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再生骨料混凝土多孔砖及其砌体受力性能研究

郝彤  
【摘要】: 我国的城市建设和旧城改造每年都要产生大量的建筑垃圾,煤矿、发电等产业每年也排放大量的工业废渣,处理和堆放这类建筑垃圾和工业废渣,不仅要花费较多的资金,而且还严重影响环境。将建筑垃圾、工业废渣回收利用做成多孔砖符合我国的可持续发展战略,并有着社会、经济、环境多种效益。再生骨料混凝土多孔砖的开发利用,不仅解决了建筑垃圾大量堆积的问题,同时也为普通粘土砖禁用带来的一系列问题提供了一种解决方法。然而,作为一种新型墙体材料,在再生骨料混凝土多孔砖真正应用于实际工程之前,必须建立其完整的力学理论体系。为了推广再生骨料混凝土多孔砖的应用,本文通过试验研究和理论分析,对建筑垃圾工业废渣再生骨料混凝土多孔砖及其砌体的受力性能进行了研究,主要内容如下: 1.与天然骨料相比,再生骨料具有堆积密度小、吸水率高、表面粗糙的特点,采用正交试验分析了水灰比、单位用水量和砂率对再生骨料混凝土抗压强度的影响。通过3种再生骨料27组配合比正交试验,研究了再生骨料混凝土多孔砖的配合比,分析了骨料类别与再生骨料混凝土多孔砖强度的关系,建立试块强度与多孔砖抗压强度关系。在此基础上,对再生骨料混凝土多孔砖的抗压强度、收缩、冻融及其他物理性能进行试验,并进行试验室制砖和现场制砖的对比。结果表明:建筑垃圾及工业废渣再生骨料混凝土多孔砖的收缩变形较小,冻融循环试验结果符合要求,可作为替代粘土砖的新型承重墙体材料之一。 2.通过再生骨料混凝土多孔砖砌体抗压试验,全面系统分析了再生骨料类别、块体强度、砂浆强度等试验变化参数对多孔砖砌体受力性能、破坏形态、裂缝的发生和发展、开裂荷载和极限承载力、变形能力等的影响。采用逆向加载的方式对再生骨料混凝土多孔砖砌体受压应力-应变全曲线进行了试验研究,得到了再生骨料混凝土多孔砖砌体的应力—应变全曲线公式、受压弹性模量和泊松比的计算公式。建立了多孔砖砌体抗压强度计算的理论公式和实用公式,这两个公式的计算结果与试验值吻合较好。通过与天然碎石骨料混凝土多孔砖砌体的抗压对比试验,试验结果表明:从破坏特征及裂缝开展来看,具有相似的裂缝发展特点,但再生骨料混凝土多孔砖较天然碎石骨料混凝土多孔砖更为明显的脆性特征;从砌体的抗压强度来看,极限荷载相近,无论天然碎石骨料还是再生骨料混凝土多孔砖砌体,其抗压强度可采用相同的计算公式。 3.通过再生骨料混凝土多孔砖砌体抗剪试验,全面系统分析了再生骨料类别、砂浆强度等试验变化参数对多孔砖砌体受剪的受力性能、破坏性态、强度、变形等的影响。建立了多孔砖砌体抗剪强度计算的实用公式,公式的计算结果与试验值吻合较好。通过对混凝土多孔砖砌体剪切应力.应变曲线的分析,给出其剪变模量的建议取值。 4.通过七片混凝土多孔砖墙体在低周反复水平荷载作用下的对比试验,研究了混凝土多孔砖墙体在低周反复水平荷载作用下的抗震抗剪承载力、破坏形态、滞回特性、骨架曲线等性能,结果表明构造柱能有效地提高混凝土多孔砖墙体的抗震性能,提高墙体的延性。在拟静力试验的基础上,本文详细地分析影响了墙体抗震性能的因素,提出了适合于混凝土多孔砖墙体的抗震抗剪承载力的建议计算公式,该公式的计算结果与本文的试验结果吻合较好。 5.利用ANSYS有限元程序,对混凝土多孔砖承重墙体进行了剪压复合受力性能的非线性有限元计算分析,分别得到了裂缝的发生和发展、抗侧承载力和变形等计算结果,与试验结果比较吻合。 6.依据《建筑结构设计统一标准》的规定并结合试验数据,对再生骨料混凝土多孔砖砌体的设计参数和强度指标、承载力计算、砌体墙、柱高厚比验算、构造要求和墙体防裂措施等设计方法提出建议;对再生骨料多孔砖生产质量控制提出建议。为推广混凝土多孔砖的生产应用和制定其设计规范提供了科学依据。


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