再生块体/骨料混凝土的受压性能及其预制叠合板研究

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为进一步提高废旧混凝土的循环利用率,课题组提出了再生块体/骨料混凝土策略,即将再生块体与新拌再生骨料混凝土进行混合浇筑,以制备各类结构构件。本文开展了再生块体/骨料混凝土的受压试验,对比了3种废旧混凝土循环利用策略的环境影响;提出了采用再生块体/骨料混凝土时,预制叠合板的构造优化方案,开展了该类构件的试验研究和数值分析。主要工作及成果如下:1.开展了27个再生块体/骨料混凝土圆柱体的受压试验,通过压汞和扫描电镜对试验现象进行了解释。研究表明:(1)与实际工程中仅采用再生粗骨料的再生骨料混凝土相比,再生块体/骨料混凝土的建筑固废含量可提高1倍及以上;即使再生块体取代率和再生骨料取代率分别高达35%和70%,再生块体/骨料混凝土仍具有良好抗压强度;(2)当再生块体抗压强度相比再生骨料混凝土偏低时,再生块体/骨料混凝土的抗压强度随着再生块体取代率的增加而降低,且再生骨料取代率100%时降低幅度显著大于再生骨料取代率50%和70%情况;(3)再生骨料取代率为100%时,采用再生块体使其附近的再生骨料混凝土中新砂浆出现了孔隙率增大和有害孔增多的现象;(4)当再生骨料混凝土的弹性模量相比再生块体较明显偏低时,受压时二者界面出现贯穿微裂缝,整体受压性能明显劣化。2.为避免实际工程中再生块体/骨料混凝土出现受压性能明显劣化的情况,进一步开展了54个再生块体/骨料混凝土圆柱体的受压试验,初步提出了避免该类情况的保障策略,并建立了再生骨料混凝土抗压强度和弹性模量的预测神经网络以支撑该策略的实施。研究表明:(1)再生骨料混凝土的抗压强度相近时,其弹性模量也可能存在较明显差异;(2)再生骨料混凝土的弹性模量相比再生块体较明显偏低时,采用再生块体所导致的再生块体/骨料混凝土弹性模量降低效应逐渐缓解;(3)再生骨料混凝土的弹性模量相比再生块体较明显偏低时,提高前者的抗压强度可有效避免二者之间界面成为明显薄弱环节,进而避免整体受压性能明显劣化,建议给出了此时再生块体/骨料混凝土抗压强度和弹性模量的计算公式;(4)所建立的2个BP神经网络,均具有较好预测精度。3.为展现再生块体/骨料混凝土的环境影响优势,针对预制构件生产场景,就该类混凝土与再生块体混凝土和再生骨料混凝土的环境影响进行了对比评估。研究表明:(1)几乎所有工况中,再生块体/骨料混凝土都具有最低的环境影响指标,环保效益最为显著;(2)所有环境影响指标都随再生块体取代率增加而显著降低,除全球变暖潜力值以外的其它指标随再生骨料取代率提高也逐渐降低,但降幅低于再生块体的影响;(3)生产抗压强度较低的混凝土预制构件时,无论采用再生块体还是再生粗骨料都具有更优的环保效益;(4)水泥生产对3种混凝土的环境影响在各项指标中占比最大,材料运输次之;(5)相比再生块体混凝土,再生块体/骨料混凝土和再生骨料混凝土对于建筑固废消纳场的选址更为敏感。4.在用钢量相同的原则下,提出了将常规构造中桁架筋转化为受力筋的再生块体/骨料混凝土预制叠合板以提高其承载能力,分别开展了预制底板和叠合板的受弯试验以及叠合面的受剪试验。研究表明:(1)未设置桁架筋的再生块体/骨料混凝土预制底板的开裂前抗弯刚度,不弱于设置有桁架筋的常规构造预制底板;(2)相比设置有桁架筋的常规构造预制底板和叠合板,未设置桁架筋的再生块体/骨料混凝土预制底板和叠合板的抗弯承载力均有明显提高,其中预制底板的提高幅度不低于50%,叠合板的提高幅度约20%;(3)未设置桁架筋的再生块体/骨料混凝土叠合板的叠合面受剪性能,显著优于设置有桁架筋的常规构造叠合板,前者的叠合面抗剪承载力约为后者的2.3倍。5.为更清晰地阐释再生块体/骨料混凝土预制底板中凸出的块体对底板开裂前抗弯刚度的影响机理,开展了该类预制底板的数值分析。研究表明:(1)基于三维激光扫描获取的表面点云数据,将三维底板降维转化为多个竖向二维截面进行抗弯刚度求解,大幅降低了数值模拟成本,提升了复杂表面实体的参数分析可及性;(2)针对再生块体/骨料混凝土预制底板所建立的数值模型,具有较好的计算精度;所提出的块体生成方法和块体投料算法,可较好地实现预制底板中再生块体大小、形状和分布的随机性,建模效率较高;(3)预制底板开裂前抗弯刚度随着块体取代率和块体特征尺寸的增加而提高,总体上随着块体形状为细长、类球、扁平依次降低;(4)不同形状块体混合使用时,只要合理确定块体特征尺寸和块体取代率的下限,即可使再生块体/骨料混凝土预制底板的开裂前抗弯刚度不低于设置有桁架筋的常规构造预制底板。
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