ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
通过对再生粗骨料取代率0%、30%、50%、80%、100%的再生混凝土梁进行短期以及对其中取代率0%、50%、100%再生混凝土梁1 200d的长期变形试验研究，对比分析普通混凝土梁与再生混凝土梁、不同取代率再生混凝土梁之间变形发展规律。研究结果表明：再生混凝土梁短期刚度较普通混凝土梁小，长期加载阶段再生混凝土较普通混凝土、高取代率较低取代率再生混凝土梁呈现出变形前期增长缓慢、后期增长加速、长期变形曲线收敛时间较长的“后延性”特点；同时以短期变形试验数据为基础，拟合内力臂系数、钢筋应变不均匀系数、截面弹塑性抵抗矩系数，提出再生混凝土梁短期刚度计算方法；基于长期附加变形数据，提出挠度增大影响系数并建立适用于不同取代率再生混凝土梁长期刚度计算公式，采用该公式的计算结果与本试验及国内其他学者试验结果吻合较好，满足计算精度要求。
为研究再生混凝土梁的剪扭复合受力性能，以扭剪比和再生粗骨料取代率为试验参数，通过自行设计加载装置进行了7根再生混凝土梁的静力加载试验，观察试件的受力过程和破坏形态，分析不同设计参数对试件剪扭复合受力性能的影响。研究结果表明：再生混凝土梁的破坏形态与普通混凝土梁相近，随着扭剪比的增加，试件的破坏形态逐渐由受剪破坏向受扭破坏过渡；随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土梁的初始抗扭刚度和开裂荷载均有所降低，同时破坏时的脆性特征明显，但承载力降幅不大；GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中公式可用于计算再生混凝土梁剪扭复合承载力。
通过对不同再生粗骨料取代率、不同剪跨比下的再生混凝土梁进行斜裂缝宽度试验研究，分析了再生混凝土梁斜裂缝发展过程与最大宽度影响因素。试验结果表明：再生混凝土梁斜裂缝发展与普通混凝土梁相似，再生混凝土梁较普通混凝土梁斜裂缝更大，随着取代率不断增加，这一趋势更加明显；而相同取代率情况下再生混凝土梁剪跨比对其裂缝宽度影响更大，结合试验数据，拟合建立适用于再生混凝土梁斜裂缝宽度计算公式，并通过数据校核，计算结果满足精度要求。
为研究型钢再生混凝土梁柱中节点的受剪承载力，在型钢再生混凝土梁柱中节点试验研究的基础上，对其受剪机理进行了分析。结果表明：型钢再生混凝土梁柱中节点的破坏模式主要是剪切斜压破坏，其受力机理为钢筋再生混凝土斜压杆，钢“框架剪力墙”和钢筋空腹桁架的综合作用，将节点域的受剪承载力分为三部分，即节点域型钢腹板“剪力墙“和翼缘“框架”、节点域再生混凝土斜压杆、节点域箍筋的受剪承载力；通过对试验数据的回归分析，提出型钢再生混凝土梁柱中节点受剪承载力计算公式, 该计算式不仅考虑了梁、柱对节点域实际受力状态的影响，而且考虑了翼缘“框架”对再生混凝土的约束作用，采用计算式得到的结果与试验值吻合较好。
通过普通混凝土柱、再生混凝土柱及加掺粉煤灰再生混凝土柱受压性能试验，研究了加掺粉煤灰再生混凝土柱承载力、应变及破坏特征，并把试验结果与采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中混凝土柱受压承载力计算公式计算的结果相比较，给出了加掺粉煤灰再生混凝土柱的设计建议。试验及分析结果表明，再生混凝土中加入适量粉煤灰，使再生混凝土柱具有较好的受力性能及变形能力，受压柱承载力可按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中给出的相关公式进行计算。
通过方钢管再生混凝土偏压长柱静力试验研究其受力性能，考虑了长细比、偏心距、截面含钢率及再生骨料取代率4种因素，同时使用DS2声发射信号分析仪对试验进行监测。得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及声发射采集绘制混凝土损伤点3D定位图等数据，采用各规范对钢管再生混凝土偏压长柱承载力进行计算，并与实测结果进行比较。分析结果表明，随含钢率的增大，方钢管再生混凝土偏压长柱的刚度相应增大，含钢率越大其延性越好，而偏心距越大其刚度退化也越快，声发射仪器对混凝土损伤定位区域与实际破坏区域较吻合，建议采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》中给出的公式计算方钢管再生混凝土偏压长柱的承载力。
为研究高强再生混凝土柱的小偏压受力性能，进行了2个足尺高强普通混凝土柱和2个足尺高强再生混凝土柱的小偏心受压单向重复加载试验，分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程、轴力挠度曲线、截面应变及耗能。结果表明：高强再生混凝土柱与高强普通混凝土柱相似，两者破坏特征和性能退化过程无明显区别；等强度混凝土、等截面面积、等配筋率下，高强圆形截面柱比高强方形截面柱抗压性能明显好，高强再生混凝土柱比高强普通混凝土柱抗压性能略好；设计中高强再生混凝土柱小偏压承载力计算，可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中公式，并建议对公式中再生混凝土强度进行修正的简化计算方法。
以课题组前期进行的再生粗骨料取代率、经历温度为主要变化参数完成的120个棱柱体试块、24根型钢再生混凝土短柱和32根型钢再生混凝土梁的高温后受力性能试验为基础，分析了再生混凝土试块、型钢再生混凝土构件的高温损伤和承载力、刚度退化等力学性能变化规律。研究结果表明：高温作用后，再生混凝土试块及型钢再生混凝土构件发生了表观颜色由青灰色向灰白转变、表面皲裂和质量变轻等物理现象；随着经历温度的升高，再生混凝土的强度与弹性模量以及型钢再生混凝土构件的轴压、受弯和受剪承载力、刚度均出现大幅退化，而型钢再生混凝土构件的延性和耗能性能受经历温度影响不大；随着再生粗骨料取代率的增大，试件质量烧失率、峰值变形及承载力呈现出小幅增大趋势，而刚度、延性及耗能系数波动较大，未呈现明显规律。
为研究再生混凝土经历高温及冻融循环后的抗压性能，以不同再生骨料取代率（0%、30%、50%、70%、100%）为主要变化参数，分析经历不同温度（20、200、400、600℃）及冻融循环（0、15次）作用后混凝土抗压强度的变化规律。研究结果表明：再生骨料取代率越大，混凝土抗冻融能力越差，取代率100%混凝土经高温和冻融作用后，其抗压强度仅为冻融前的60.7%；经历400℃高温及15次冻融循环作用后，再生骨料取代率超过50%时抗压强度明显下降，取代率100%混凝土的抗压强度仅为取代率0%时抗压强度的70.3%。
通过箍筋约束再生混凝土短柱动态力学试验，获得了应力应变试验曲线，研究应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响。基于试验结果，提出了考虑应变率效应、约束效应和再生粗骨料取代率影响的约束再生混凝土 (CRAC) 单轴受压应力应变关系模型。将提出的CRAC材料模型应用于再生混凝土结构的动力非线性分析。结果表明：结构动力分析结果和已有试验结果吻合较好，考虑应变率效应后，其计算结果与试验结果更为接近，更能真实地反映结构在地震动下的力学行为。验证了计算程序的可行性，以及所建议的CRAC材料模型的合理性，为再生混凝土结构动力非线性分析和抗震优化设计提供参考。
将高强度等级的自密实新混凝土和低强度等级的废旧混凝土块体混合浇筑，制作了8个300mm×300mm×300mm立方体试件和8个300mm×300mm×600mm棱柱体试件, 对其进行了单轴受压试验，研究了废旧混凝土块体取代率（0、20%、30%和40%）和试件形状（立方体和棱柱体）对自密实再生混合混凝土受压性能的影响。研究表明：自密实再生混合混凝土中废旧混凝土块体与新混凝土的界面并非是明显的薄弱部位；随着废旧混凝土块体取代率的增大，自密实再生混合混凝土的组合抗压强度和弹性模量都逐渐降低，废旧混凝土块体取代率对组合抗压强度的影响相比弹性模量更为显著；当荷载比小于0.8时，自密实再生混合混凝土泊松比随荷载比的增长速度与新混凝土相差不大；当荷载比位于0.8~0.9区间时，前者泊松比随荷载比的增长速度明显快于后者。并在试验结果的基础上，提出了自密实再生混合混凝土组合抗压强度、弹性模量和峰值应变的计算方法。
实验室配制再生混凝土时，一般采用再生骨料饱和面干法（PMA），此外，也有两阶段拌合法（TSMA）、等量砂浆含量法（EMV）与直接加水法（MWC）等其他配制方法以提高再生混凝土基本力学性能或简化其配制过程。为了便于实现再生混凝土在结构工程领域的商品化，通过试验研究，对比了这4种配制方法对再生混凝土抗压强度、弹性模量和收缩性能的影响。试验结果表明：采用两阶段拌合法（TSMA）配制的再生混凝土与饱和面干法（PMA）配制的相比，其抗压强度、弹性模量与收缩性能最大仅降低47%。在不显著影响再生混凝土基本力学性能的前提下，TSMA法省略了再生骨料的饱和面干处理过程，便于工程应用。在此基础上，将现有再生混凝土弹性模量和收缩模型与两阶段拌合法（TSMA）配制的再生混凝土试验数据进行对比，验证了模型的可行性。
针对粒径为25~80 mm的大粒径再生粗骨料混凝土，基于图像重建方法，采用ANSYS有限元软件建立数值模型对其立方体单轴受压性能进行了研究。模拟结果表明：再生粗骨料的形状对再生混凝土中裂缝萌生有影响，初始裂缝出现在再生粗骨料的棱角处；再生混凝土中裂缝发展初期，主要沿新老砂浆界面和天然石子与新砂浆界面发展，然后向新砂浆和老砂浆内部延伸；新混凝土强度低于老混凝土强度时，大粒径再生粗骨料混凝土试件破坏相对较轻；大粒径再生粗骨料混凝土试件中新老砂浆界面对强度有较大影响，该区域在试件破坏前后都是应力最大的区域。
试验中配制了不同水灰比、粗骨料取代率、细骨料取代率的再生混凝土，对其进行了基本力学性能试验，测试了立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度，考察了受压破坏过程与破坏形态，分析了再生粗、细骨料、水灰比对再生混凝土破坏形态及抗压强度等的影响。试验结果表明：再生粗骨料、细骨料配制的再生混凝土的破坏形态与普通混凝土破坏形态相似；再生混凝土的抗压强度随着水灰比、再生粗、细骨料取代率的增大而降低；当再生粗骨料取代率大于75%时，再生混凝土抗压强度较普通混凝土有显著下降；当再生细骨料取代率小于30%时，再生细骨料对再生混凝土抗压强度的影响很小；当再生混凝土完全使用再生粗、细骨料时，各水灰比下再生混凝土抗压强度较普通混凝土下降了36%~42%；通过回归分析，提出了再生混凝土劈裂抗拉强度及轴心抗压强度与立方体抗压强度的换算公式。
氧化石墨烯具有高强度、高导电性、高导热性等优点，将其用于水泥基复合材料中，可以提高其强度，改善其耐久性能。为研究氧化石墨烯对再生混凝土改性作用，对氧化石墨烯掺量为0%、0.02%、0.04%、0.06%的再生混凝土力学性能和抗冻性能进行了试验研究。结果表明：随着氧化石墨烯掺量的增加，再生混凝土的力学性能和抗冻性能得到有效改善；为研究氧化石墨烯对再生混凝土改性机理，通过电镜扫描试验观察再生砂浆的微观结构，掺入0.06%的氧化石墨烯后再生砂浆的微观结构得到了改善。
通过对3组高强化再生混合混凝土圆柱体试件（由C70新混凝土和C30废旧混凝土块体混合浇筑而成）、1组C70新混凝土圆柱体试件、1组C30废旧混凝土圆柱体试件的基本徐变试验，分析了废旧混凝土块体取代率和应力比对高强化再生混合混凝土徐变性能的影响。研究表明：高强化再生混合混凝土的徐变度和徐变柔量均随着废旧混凝土块体取代率的增加有所增大，总体上小于废旧混凝土的徐变度和徐变柔量，而与新混凝土的徐变度和徐变柔量相对更为接近；当应力比小于04时，高强化再生混合混凝土的基本徐变仍近似与其应力比成正比。
采用废弃混凝土为再生粗骨料，以不同的取代率配制再生骨料混凝土。研究不同配制方法、再生骨料取代率、粉煤灰掺量对再生骨料混凝土徐变性能的影响。结果表明：持荷时间为150d时，再生粗骨料取代率为50%、70%和100%的再生骨料混凝土总徐变度较普通混凝土的分别增加18.5%、47.7%和52.7%；预湿法、净浆裹石法、掺入硅灰的净浆裹石法等3种配制方法对减小再生骨料混凝土的徐变变形均有明显效果，持荷时间为150 d时，能使再生骨料混凝土徐变变形降低10%~25%；适量掺入粉煤灰可有效改善再生骨料混凝土的徐变性能，对于持荷时间为360 d的总徐变度，混凝土试件在粉煤灰掺量为40%时最小，比未掺粉煤灰的再生混凝土降低了14.6%。
通过对再生粗骨料取代率分别为0%、50%、100%的再生混凝土试件进行收缩和徐变试验，研究了再生粗骨料取代率对再生混凝土（RAC）徐变的影响。研究表明：再生混凝土的徐变变化规律与普通混凝土相似，持荷60d时RAC-50%、RAC-100%试件的徐变系数较普通混凝土（NAC）试件分别增加26%、45%，徐变值随再生粗骨料取代率的增加而增加。同时，在普通混凝土、RAC-50%和RAC-100%试件徐变试验结果的基础上，基于ACI209R徐变预测模型，建立了考虑再生粗骨料取代率影响的修正模型，该模型能较好地预测高应力水平下的再生混凝土的徐变，计算精度满足要求。
再生混凝土构件受力分析的关键问题是钢筋与再生混凝土间的黏结滑移本构关系。进行了49个钢筋与再生混凝土试件黏结滑移性能的试验研究。试件尺寸为150 mm×150 mm×450 mm，钢筋直径d分别为10、14、20mm，钢筋外形分为螺纹钢筋、光圆钢筋，钢筋锚固长度分为5d、10d、20d，混凝土再生粗骨料取代率分别为33%、66%、100%，再生细骨料取代率分别为50%、100%，混凝土设计强度分为中强和高强。试验研究表明：再生粗细骨料取代率及混凝土强度、钢筋外形、钢筋锚固长度为影响试件黏结滑移性能的关键因素；再生细骨料取代率50%以上时，钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能退化明显；与普通混凝土试件相比，中高强再生粗骨料螺纹钢筋混凝土试件相对混凝土强度的黏结效率系数明显提高。
采用正交试验方法设计了9个标准推出试件，对型钢与再生混凝土之间的黏结滑移性能进行了试验研究。结果表明：型钢再生混凝土与型钢普通混凝土的破坏形态类似，都经历了无滑移阶段、滑移阶段、破坏阶段、荷载-滑移曲线下降段和水平残余段等受力阶段；再生粗骨料取代率、再生混凝土强度、型钢保护层厚度、型钢埋置长度对平均黏结强度具有一定的影响。基于本次试验数据拟合建立黏结强度计算式，将计算值与试验值相比较，结果满足计算精度。
通过5组锈蚀钢筋再生混凝土中心拉拔试件，研究锈蚀钢筋与再生混凝土黏结性能，分析在钢筋锈蚀率、钢筋直径和混凝土强度等因素影响下，锈蚀钢筋与再生混凝土间黏结应力滑移的本构关系。得到锈蚀钢筋与再生混凝土间的黏结强度影响因子，获取了锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移曲线以及黏结区不同位置处钢筋应变的分布规律。结果表明：锈蚀率较小时，自由端发生滑移，试件仍能承受荷载；锈蚀率较大时，自由端出现微小滑移，试件发生劈裂破坏。为了准确得出相同滑移值下不同锚固位置的黏结应力，先拟合出相应位置处黏结应力与滑移值的关系式，再通过代入滑移值计算得出黏结应力，最后建立考虑位置函数的锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移本构关系。并与平均黏结应力进行了对比，结果表明拟合值与试验值吻合较好。
为准确认识侧向压力作用下光圆钢筋、变形钢筋在再生混凝土中的黏结机理，侧向压力对黏结性能的影响，对48个钢筋再生混凝土（再生粗骨料替代率为30%）试件进行了不同侧向压力作用下的中心拔出试验，观察了试件破坏模式、表面裂缝特征，研究了侧向压力、钢筋表面形式、钢筋直径等对黏结强度的影响规律。结果表明：在无侧压状态下，黏结强度随变形钢筋直径的增大而减小，在侧向压力相同的情况下，不同直径的变形钢筋与再生混凝土间黏结强度相差不大；将本文试验结果与其他试验结果进行了比较，并分析了差异成因。本文的研究结果可为钢筋再生混凝土结构的精确有限元分析提供试验依据和参考。
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