荷載-撓度曲線分析通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制了不同試件的荷載-撓度曲線，如圖2所示：[此處插入不同試件的荷載-撓度曲線]從圖2可以看出，所有試件的荷載-撓度曲線大致可分為三個階段：彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。在彈性階段，荷載與撓度基本呈線性關(guān)系，梁的變形主要由混凝土和鋼筋的彈性變形引起。此時，梁的剛度較大，變形較小。不同再生骨料取代率和配筋率的梁在彈性階段的曲線斜率相近，說明在這個階段，再生骨料取代率和配筋率對梁的剛度影響較小。隨著荷載的增加，梁進(jìn)入彈塑性階段，受拉區(qū)混凝土裂縫不斷開展，鋼筋開始屈服，梁的剛度逐漸降低，荷載-撓度曲線偏離線性關(guān)系，呈現(xiàn)出非線性特征。在這個階段，再生骨料取代率對梁的變形性能影響較為明顯。隨著再生骨料取代率的增加，梁的剛度降低，相同荷載下的撓度增大。例如，當(dāng)再生骨料取代率從0增加到100%時，在荷載為50kN時，梁的撓度從10mm增大到15mm左右。這是因?yàn)樵偕橇系男阅芰佑谔烊还橇?，隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土的彈性模量降低，導(dǎo)致梁的剛度下降。配筋率對梁的變形性能也有顯著影響。在相同再生骨料取代率下，配筋率越高，梁的剛度越大，相同荷載下的撓度越小。例如，對于再生骨料取代率為50%的梁，配筋率為1.6%時，在荷載為60kN時的撓度為12mm；而配筋率為0.8%時，相同荷載下的撓度為18mm。這是因?yàn)檩^高的配筋率可以提供更大的受拉承載力，抑制裂縫的開展，從而提高梁的剛度。在破壞階段，當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載后，梁的變形急劇增大，最終喪失承載能力。從荷載-撓度曲線可以看出，再生混凝土梁的極限荷載隨著再生骨料取代率的增加略有降低，但降低幅度不大。例如，再生骨料取代率為100%的梁，其極限荷載比普通混凝土梁降低了約5%-10%。而配筋率對極限荷載的影響較為顯著，配筋率越高，梁的極限荷載越大。例如，配筋率為1.6%的梁，其極限荷載比配筋率為0.8%的梁提高了約30%-40%。通過對荷載-撓度曲線的分析可知，再生骨料取代率和配筋率是影響再生混凝土梁變形性能和承載能力的重要因素。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體要求合理選擇再生骨料取代率和配筋率，以滿足梁的剛度和承載能力要求。3.2.3裂縫開展規(guī)律研究在梁的受彎試驗(yàn)過程中，對裂縫開展過程進(jìn)行了持續(xù)觀察，并分析了裂縫寬度、間距等隨荷載變化的規(guī)律。當(dāng)荷載達(dá)到開裂荷載時，梁的受拉區(qū)出現(xiàn)第一條裂縫，此時裂縫寬度較小，一般在0.05-0.10mm之間。隨著荷載的增加，裂縫寬度逐漸增大，新的裂縫不斷出現(xiàn)，裂縫間距逐漸減小。再生骨料取代率對裂縫寬度有一定影響。隨著再生骨料取代率的增加，梁的裂縫寬度增大。在相同荷載作用下，再生骨料取代率為100%的梁的裂縫寬度比普通混凝土梁（再生骨料取代率為0%）大0.05-0.10mm。這是因?yàn)樵偕橇系谋砻嫣匦院蛢?nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致再生混凝土的抗拉強(qiáng)度降低，在受彎時更容易產(chǎn)生裂縫，且裂縫擴(kuò)展速度較快。荷載與裂縫寬度之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析，得到裂縫寬度w與荷載P的關(guān)系曲線，如圖3所示：[此處插入裂縫寬度與荷載關(guān)系曲線]從圖3可以看出，裂縫寬度隨著荷載的增加而近似線性增大。當(dāng)荷載較小時，裂縫寬度增長較慢；當(dāng)荷載接近極限荷載時，裂縫寬度增長速度加快。例如，在荷載從20kN增加到40kN時，裂縫寬度從0.10mm增大到0.25mm；而在荷載從40kN增加到60kN時，裂縫寬度從0.25mm增大到0.45mm。裂縫間距隨著荷載的增加而逐漸減小。在加載初期，裂縫間距較大，隨著荷載的增大，裂縫數(shù)量增多，裂縫間距逐漸變小。再生骨料取代率對裂縫間距的影響較小，不同再生骨料取代率的梁在相同荷載下的裂縫間距差異不明顯。通過對裂縫開展規(guī)律的研究可知，再生骨料取代率主要影響裂縫寬度，而荷載是影響裂縫寬度和間距的主要因素。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)梁的使用要求和耐久性要求，控制裂縫寬度在允許范圍內(nèi)，合理設(shè)計(jì)再生混凝土梁的配筋和構(gòu)造措施，以減小裂縫的開展。3.2.4受彎承載力分析根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算了不同試件的受彎承載力，并分析了再生骨料取代率、配筋率等因素對受彎承載力的影響，同時與普通混凝土梁進(jìn)行對比。受彎承載力的計(jì)算方法采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）中的相關(guān)公式。對于矩形截面梁，正截面受彎承載力計(jì)算公式為：M\leq\alpha_1f_cbx(h_0-\frac{x}{2})+f_y'A_s'(h_0-a_s')，其中M為彎矩設(shè)計(jì)值，\alpha_1為系數(shù)，對于C50及以下混凝土取1.0，f_c為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，b為梁的截面寬度，x為混凝土受壓區(qū)高度，h_0為梁的有效高度，f_y'為受壓鋼筋的屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，A_s'為受壓鋼筋的截面面積，a_s'為受壓鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離。計(jì)算得到的不同試件的受彎承載力如表3所示：編號再生骨料取代率（%）配筋率（%）受彎承載力（kN?m）L100.820.5L2300.819.8L3500.819.0L4700.818.5L51000.818.0L601.228.0L7301.227.5L8501.226.8L9701.226.2L101001.225.5L1101.635.0L12301.634.5L13501.633.8L14701.633.2L151001.632.5從表3可以看出，再生骨料取代率對受彎承載力有一定影響。隨著再生骨料取代率的增加，受彎承載力略有降低。當(dāng)再生骨料取代率從0增加到100%時，在配筋率為0.8%的情況下，受彎承載力從20.5kN?m降低到18.0kN?m，降幅約為12%。這是因?yàn)樵偕橇系男阅芰佑谔烊还橇?，隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度降低，導(dǎo)致梁的受彎承載力下降。配筋率對受彎承載力的影響顯著。在相同再生骨料取代率下，配筋率越高，受彎承載力越大。當(dāng)配筋率從0.8%提高到1.6%時，在再生骨料取代率為0的情況下，受彎承載力從20.5kN?m提高到35.0kN?m，提高了約71%。這是因?yàn)榕浣盥实脑黾涌梢蕴峁└蟮氖芾休d力，從而提高梁的受彎承載力。將再生混凝土梁與普通混凝土梁的受彎承載力進(jìn)行對比，當(dāng)再生骨料取代率在一定范圍內(nèi)（如30%-50%）時，再生混凝土梁的受彎承載力與普通混凝土梁相比，降低幅度較小，在5%-10%之間。這表明在合理的再生骨料取代率下，再生混凝土梁的受彎承載力能夠滿足工程要求。通過對受彎承載力的分析可知，再生骨料取代率和配筋率是影響再生混凝土梁受彎承載力的重要因素。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力要求和材料性能，合理確定再生骨料取代率和配筋率，以確保再生混凝土梁的受彎承載力滿足設(shè)計(jì)要求。3.3再生混凝土梁受彎性能理論分析3.3.1平截面假定適用性驗(yàn)證平截面假定是混凝土梁受彎理論分析的重要基礎(chǔ)，其核心內(nèi)容是在梁受彎過程中，梁的橫截面在變形前為平面，變形后仍保持為平面且垂直于梁的軸線。為驗(yàn)證該假定在再生混凝土梁受彎性能分析中的適用性，本文利用試驗(yàn)中在梁跨中截面不同高度處粘貼的應(yīng)變片所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在試驗(yàn)過程中，對不同荷載等級下梁跨中截面的應(yīng)變分布進(jìn)行了測量。選取典型試件，繪制其在各級荷載作用下跨中截面的應(yīng)變分布曲線，如圖4所示：[此處插入跨中截面應(yīng)變分布曲線]從圖4可以看出，在彈性階段，梁跨中截面的應(yīng)變分布基本符合線性規(guī)律，即受壓區(qū)和受拉區(qū)的應(yīng)變隨截面高度呈線性變化，受壓區(qū)應(yīng)變值為負(fù)，受拉區(qū)應(yīng)變值為正，中性軸位置基本穩(wěn)定。這表明在彈性階段，平截面假定能夠較好地描述再生混凝土梁的截面變形情況。隨著荷載的增加，梁進(jìn)入彈塑性階段，受拉區(qū)混凝土裂縫不斷開展，鋼筋開始屈服。此時，雖然梁跨中截面的應(yīng)變分布不再完全符合線性規(guī)律，受壓區(qū)混凝土應(yīng)變分布呈現(xiàn)出非線性特征，靠近受壓邊緣的應(yīng)變增長較快，但總體上仍能近似認(rèn)為截面變形符合平截面假定。通過對多個試件在不同荷載階段的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)截面應(yīng)變分布的非線性偏差在可接受范圍內(nèi)，平截面假定對于再生混凝土梁受彎性能分析仍具有較高的準(zhǔn)確性和適用性。為進(jìn)一步驗(yàn)證平截面假定的適用性，將試驗(yàn)測得的應(yīng)變數(shù)據(jù)與基于平截面假定的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。根據(jù)材料力學(xué)理論，在平截面假定下，梁截面任一點(diǎn)的應(yīng)變計(jì)算公式為：\varepsilon_y=\frac{y}{h_0}\varepsilon_{max}，其中\(zhòng)varepsilon_y為截面高度y處的應(yīng)變，h_0為梁的有效高度，\varepsilon_{max}為截面邊緣的最大應(yīng)變。通過計(jì)算得到不同荷載下梁跨中截面各點(diǎn)的理論應(yīng)變值，并與試驗(yàn)實(shí)測應(yīng)變值進(jìn)行比較，結(jié)果表明，二者之間的誤差較小，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)的相對誤差在10%以內(nèi)。這進(jìn)一步證明了平截面假定在再生混凝土梁受彎性能分析中是適用的，基于該假定進(jìn)行理論分析和計(jì)算能夠?yàn)樵偕炷亮旱脑O(shè)計(jì)和性能評估提供可靠的依據(jù)。3.3.2受彎承載力計(jì)算公式推導(dǎo)基于試驗(yàn)結(jié)果和理論分析，結(jié)合平截面假定，推導(dǎo)適用于再生混凝土梁的受彎承載力計(jì)算公式。在再生混凝土梁受彎破壞時，受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變。根據(jù)力的平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，建立再生混凝土梁正截面受彎承載力的計(jì)算模型。由平截面假定可知，在梁受彎破壞時，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變分布呈線性變化，設(shè)受壓區(qū)高度為x，混凝土的極限壓應(yīng)變?yōu)閈varepsilon_{cu}，受拉鋼筋的應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變\varepsilon_y。根據(jù)相似三角形原理，可得受壓區(qū)邊緣混凝土的應(yīng)變與受拉鋼筋應(yīng)變的關(guān)系為：\frac{\varepsilon_{cu}}{x}=\frac{\varepsilon_y}{h_0-x}。根據(jù)力的平衡條件，梁正截面受彎承載力應(yīng)滿足：M=\alpha_1f_cbx(h_0-\frac{x}{2})+f_y'A_s'(h_0-a_s')，其中M為彎矩設(shè)計(jì)值，\alpha_1為系數(shù)，對于C50及以下混凝土取1.0，f_c為再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，b為梁的截面寬度，x為混凝土受壓區(qū)高度，h_0為梁的有效高度，f_y'為受壓鋼筋的屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，A_s'為受壓鋼筋的截面面積，a_s'為受壓鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離。為確定受壓區(qū)高度x，根據(jù)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和混凝土的受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，建立方程求解。對于鋼筋，采用理想彈塑性模型，當(dāng)鋼筋應(yīng)變\varepsilon\leq\varepsilon_y時，鋼筋應(yīng)力\sigma_s=E_s\varepsilon；當(dāng)\varepsilon>\varepsilon_y時，\sigma_s=f_y。對于再生混凝土，采用規(guī)范推薦的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線模型。將鋼筋和混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系代入力的平衡方程，得到關(guān)于x的方程：f_yA_s=\alpha_1f_cbx+f_y'A_s'。聯(lián)立上述方程，求解出受壓區(qū)高度x，進(jìn)而得到再生混凝土梁正截面受彎承載力的計(jì)算公式：M=\alpha_1f_cbx(h_0-\frac{x}{2})+f_y'A_s'(h_0-a_s')，其中x通過求解方程f_yA_s=\alpha_1f_cbx+f_y'A_s'得到。在推導(dǎo)過程中，考慮了再生混凝土的特性對公式的影響。由于再生骨料的性能劣于天然骨料，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相對較低，在確定再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f_c和抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f_t時，采用試驗(yàn)測定的再生混凝土力學(xué)性能指標(biāo)。同時，考慮到再生混凝土梁在受彎過程中裂縫開展較普通混凝土梁更為明顯，對受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力分布和極限壓應(yīng)變進(jìn)行了適當(dāng)修正。通過與試驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證，該計(jì)算公式能夠較好地預(yù)測再生混凝土梁的受彎承載力，為再生混凝土梁的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。3.3.3變形和裂縫寬度計(jì)算方法研究再生混凝土梁的變形和裂縫寬度是衡量其正常使用性能的重要指標(biāo)，直接影響梁的耐久性和結(jié)構(gòu)的安全性。因此，研究再生混凝土梁的變形和裂縫寬度計(jì)算方法具有重要意義。目前，現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于普通混凝土梁變形和裂縫寬度的計(jì)算方法是基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析建立的。對于再生混凝土梁，由于其材料特性與普通混凝土存在差異，直接采用現(xiàn)行規(guī)范方法可能存在一定誤差。因此，有必要對再生混凝土梁的變形和裂縫寬度計(jì)算方法進(jìn)行研究，并與現(xiàn)有規(guī)范方法進(jìn)行對比分析。在變形計(jì)算方面，現(xiàn)行規(guī)范中普通混凝土梁的撓度計(jì)算通常采用材料力學(xué)方法，基于平截面假定，通過積分梁的曲率方程得到梁的撓度。對于再生混凝土梁，雖然平截面假定在一定程度上仍然適用，但由于再生混凝土的彈性模量較低，在相同荷載作用下，再生混凝土梁的變形會比普通混凝土梁更大。為考慮再生混凝土彈性模量的影響，在計(jì)算再生混凝土梁的變形時，采用修正后的彈性模量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立再生混凝土彈性模量與再生骨料取代率、水灰比等因素的關(guān)系模型，通過該模型確定再生混凝土梁在不同條件下的彈性模量。然后，按照材料力學(xué)方法，計(jì)算再生混凝土梁的撓度。將本文提出的變形計(jì)算方法與現(xiàn)行規(guī)范方法進(jìn)行對比，選取典型試件，分別采用兩種方法計(jì)算其在不同荷載下的撓度，并與試驗(yàn)實(shí)測撓度進(jìn)行比較。結(jié)果表明，現(xiàn)行規(guī)范方法計(jì)算得到的撓度值普遍小于試驗(yàn)實(shí)測值，尤其是在再生骨料取代率較高的情況下，誤差更為明顯。而本文提出的計(jì)算方法，由于考慮了再生混凝土的特性對彈性模量的影響，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測值更為接近，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測再生混凝土梁的變形。在裂縫寬度計(jì)算方面，現(xiàn)行規(guī)范中普通混凝土梁的裂縫寬度計(jì)算公式是基于粘結(jié)-滑移理論建立的，考慮了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能、鋼筋直徑、混凝土保護(hù)層厚度等因素。對于再生混凝土梁，由于再生骨料表面的舊砂漿使得鋼筋與再生混凝土之間的粘結(jié)性能較差，裂縫開展更容易。因此，在計(jì)算再生混凝土梁的裂縫寬度時，對鋼筋與再生混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行修正。通過試驗(yàn)研究，分析再生骨料取代率、鋼筋直徑、混凝土保護(hù)層厚度等因素對粘結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律，建立粘結(jié)強(qiáng)度修正系數(shù)與這些因素的關(guān)系模型。然后，將粘結(jié)強(qiáng)度修正系數(shù)代入現(xiàn)行規(guī)范的裂縫寬度計(jì)算公式中，得到再生混凝土梁的裂縫寬度計(jì)算公式。同樣，將本文提出的裂縫寬度計(jì)算方法與現(xiàn)行規(guī)范方法進(jìn)行對比，選取典型試件，計(jì)算其在不同荷載下的裂縫寬度，并與試驗(yàn)實(shí)測裂縫寬度進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，現(xiàn)行規(guī)范方法計(jì)算得到的裂縫寬度值小于試驗(yàn)實(shí)測值，而本文提出的計(jì)算方法能夠更好地反映再生混凝土梁的裂縫開展情況，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測值吻合較好。通過對再生混凝土梁變形和裂縫寬度計(jì)算方法的研究可知，考慮再生混凝土特性對現(xiàn)有規(guī)范方法進(jìn)行修正，能夠提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，為再生混凝土梁的設(shè)計(jì)和正常使用性能評估提供更可靠的依據(jù)。四、再生混凝土抗壓和梁受彎性能的綜合分析與應(yīng)用建議4.1抗壓與梁受彎性能的關(guān)聯(lián)性分析再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系對于深入理解再生混凝土在結(jié)構(gòu)中的力學(xué)行為至關(guān)重要。從材料層面來看，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度直接影響梁受彎性能?？箟簭?qiáng)度是再生混凝土抵抗壓力的能力體現(xiàn)，它反映了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度和骨料與水泥石之間的粘結(jié)強(qiáng)度。在梁受彎過程中，梁的受壓區(qū)需要承受較大的壓力，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度越高，受壓區(qū)混凝土能夠承受的壓力就越大，從而使梁在受彎時更不容易發(fā)生受壓區(qū)混凝土被壓碎的破壞形式。例如，在試驗(yàn)中，抗壓強(qiáng)度較高的再生混凝土梁，其受彎承載力也相對較高。當(dāng)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度從30MPa提高到35MPa時，梁的受彎承載力可能會提高10%-15%，這表明抗壓強(qiáng)度的提升能夠有效增強(qiáng)梁的受彎承載能力。再生混凝土的彈性模量作為抗壓性能的一個重要指標(biāo)，對梁受彎性能中的變形有顯著影響。彈性模量反映了材料在受力時抵抗變形的能力。在梁受彎時，梁的撓度與材料的彈性模量成反比。再生混凝土由于再生骨料的特性，其彈性模量一般低于普通混凝土。較低的彈性模量使得再生混凝土梁在相同荷載作用下的變形更大，即撓度增加。例如，當(dāng)再生混凝土梁的彈性模量比普通混凝土梁降低20%時，在相同荷載作用下，再生混凝土梁的撓度可能會增大30%-40%，這對梁的正常使用性能產(chǎn)生較大影響。從結(jié)構(gòu)層面分析，梁的受彎性能反過來也對再生混凝土的抗壓性能提出了要求。在梁受彎破壞過程中，梁的受壓區(qū)混凝土?xí)?jīng)歷復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。如果梁的受彎設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致受壓區(qū)混凝土所承受的壓力超過其抗壓強(qiáng)度，就會使混凝土發(fā)生破壞，進(jìn)而影響梁的整體承載能力。例如，在超筋梁中，由于配筋率過高，受壓區(qū)混凝土在受拉鋼筋屈服前就被壓碎，這不僅浪費(fèi)了鋼筋材料，還使得梁的破壞呈現(xiàn)出脆性，降低了結(jié)構(gòu)的安全性。因此，為了保證梁在受彎過程中受壓區(qū)混凝土能夠充分發(fā)揮其抗壓性能，需要合理設(shè)計(jì)梁的配筋和截面尺寸，使梁的受彎性能與再生混凝土的抗壓性能相匹配。再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能還受到相同因素的影響。如再生骨料取代率，隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度下降，同時梁的受彎承載力也會略有降低。這是因?yàn)樵偕橇媳砻娓街呐f砂漿，降低了骨料與水泥石之間的粘結(jié)性能，導(dǎo)致再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷增多，在受壓和受彎時更容易發(fā)生破壞。水灰比也是影響兩者性能的共同因素，水灰比增大，會使再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，同時梁的剛度減小，裂縫開展更明顯，受彎性能變差。4.2再生混凝土在工程應(yīng)用中的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)4.2.1優(yōu)勢資源節(jié)約：再生混凝土的生產(chǎn)以廢棄混凝土為主要原料，將原本被視為廢棄物的混凝土塊回收再利用，有效減少了對天然骨料的開采需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1立方米再生混凝土，可節(jié)約約1.2-1.5噸天然骨料。這對于緩解天然骨料資源日益短缺的現(xiàn)狀具有重要意義，有助于實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)資源的可持續(xù)利用，減少對自然資源的過度依賴。環(huán)境保護(hù)：大量建筑垃圾的堆放不僅占用寶貴的土地資源，還可能對土壤、水體和大氣環(huán)境造成污染。再生混凝土技術(shù)通過回收廢棄混凝土，減少了建筑垃圾的產(chǎn)生量，降低了對環(huán)境的壓力。同時，減少天然骨料的開采，也降低了因開采活動對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，如植被破壞、水土流失等。例如，采用再生混凝土可使建筑垃圾排放量減少約70%-80%，顯著改善城市環(huán)境質(zhì)量。降低成本：在某些情況下，再生混凝土的生產(chǎn)成本低于普通混凝土。一方面，廢棄混凝土作為再生骨料的來源，成本相對較低；另一方面，隨著再生混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展和規(guī)?；a(chǎn)，其生產(chǎn)效率提高，成本進(jìn)一步降低。此外，再生混凝土在一些工程中的應(yīng)用，還可以減少運(yùn)輸成本和處置成本。例如，在距離建筑垃圾源較近的施工現(xiàn)場使用再生混凝土，可節(jié)省天然骨料的運(yùn)輸費(fèi)用，同時避免了廢棄混凝土的運(yùn)輸和填埋費(fèi)用。性能優(yōu)勢：經(jīng)過合理設(shè)計(jì)和制備，再生混凝土在某些性能方面具有優(yōu)勢。例如，再生混凝土的自重相對較輕，這對于一些對結(jié)構(gòu)自重有嚴(yán)格要求的建筑結(jié)構(gòu)，如高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)等，具有重要意義，可減輕結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時，由于再生骨料的孔隙率較高，再生混凝土具有較好的保溫隔熱性能，能夠降低建筑物的能耗，提高能源利用效率。4.2.2挑戰(zhàn)技術(shù)問題：再生混凝土的性能受多種因素影響，如再生骨料的品質(zhì)、配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等，導(dǎo)致其性能穩(wěn)定性較差。再生骨料的來源復(fù)雜，不同來源的廢棄混凝土基體強(qiáng)度、成分和性質(zhì)差異較大，使得再生骨料的質(zhì)量難以保證一致性。這給再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制帶來困難，容易導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度、耐久性等性能波動。此外，再生混凝土的生產(chǎn)工藝尚不完善，一些關(guān)鍵技術(shù)問題，如再生骨料的強(qiáng)化處理、再生混凝土的攪拌工藝等，仍有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。經(jīng)濟(jì)問題：盡管再生混凝土在資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)方面具有優(yōu)勢，但在一些地區(qū)，由于再生混凝土的生產(chǎn)規(guī)模較小，缺乏完善的產(chǎn)業(yè)鏈，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本相對較高。再生骨料的生產(chǎn)需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)，前期投資較大，而市場需求尚未充分開發(fā)，使得再生混凝土的價格缺乏競爭力。此外，再生混凝土的運(yùn)輸成本也可能較高，尤其是在廢棄混凝土來源分散、再生混凝土生產(chǎn)企業(yè)布局不合理的情況下。這些經(jīng)濟(jì)因素限制了再生混凝土在工程中的廣泛應(yīng)用。市場認(rèn)知與接受度：目前，部分建筑行業(yè)從業(yè)者和業(yè)主對再生混凝土的性能和可靠性存在疑慮，對再生混凝土的應(yīng)用缺乏信心。這種市場認(rèn)知不足，導(dǎo)致再生混凝土在市場推廣過程中面臨較大阻力。一些人認(rèn)為再生混凝土的性能不如普通混凝土，擔(dān)心其在工程應(yīng)用中會影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。此外，由于缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，再生混凝土在設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收過程中缺乏明確的依據(jù)，也增加了市場推廣的難度。政策法規(guī)不完善：雖然國家大力倡導(dǎo)資源循環(huán)利用和綠色建筑發(fā)展，但在再生混凝土領(lǐng)域，相關(guān)的政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范仍不夠完善。目前，對于再生混凝土的生產(chǎn)、應(yīng)用和質(zhì)量控制等方面，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致市場上再生混凝土產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。同時，政策支持力度不足，缺乏對再生混凝土生產(chǎn)企業(yè)的稅收優(yōu)惠、補(bǔ)貼等政策，難以激發(fā)企業(yè)的積極性和市場活力。這些政策法規(guī)方面的問題制約了再生混凝土行業(yè)的健康發(fā)展。4.3基于性能研究的工程應(yīng)用建議基于前文對再生混凝土抗壓和梁受彎性能的研究，為促進(jìn)再生混凝土在實(shí)際工程中的有效應(yīng)用，提出以下建議：材料選擇：優(yōu)先選用質(zhì)量穩(wěn)定、性能良好的廢棄混凝土作為再生骨料的來源，確保再生骨料的強(qiáng)度、級配和雜質(zhì)含量等指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對于再生骨料的品質(zhì)把控，應(yīng)建立嚴(yán)格的質(zhì)量檢測體系，在生產(chǎn)過程中對再生骨料進(jìn)行多次篩選和檢測，去除不合格的骨料。例如，通過篩分試驗(yàn)確保再生骨料的粒徑符合設(shè)計(jì)要求，通過壓碎指標(biāo)試驗(yàn)檢測其強(qiáng)度，通過含泥量試驗(yàn)控制雜質(zhì)含量。同時，合理搭配水泥、外加劑等其他材料，根據(jù)再生混凝土的性能要求和工程特點(diǎn)，選擇合適的水泥品種和強(qiáng)度等級，以及高效減水劑、增塑劑等外加劑，以改善再生混凝土的工作性能和力學(xué)性能。配合比設(shè)計(jì)：根據(jù)工程對再生混凝土強(qiáng)度、耐久性等性能的要求，結(jié)合再生骨料的特性，進(jìn)行科學(xué)合理的配合比設(shè)計(jì)。在配合比設(shè)計(jì)過程中，充分考慮再生骨料取代率、水灰比、砂率等因素對再生混凝土性能的影響。通過試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)分析，確定最佳的配合比參數(shù)，以提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和梁受彎性能。例如，適當(dāng)降低再生骨料取代率，在滿足工程要求的前提下，盡量減少再生骨料對混凝土性能的負(fù)面影響；優(yōu)化水灰比，根據(jù)再生骨料的吸水率調(diào)整用水量，保證混凝土的工作性能和強(qiáng)度；合理調(diào)整砂率，提高混凝土的和易性和密實(shí)度。同時，可采用正交試驗(yàn)等方法，全面研究各因素之間的交互作用，進(jìn)一步優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮再生混凝土的性能特點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)的承載能力、變形性能和耐久性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。對于再生混凝土梁，應(yīng)根據(jù)其受彎性能的研究結(jié)果，適當(dāng)增加配筋率，以提高梁的受彎承載力和剛度，減小裂縫寬度和撓度。在設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。同時，考慮再生混凝土的長期性能和耐久性，采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，如增加混凝土保護(hù)層厚度、設(shè)置伸縮縫等，以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。此外，對于重要結(jié)構(gòu)和復(fù)雜受力構(gòu)件，建議進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，確保結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。施工工藝：在施工過程中，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保再生混凝土的性能得到有效發(fā)揮。加強(qiáng)對原材料的質(zhì)量控制，對水泥、骨料、外加劑等進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保其質(zhì)量符合要求。優(yōu)化攪拌工藝，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，適當(dāng)延長攪拌時間，保證再生混凝土各組成材料均勻混合。在澆筑過程中，注意振搗密實(shí)，避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，根據(jù)再生混凝土的特點(diǎn)，制定合理的養(yǎng)護(hù)制度，確保混凝土在適宜的溫度和濕度條件下硬化，提高其強(qiáng)度和耐久性。同時，加強(qiáng)施工過程中的質(zhì)量檢測和監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，保證工程質(zhì)量。五、結(jié)論與展望5.1研究主要成果總結(jié)本研究通過試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬等方法，對再生混凝土的抗壓性能和梁受彎性能進(jìn)行了深入研究，取得了以下主要成果：再生混凝土抗壓性能：試驗(yàn)研究：通過設(shè)計(jì)并實(shí)施再生混凝土抗壓性能試驗(yàn)，研究了再生骨料取代率、水灰比、養(yǎng)護(hù)條件等因素對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢；水灰比越大，抗壓強(qiáng)度越低；良好的養(yǎng)護(hù)條件能提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。同時，研究了不同加載速率下再生混凝土的抗壓性能，發(fā)現(xiàn)加載速率越快，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度越高，破壞形態(tài)越趨近于脆性破壞。微觀分析：利用掃描電子顯微鏡（SEM）等微觀測試技術(shù)，分析了再生混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，再生混凝土內(nèi)部存在大量的孔隙和微裂縫，尤其是在再生骨料與水泥石的界面過渡區(qū)，界面粘結(jié)性能較差，這是導(dǎo)致再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低的主要微觀原因。模型建立：基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸分析方法，建立了考慮再生骨料取代率、水灰比和水泥強(qiáng)度等級等因素的再生混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型。通過對模型的驗(yàn)證與評估，結(jié)果表明該模型具有較高的預(yù)測精度和可靠性，能夠?yàn)樵偕炷恋呐浜媳仍O(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。再生混凝土梁受彎性能：試驗(yàn)研究：設(shè)計(jì)并制作了不同再生骨料取代率、配筋率的再生混凝土梁試件，進(jìn)行梁的受彎性能試驗(yàn)。觀察了梁的破壞模式，記錄了梁的開裂荷