再生混凝土在钢管混凝土结构中的应用
【摘要】：再生混凝土技术作为发展生态、绿色混凝土，实现建筑、资源、环境可持续发展的主要措施之一，正日益受到人们的重视。然而，由于再生混凝土结构性能较普通混凝土结构有不同程度的降低，阻碍了再生混凝土在结构工程中应用。将再生混凝土应用于组合结构中，形成钢－再生混凝土组合结构，可以弥补再生混凝土结构性能的不足，还具有十分重要的保护环境的意义。本文探讨了再生混凝土在钢管混凝土结构中应用的可能性。结果表明，再生混凝土应用于钢管混凝土结构中是完全可行的，这为再生混凝土应用于结构工程中提供了广阔的前景。 【关键词】：再生混凝土;钢管混凝土结构;组合结构;钢管再生混凝土结构 1.引言 再生混凝土通常是指利用再生骨料部分或全部替代天然骨料配制而成的新混凝土。再生混凝土技术可以实现对废弃混凝土的回收利用，恢复其部分原有性能，形成新的建材产品，从而既减少了填埋和简单堆放的废弃混凝土的数量，又使有限的资源得以再利用，同时还解决了部分环保问题，具有显著的环境、经济和社会效益。因此，从环境保护与资源有效利用的角度来讲，再生混凝土技术是有益的而且必要的。基于这一点，再生混凝土技术通常被认为是发展生态绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。然而，由于再生混凝土的力学性能、耐久性能、变形性能等性能低于普通混凝土，使得再生混凝土结构性能较普通混凝土结构有不同程度的降低，这成了再生混凝土在结构工程中应用的最大障碍。众所周知，组合结构能使钢材和混凝土两种不同性质的材料扬长避短，各自发挥其特长，具有一系列的优点。如果将再生混凝土应用于组合结构中，既可以使结构具有组合结构的优点，弥补再生混凝土的不足，又具有重要的生态意义。因而，这将为再生混凝土应用于结构工程中提供广阔的前景。为此，本文对再生混凝土应用于钢管混凝土结构中的可能性进行了初步探讨。 2.钢管混凝土 2.1基本原理 钢管混凝土是指在薄板钢管之内填充混凝土而成的组合结构材料。作为一种混凝土与钢管形成的组合结构材料，钢管混凝土的基本原理如下： (1)借助于内填的混凝土可以增强钢管壁的稳定性； (2)借助于钢管对核心混凝土的套箍（约束）作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有很高的抗压强度和变形能力。 2.2基本特点 三向受压的混凝土的抗压强度大大提高，同时塑性增大，在工作性质上起了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料，这一转变也决定了钢管混凝土的基本性质和特点，其基本特点为： (1)承载力大大提高； (2)具有良好的塑性和抗震性能； (3)经济效果显著。 2.3基本优点 钢管混凝土的除具有一般套箍混凝土的强度高，重量轻，塑性好，耐疲劳，耐冲击等优点外，还具有以下一些在施工工艺方面的优点： (1)钢管本身就是耐测压的模板。因而浇灌混凝土时，可省去支模、拆模的工和料，并可适应先进的泵灌混凝土工艺； (2)钢管本身就是钢筋。它兼有纵向钢筋（受拉和受压）和横向箍筋的作用。制作钢管远比制作钢筋骨架省工省料，而且便于浇灌混凝土； (3)钢筋本身又是劲性承重骨架。在施工阶段可起劲性钢骨架的作用，其焊接工作量远比一般型钢骨架少，从而简化施工安装工艺，节省脚手架，缩短工期，减少施工用地。在寒冷地区，可以冬季安装空钢管骨架，开春后再浇灌混凝土，钢管施工不受季节的限制。 3.再生混凝土在钢管混凝土结构中的应用 [Page] 目前，我国关于钢管普通混凝土结构的研究，特别在构件的性能和理论研究方面处于国际领先水平，已建立了成熟的分析和计算理论。但是，关于钢管再生混凝土的研究还比较少。 已有的试验结果表明，再生混凝土的泊松比与普通混凝土相当，可以发挥钢管对核心混凝土的套箍（约束）作用。再生混凝土的弹性模量较低，收缩、徐变较大。然而，随着高性能再生混凝土技术的发展，再生混凝土的各项性能得到了大幅度改善，已研制出C60以上的高性能再生混凝土。因此，再生混凝土作为钢管混凝土的核心混凝土是完全可能的。将再生混凝土应用于钢管混凝土结构可克服再生混凝土诸多力学性能的不足，开辟了再生混凝土在结构工程中大范围使用的新前景。 在钢管的约束下，再生混凝土的弹性模型、强度、塑性和韧性性能可得到不同程度的改善。杨有福、Konno等对钢管再生混凝土轴压短柱、纯弯构件和压弯（偏压）构件的试验结果均表明，钢管再生混凝土构件与钢管普通混凝土构件的力学性能类似。然而，由于再生混凝土的强度和弹性模量低于相同配合比的普通混凝土，钢管再生混凝土构件的承载力、轴压短柱弹性模量和纯弯构件刚度均低于相应的钢管普通混凝土构件。由此可以推知，核心混凝土强度相同的钢管再生混凝土与钢管普通混凝土，其各种力学性能应该会更接近。另外，根据韩林海等的试验结果，核心混凝土在养护成型和使用阶段均处于密闭状态，收缩变形主要是化学收缩及自收缩，同时核心混凝土沿纵向收缩受到钢管的限制，使得核心混凝土的收缩变形大大减小。由此可知，若用再生混凝土作为钢管混凝土的核心混凝土，其收缩较大的性能可得到明显改善。 当然，以上结论是基于钢管再生混凝土基本构件在较简单荷载作用下的试验结果之上的。由于再生混凝土收缩、徐变、导热系数、脆性较普通混凝土大，而其弹性模量较普通混凝土小，这使得钢管再生混凝土的工作机理与钢管普通混凝土有所差异。例如，Virdi和Dowling、Roeder等的试验表明，收缩越大，钢管和核心混凝土之间的粘结强度越小，而再生混凝土的收缩较普通混凝土大，这将会降低钢管再生混凝土的粘结强度。再生混凝土的弹性模量较普通混凝土大，这将增大钢管再生混凝土的徐变。黄运标的试验结果表明，再生混凝土耐火性能优于普通混凝土，这有利于以再生混凝土为核心混凝土的钢管混凝土构件的耐久性能。 由此，更深入地研究钢管再生混凝土的工作机理，包括核心再生混凝土的收缩、徐变以及与钢管之间的粘结性能，钢管再生混凝土节点、框架以及结构体系在各种复杂荷载作用下的力学性能，如滞回性能、长期性能、耐火性能、耐久性能、火灾作用后的力学性能等，对推广钢管再生混凝土结构在工程中的应用具有重用的意义。 4.结语 基于以上分析，可以得出以下结论： (1)钢管再生混凝土构件的力学性能与钢管普通混凝土构件的力学性能相类似。 (2)再生混凝土应用于钢管混凝土结构具有组合结构的优点，弥补了再生混凝土结构性能上的不足，同时又有利于保护环境，生态意义重大。 (3)钢－再生混凝土结构为再生混凝土应用于结构工程中提供了广阔的前景。开展钢－再生混凝土结构的研究很有必要，还有许多工作需要进一步展开。 参考文献 [1]韩林海,钢管混凝土结构－理论与实践[M].北京:科学出版社,2004. [2]蔡绍怀,现代钢管混凝土结构[M].北京:人民交通出版社,2003. [3]宋灿,再生混凝土抗压力学性能及显微结构分析[D].哈尔滨:哈尔滨建筑大学，2003. [4]徐蔚,再生粗骨料取代率对混凝土结构基本性能的影响．混凝土，2006，29(9):45-47. [5]屈志中,钢筋混凝土破坏及其利用技术的新动向[J].建筑技术，2001，32(2):102-104. [6]颜聪,废弃混凝土粒料回收利用之研究[D]．台湾国立中兴大学研究报告，1997. [7]赵伟,绿色高强高性能再生混凝土试验研究[D]．武汉：武汉大学，2004. [8]KonnoK.,SatoY.,KakutaY,etal.Propertyofrecyeldconcretecolumnencasedbysteeltubesubjectedtoaxialcompression.TransactionsoftheJapanConcreteInstitue,1997,19(2):231-238. [9]杨有福,钢管再生混凝土构件力学性能和设计方法若干问题的探讨．工业建筑，2006，36(11):1-5,10. | | |
| 原作者： 黄锦昌 夏可 祝全清 |
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