钢管再生混凝土力学性能的研究进展

田 璐

(中国十七冶集团有限公司,安徽 马鞍山 243000)

近年来，随着我国城市建设的高速发展，对建筑材料的消耗量越来越大，而混凝土是使用量最大的建筑材料，它具有抗压强度大、耐久性好、抗震性能好、可模性好、取材容易和生产技术要求较低等优点，同时缺点也较为明显，如抗拉强度较小、脆性大和易开裂等。大量使用混凝土对自然资源的消耗极为巨大，必然造成环境问题。老旧建筑物和构筑物拆除及自然灾害如地震等则会产生大量的废弃混凝土，如果仅靠堆弃和掩埋解决诸如此类的建筑垃圾，必然造成环境的二次污染。

将废弃混凝土加工处理后作为骨料掺入混凝土中制成再生混凝土则是解决上述问题的有效措施。钢管混凝土技术在国内已经较为成熟，因其承载力高、延性好和建筑材料使用量相对较少等优点而被广泛使用，所以钢管再生混凝土是一种较为合理的再生混凝土技术使用方案，两者结合使用可以充分发挥再生混凝土和钢管混凝土的材料特性优点，促进废弃混凝土的回收利用和再生混凝土技术的研究发展。

1 再生钢管混凝土的轴向受压性能

Mohanraj等[1]开展了钢管再生混凝土柱的轴向受压试验，结果表明，在相同含钢率的条件下，钢管再生混凝土柱的极限承载力和延性要大于普通的钢筋混凝土柱和钢筋再生混凝土柱，而且钢管再生混凝土柱节省了10%左右的混凝土材料，说明了钢管再生混凝土用于实际工程结构中的可行性。而邱昌龙[2]也得出了类似的结论，并且提出了在钢管再生混凝土柱中掺入膨胀剂可有效提高其抗压强度。

Konno等[3]对轴向荷载作用下的钢管再生混凝土柱力学性能进行了研究，结果表明钢管再生混凝土的力学性能和普通钢管混凝土类似，但再生钢管混凝土柱的断裂速度相较于普通混凝土柱要快一些，虽然再生混凝土柱的极限承载力和刚度都要低于普通钢管混凝土，但其提供的力学强度足以正常使用。

张向冈等[4]分别对圆钢管再生混凝土长柱和方钢管再生混凝土长柱进行轴压静力单调加载试验，考虑了截面形式、再生粗骨料取代率、长径比3个影响因素，试验结果和计算结果表明，在加载过程中，钢管再生混凝土柱的受力过程与普通钢管混凝土柱类似，分为弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，破坏形态分为材料强度破坏和弹塑性失稳破坏。随着长径比的增加，圆钢管再生混凝土柱的承载力逐渐降低，但是对方钢管再生混凝土柱的影响并不明显。再生骨料取代率对钢管再生混凝土柱的承载力影响变化较小。

马辉等[5]对圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行了轴心受压试验，分析了再生粗骨料取代率、钢管径厚比、截面型钢配钢率和长细比等4个影响因素，试验结果表明，组合柱的破坏形态主要表现为在截面型钢屈服后钢管表面发生鼓曲变形破坏，核心再生混凝土则发生剪切破坏和压溃破坏。随着再生骨料取代率的提高，组合柱轴向承载力随之降低，但变形能力依然良好。随着长径比的减小，钢管径厚比的减小和型钢配筋率的提高，试件的轴向承载力均随之提高。

2 再生钢管混凝土的偏心受压性能

Yang等[6]研究了钢管再生混凝土柱在偏心荷载作用下的力学性能，研究结果表明，钢管再生混凝土柱的破坏形态与普通钢管混凝土类似，属于整体屈曲破坏，而随着偏心距的增大，钢管再生混凝土柱的极限承载力随之下降。

曹万林等[7]研究了圆钢管高强再生混凝土柱的偏心受压性能，结果表明，圆钢管高强再生混凝土柱的偏压破坏形态和损伤发展过程与普通钢管混凝土柱相似，再生混凝土与钢管能够充分协同工作，变形性能较好。圆钢管高强再生混凝土柱的承载力、延性及耗能都有所提高，刚度退化过程与普通钢管混凝土柱类似。随着偏心距的增加，圆钢管高强再生混凝土柱的承载力随之下降，刚度退化变快，但延性却有所提高。

陈宗平等[8]研究了方钢管再生混凝土柱在偏心受压作用下的性能退化规律，以再生粗骨料取代率、长细比和偏心距作为影响因素，结果表明，方钢管再生混凝土柱的承载力要低于普通钢管混凝土，试件的极限承载力随着长细比和偏心距的增大而减小。试件耗能能力随着偏心距和长细比的增大而提高，而随着再生粗骨料取代率的提高而降低，总体来说，偏压试件的耗能能力优于轴压试件。

3 再生钢管混凝土的抗震性能

董宏英等[9]对圆钢管再生混凝土柱进行了拟静力试验，考虑了再生骨料取代率、剪跨比和轴压比等影响因素对试件抗震性能的影响，试验结果表明，再生粗骨料取代率和轴压比的变化对试件的抗震性能影响并不明显，而剪跨比对试件的抗震性能影响较为显著，随着剪跨比的提高，试件承载力明显下降，但延性变好。在具体分析了各试件的破坏特征、承载力、延性、滞回曲线、耗能能力、刚度退化等特性之后可以得出，钢管再生混凝土柱具有优秀的耗能能力和抗震能力。

Tang等[10]对钢管再生混凝土柱开展了低周反复加载试验，并采用有限元方法，研究了长径比、径厚比和轴压比对钢管再生混凝土柱抗震性能的影响。试验结果和计算结果表明，相较于普通再生混凝土柱，钢管再生混凝土柱表现出了优异的抗震性能和变形能力，表明了钢管再生混凝土结构作为于地震区的工程结构构件进行使用。

黄一杰[11]对6个再生混凝土试件开展低周反复加载试验，以再生粗骨料取代率、混凝土强度等级为主要影响因素，结果表明，钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能。试件的延性、滞回性能、耗能能力受再生粗骨料取代率和混凝土强度等级变化的影响不大，试件的极限承载力受再生粗骨料取代率变化的影响并不显著。

4 结论与展望

1)钢管再生混凝土柱的轴向受压和偏心受压性能可以满足实际工程结构中对结构构件的力学性能的要求，其受力特性基本与普通钢管混凝土类似。

2)钢管再生混凝土在低周反复加载等拟静力试验中表现出了优秀的抗震能力和耗能能力，可以将其用于地震区的结构设计施工中。

3)目前国内对钢管再生混凝土的设计和施工等方面没有形成一套完善的规范和体系，无法大范围投入实际工程使用，那么形成一套钢管再生混凝土设计施工规范是推广其大范围应用的工作重点。

4)钢管再生混凝土施工过程容易出现核心混凝土不够密实的现象，影响结构强度，可以研究将自密实混凝土应用于钢管再生混凝土中的性能，以期提高核心混凝土的密实性，提高结构强度。