钢管再生混凝土的发展现状与存在问题

钢管再生混凝土的发展现状与存在问题

张世豪

广州大学 ,广州 510006

摘要：钢管再生混凝土结构作为一种新型的组合结构，可以从根本上为解决建筑垃圾提供一条思路，但目前仍存在许多的问题。本文主要是对近些年钢管再生混凝土领域研究的总结。

关键词：钢管再生混凝土；抗震性能；取代率；数值模拟

Development Status and Problems of steel tube filled with RAC

Zhang Shihao

(Guangzhou University, Guangzhou 510006)

Abstract: As a new type of composite structure, steel tube filled with RAC structure can fundamentally solve the problem of building waste, but there are still many problems. This paper is mainly a summary of the research on the field of steel tube filled with RAC in recent years.

Keywords:steel tube filled with RAC; seismic performance; replacement rate; numerical simulation

引言

钢管混凝土是砖石结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构之后发展起来的一种结构体系，是钢结构和混凝土的结合，是将混凝土灌注钢管内形成的一种协同受力的新型组合结构。

为了适应社会的发展，目前钢管混凝土已经开发出各种的结构形式，按照截面的形式，可分为圆形钢管混凝土、方形钢管混凝土和多边形钢管混凝土；按照内填混凝土的不同，可分为普通钢管混凝土和钢管再生混凝土；按照内填混凝土的面积，可分为实心钢管混凝土和空心钢管混凝土^[1]。

与传统的钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土具有多方面的优点。在施工方面，可以利用钢管作为模板，施工吊装重量轻，施工速度快；在受力方面，钢管混凝土由钢管与混凝土两者结合，既可以利用内填混凝土提高钢管受压时的稳定性，又可以借助钢管环箍效应使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的受压能力和延性。

1. 钢管再生混凝土国内外研究现状

1. 1. 研究背景

全世界每年混凝土使用量大约20亿立方米，砂石用量要在34亿以上，而同时,从1991年到2000年,全世界废弃的混凝土总量超过了10亿吨^[2]。建筑用的砂石骨料需要从自然界开采，人类的开采对自然环境造成了严重的破坏，同时人类活动产生大量的建筑废弃混凝土，废弃混凝土是难以处理的资源，为了处理这一资源，发展出再生混凝土技术，这项技术既能解决建筑废渣的处置问题，又能节约自然砂石资源，带来了社会效益、经济效益和环保效益。正因为这项技术能带来上述效益，目前许多的国家都相继加入该课题的研究，并取得了许多成果。

1. 2. 国内研究现状

2013年，黄一杰等^[3]研究了钢管再生混凝土抗震性能并提出基于Miner原理的改进损伤评估模型，以再生粗骨料取代率、混凝土强度为主要参数，完成了６个钢管再生混凝土柱试件的低周反复试验，研究了其破坏形态和滞回特性，分析其承载力、刚度退化、延性、耗能能力、破坏形态等抗震性能，结果表明：钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能；试件的耗能能力、延性、滞回特性随着再生粗骨料取代率、混凝土强度的改变而略有变化；考虑粘结滑移与否对试件的抗震性能影响很小；钢管再生混凝土柱极限承载力受再生粗骨料取代率的影响并不明显。

2015年，牛海成等^[4]研究了钢管高强再生混凝土柱轴压性能，进行了圆形和方形两种截面形状、高强普通和再生两种混凝土、方钢管内配置与不配置钢筋两种构造的5个钢管混凝土足尺试件轴压性能对比试验。分析了混凝土种类、截面形状和配置钢筋对试件承载力、耗能及延性的影响。试验结果表明:钢管再生混凝土柱的损伤发展过程和破坏形态与钢管普通混凝土柱相似;在截面积、含钢率、材料强度相同的条件下，圆形截面试件较方形截面试件具有更高的承载能力和较好的变形能力；混凝土种类对方形截面试件轴心受力性能影响不大；方钢管内配置钢筋可加强对核心混凝土的约束作用，提高试件的承载力和变形性能。

2016年，胡乃东等^[5]对不同参数的钢管再生混凝土偏压长柱的力学性能进行了试验研究和理论分析，同时采用信号分析仪对实验进行全过程分析测试得出：构件的含钢率与刚度、延性成正比关系，偏心距对其刚度有着较大的影响，且不易采用大偏心距的构件，避免其刚度退化过快造成构件安全系数的降低。

1. 3. 国外研究现状

2011年，Mohanraj E K等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。

2012年，Yixiang Liu等通过对钢管混凝土柱和不同取代率的钢管再生混凝土柱的试验对比研究发现：钢管再生混凝土柱的弹性阶段要比钢管混凝土柱要短，极限承载力要比钢管混凝土柱小，且极限承载力减小的程度随再生粗骨料取代率的增大而增大，而两者的初始破坏形态非常接近。

2. 钢管再生混凝土存在的问题

2.1 强度

由于再生骨料是将已经破坏的混凝土经破碎加工而获得，混凝土破坏而产生的裂缝将导致骨料强度较低，构成再生混凝土的再生骨料成分非常复杂，通常会同时含有不用设计强度等级的混凝土成分，而且其表面在空气中已经发生碳化，这些因素都是导致再生混凝土整体强度较低的原因。目前再生骨料多用于配制中低强度的混凝土，如果要配制高强度的再生混凝土，骨料必须进行机械处理或溶液处理来进行强化。

2.2 收缩率

再生骨料内部存在的裂缝会在拌合再生混凝土时吸收大量水分，吸水率的提高将导致失水后的混凝土收缩增大，徐变增大。

2.3 耐久性

由于再生骨料孔隙率较高，吸水率大，再生混凝土抗渗性能较相同配合比的普通混凝土差，氯离子的抗渗性也差，耐久性较天然骨料混凝土差。混凝土的耐磨性取决于其强度和硬度，尤其是面层混凝土的强度与硬度。随着再生骨料取代率的增加，其耐磨损深度也增加，当取代率低于50%时与普通混凝土耐磨损深度差别不大，而当取代率为100%时较普通混凝土的耐磨损深度增加34%。

参考文献

[1] 蔡绍怀. 现代钢管混凝土结构 [M] . 北京：人民交通出版社， 2003.

[2] 邱昌龙. 再生混凝土研究及钢管再生混凝土短柱力学性能分析[D]. 西南交通大学, 2009.

[3] 黄一杰, 肖建庄. 钢管再生混凝土柱抗震性能与损伤评价[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2013, 41(3):330-335.

[4] 牛海成, 曹万林, 董宏英, et al. 钢管高强再生混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2015, 36(6):128-136.

[5] 胡乃冬, 杜喜凯, 刘濮源, et al. 方钢管再生混凝土偏压长柱受力性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2016(S2):40-46.