【摘要】：再生混凝土技術(shù)作為發(fā)展生態(tài)、綠色混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑、資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一，正日益受到人們的重視。然而，由于再生混凝土結(jié)構(gòu)性能較普通混凝土結(jié)構(gòu)有不同程度的降低，阻礙了再生混凝土在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用。將再生混凝土應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)中，形成鋼－再生混凝土組合結(jié)構(gòu)，可以彌補(bǔ)再生混凝土結(jié)構(gòu)性能的不足，還具有十分重要的保護(hù)環(huán)境的意義。本文探討了再生混凝土在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可能性。結(jié)果表明，再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中是完全可行的，這為再生混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程中提供了廣闊的前景。
【關(guān)鍵詞】：再生混凝土;鋼管混凝土結(jié)構(gòu); 組合結(jié)構(gòu); 鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)
1. 引言
再生混凝土通常是指利用再生骨料部分或全部替代天然骨料配制而成的新混凝土。再生混凝土技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄混凝土的回收利用，恢復(fù)其部分原有性能，形成新的建材產(chǎn)品，從而既減少了填埋和簡(jiǎn)單堆放的廢棄混凝土的數(shù)量，又使有限的資源得以再利用，同時(shí)還解決了部分環(huán)保問(wèn)題，具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，從環(huán)境保護(hù)與資源有效利用的角度來(lái)講，再生混凝土技術(shù)是有益的而且必要的。基于這一點(diǎn)，再生混凝土技術(shù)通常被認(rèn)為是發(fā)展生態(tài)綠色混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一。然而，由于再生混凝土的力學(xué)性能、耐久性能、變形性能等性能低于普通混凝土，使得再生混凝土結(jié)構(gòu)性能較普通混凝土結(jié)構(gòu)有不同程度的降低，這成了再生混凝土在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用的最大障礙。眾所周知，組合結(jié)構(gòu)能使鋼材和混凝土兩種不同性質(zhì)的材料揚(yáng)長(zhǎng)避短，各自發(fā)揮其特長(zhǎng)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。如果將再生混凝土應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)中，既可以使結(jié)構(gòu)具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)再生混凝土的不足，又具有重要的生態(tài)意義。因而，這將為再生混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程中提供廣闊的前景。為此，本文對(duì)再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的可能性進(jìn)行了初步探討。
2. 鋼管混凝土
2.1 基本原理
鋼管混凝土是指在薄板鋼管之內(nèi)填充混凝土而成的組合結(jié)構(gòu)材料。作為一種混凝土與鋼管形成的組合結(jié)構(gòu)材料，鋼管混凝土的基本原理如下：
(1)借助于內(nèi)填的混凝土可以增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性；
(2)借助于鋼管對(duì)核心混凝土的套箍（約束）作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有很高的抗壓強(qiáng)度和變形能力。
2.2 基本特點(diǎn)
三向受壓的混凝土的抗壓強(qiáng)度大大提高，同時(shí)塑性增大，在工作性質(zhì)上起了質(zhì)的變化，由原來(lái)的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧?，這一轉(zhuǎn)變也決定了鋼管混凝土的基本性質(zhì)和特點(diǎn)，其基本特點(diǎn)為：
(1)承載力大大提高；
(2)具有良好的塑性和抗震性能；
(3)經(jīng)濟(jì)效果顯著。
2.3 基本優(yōu)點(diǎn)
鋼管混凝土的除具有一般套箍混凝土的強(qiáng)度高，重量輕，塑性好，耐疲勞，耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下一些在施工工藝方面的優(yōu)點(diǎn)：
(1)鋼管本身就是耐測(cè)壓的模板。因而澆灌混凝土?xí)r，可省去支模、拆模的工和料，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝；
(2)鋼管本身就是鋼筋。它兼有縱向鋼筋（受拉和受壓）和橫向箍筋的作用。制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工省料，而且便于澆灌混凝土；
(3)鋼筋本身又是勁性承重骨架。在施工階段可起勁性鋼骨架的作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少，從而簡(jiǎn)化施工安裝工藝，節(jié)省腳手架，縮短工期，減少施工用地。在寒冷地區(qū)，可以冬季安裝空鋼管骨架，開春后再澆灌混凝土，鋼管施工不受季節(jié)的限制。
3. 再生混凝土在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
目前，我國(guó)關(guān)于鋼管普通混凝土結(jié)構(gòu)的研究，特別在構(gòu)件的性能和理論研究方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平，已建立了成熟的分析和計(jì)算理論。但是，關(guān)于鋼管再生混凝土的研究還比較少。
已有的試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土的泊松比與普通混凝土相當(dāng)，可以發(fā)揮鋼管對(duì)核心混凝土的套箍（約束）作用。再生混凝土的彈性模量較低，收縮、徐變較大。然而，隨著高性能再生混凝土技術(shù)的發(fā)展，再生混凝土的各項(xiàng)性能得到了大幅度改善，已研制出C60以上的高性能再生混凝土。因此，再生混凝土作為鋼管混凝土的核心混凝土是完全可能的。將再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可克服再生混凝土諸多力學(xué)性能的不足，開辟了再生混凝土在結(jié)構(gòu)工程中大范圍使用的新前景。
在鋼管的約束下，再生混凝土的彈性模型、強(qiáng)度、塑性和韌性性能可得到不同程度的改善。楊有福、Konno等對(duì)鋼管再生混凝土軸壓短柱、純彎構(gòu)件和壓彎（偏壓）構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果均表明，鋼管再生混凝土構(gòu)件與鋼管普通混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能類似。然而，由于再生混凝土的強(qiáng)度和彈性模量低于相同配合比的普通混凝土，鋼管再生混凝土構(gòu)件的承載力、軸壓短柱彈性模量和純彎構(gòu)件剛度均低于相應(yīng)的鋼管普通混凝土構(gòu)件。由此可以推知，核心混凝土強(qiáng)度相同的鋼管再生混凝土與鋼管普通混凝土，其各種力學(xué)性能應(yīng)該會(huì)更接近。另外，根據(jù)韓林海等的試驗(yàn)結(jié)果，核心混凝土在養(yǎng)護(hù)成型和使用階段均處于密閉狀態(tài)，收縮變形主要是化學(xué)收縮及自收縮，同時(shí)核心混凝土沿縱向收縮受到鋼管的限制，使得核心混凝土的收縮變形大大減小。由此可知，若用再生混凝土作為鋼管混凝土的核心混凝土，其收縮較大的性能可得到明顯改善。
當(dāng)然，以上結(jié)論是基于鋼管再生混凝土基本構(gòu)件在較簡(jiǎn)單荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果之上的。由于再生混凝土收縮、徐變、導(dǎo)熱系數(shù)、脆性較普通混凝土大，而其彈性模量較普通混凝土小，這使得鋼管再生混凝土的工作機(jī)理與鋼管普通混凝土有所差異。例如，Virdi和Dowling、Roeder等的試驗(yàn)表明，收縮越大，鋼管和核心混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度越小， 而再生混凝土的收縮較普通混凝土大，這將會(huì)降低鋼管再生混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。再生混凝土的彈性模量較普通混凝土大，這將增大鋼管再生混凝土的徐變。黃運(yùn)標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土耐火性能優(yōu)于普通混凝土，這有利于以再生混凝土為核心混凝土的鋼管混凝土構(gòu)件的耐久性能。
由此，更深入地研究鋼管再生混凝土的工作機(jī)理，包括核心再生混凝土的收縮、徐變以及與鋼管之間的粘結(jié)性能，鋼管再生混凝土節(jié)點(diǎn)、框架以及結(jié)構(gòu)體系在各種復(fù)雜荷載作用下的力學(xué)性能，如滯回性能、長(zhǎng)期性能、耐火性能、耐久性能、火災(zāi)作用后的力學(xué)性能等，對(duì)推廣鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用具有重用的意義。
4. 結(jié)語(yǔ)
基于以上分析，可以得出以下結(jié)論：
(1) 鋼管再生混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能與鋼管普通混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能相類似。
(2) 再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了再生混凝土結(jié)構(gòu)性能上的不足，同時(shí)又有利于保護(hù)環(huán)境，生態(tài)意義重大。
(3) 鋼－再生混凝土結(jié)構(gòu)為再生混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程中提供了廣闊的前景。開展鋼－再生混凝土結(jié)構(gòu)的研究很有必要，還有許多工作需要進(jìn)一步展開。
參考文獻(xiàn)
[1] 韓林海, 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)－理論與實(shí)踐[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2004.
[2] 蔡紹懷, 現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[3] 宋燦, 再生混凝土抗壓力學(xué)性能及顯微結(jié)構(gòu)分析[D]. 哈爾濱: 哈爾濱建筑大學(xué)，2003.
[4] 徐蔚, 再生粗骨料取代率對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基本性能的影響．混凝土，2006，29(9): 45-47.
[5] 屈志中, 鋼筋混凝土破壞及其利用技術(shù)的新動(dòng)向[J]. 建筑技術(shù)，2001，32(2): 102-104.
[6] 顏聰, 廢棄混凝土粒料回收利用之研究[D]．臺(tái)灣國(guó)立中興大學(xué)研究報(bào)告，1997.
[7] 趙偉, 綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土試驗(yàn)研究[D]．武漢：武漢大學(xué)，2004.
[8] Konno K., Sato Y., Kakuta Y, et al. Property of recyeld concrete column
encased by steel tube subjected to axial compression. Transactions of the Japan Concrete Institue, 1997, 19(2): 231-238.
[9] 楊有福, 鋼管再生混凝土構(gòu)件力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法若干問(wèn)題的探討．工業(yè)建筑，2006，36(11):1-5, 10.
【關(guān)鍵詞】：再生混凝土;鋼管混凝土結(jié)構(gòu); 組合結(jié)構(gòu); 鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)
1. 引言
再生混凝土通常是指利用再生骨料部分或全部替代天然骨料配制而成的新混凝土。再生混凝土技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄混凝土的回收利用，恢復(fù)其部分原有性能，形成新的建材產(chǎn)品，從而既減少了填埋和簡(jiǎn)單堆放的廢棄混凝土的數(shù)量，又使有限的資源得以再利用，同時(shí)還解決了部分環(huán)保問(wèn)題，具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，從環(huán)境保護(hù)與資源有效利用的角度來(lái)講，再生混凝土技術(shù)是有益的而且必要的。基于這一點(diǎn)，再生混凝土技術(shù)通常被認(rèn)為是發(fā)展生態(tài)綠色混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一。然而，由于再生混凝土的力學(xué)性能、耐久性能、變形性能等性能低于普通混凝土，使得再生混凝土結(jié)構(gòu)性能較普通混凝土結(jié)構(gòu)有不同程度的降低，這成了再生混凝土在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用的最大障礙。眾所周知，組合結(jié)構(gòu)能使鋼材和混凝土兩種不同性質(zhì)的材料揚(yáng)長(zhǎng)避短，各自發(fā)揮其特長(zhǎng)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。如果將再生混凝土應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)中，既可以使結(jié)構(gòu)具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)再生混凝土的不足，又具有重要的生態(tài)意義。因而，這將為再生混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程中提供廣闊的前景。為此，本文對(duì)再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的可能性進(jìn)行了初步探討。
2. 鋼管混凝土
2.1 基本原理
鋼管混凝土是指在薄板鋼管之內(nèi)填充混凝土而成的組合結(jié)構(gòu)材料。作為一種混凝土與鋼管形成的組合結(jié)構(gòu)材料，鋼管混凝土的基本原理如下：
(1)借助于內(nèi)填的混凝土可以增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性；
(2)借助于鋼管對(duì)核心混凝土的套箍（約束）作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有很高的抗壓強(qiáng)度和變形能力。
2.2 基本特點(diǎn)
三向受壓的混凝土的抗壓強(qiáng)度大大提高，同時(shí)塑性增大，在工作性質(zhì)上起了質(zhì)的變化，由原來(lái)的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧?，這一轉(zhuǎn)變也決定了鋼管混凝土的基本性質(zhì)和特點(diǎn)，其基本特點(diǎn)為：
(1)承載力大大提高；
(2)具有良好的塑性和抗震性能；
(3)經(jīng)濟(jì)效果顯著。
2.3 基本優(yōu)點(diǎn)
鋼管混凝土的除具有一般套箍混凝土的強(qiáng)度高，重量輕，塑性好，耐疲勞，耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下一些在施工工藝方面的優(yōu)點(diǎn)：
(1)鋼管本身就是耐測(cè)壓的模板。因而澆灌混凝土?xí)r，可省去支模、拆模的工和料，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝；
(2)鋼管本身就是鋼筋。它兼有縱向鋼筋（受拉和受壓）和橫向箍筋的作用。制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工省料，而且便于澆灌混凝土；
(3)鋼筋本身又是勁性承重骨架。在施工階段可起勁性鋼骨架的作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少，從而簡(jiǎn)化施工安裝工藝，節(jié)省腳手架，縮短工期，減少施工用地。在寒冷地區(qū)，可以冬季安裝空鋼管骨架，開春后再澆灌混凝土，鋼管施工不受季節(jié)的限制。
3. 再生混凝土在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
目前，我國(guó)關(guān)于鋼管普通混凝土結(jié)構(gòu)的研究，特別在構(gòu)件的性能和理論研究方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平，已建立了成熟的分析和計(jì)算理論。但是，關(guān)于鋼管再生混凝土的研究還比較少。
已有的試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土的泊松比與普通混凝土相當(dāng)，可以發(fā)揮鋼管對(duì)核心混凝土的套箍（約束）作用。再生混凝土的彈性模量較低，收縮、徐變較大。然而，隨著高性能再生混凝土技術(shù)的發(fā)展，再生混凝土的各項(xiàng)性能得到了大幅度改善，已研制出C60以上的高性能再生混凝土。因此，再生混凝土作為鋼管混凝土的核心混凝土是完全可能的。將再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可克服再生混凝土諸多力學(xué)性能的不足，開辟了再生混凝土在結(jié)構(gòu)工程中大范圍使用的新前景。
在鋼管的約束下，再生混凝土的彈性模型、強(qiáng)度、塑性和韌性性能可得到不同程度的改善。楊有福、Konno等對(duì)鋼管再生混凝土軸壓短柱、純彎構(gòu)件和壓彎（偏壓）構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果均表明，鋼管再生混凝土構(gòu)件與鋼管普通混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能類似。然而，由于再生混凝土的強(qiáng)度和彈性模量低于相同配合比的普通混凝土，鋼管再生混凝土構(gòu)件的承載力、軸壓短柱彈性模量和純彎構(gòu)件剛度均低于相應(yīng)的鋼管普通混凝土構(gòu)件。由此可以推知，核心混凝土強(qiáng)度相同的鋼管再生混凝土與鋼管普通混凝土，其各種力學(xué)性能應(yīng)該會(huì)更接近。另外，根據(jù)韓林海等的試驗(yàn)結(jié)果，核心混凝土在養(yǎng)護(hù)成型和使用階段均處于密閉狀態(tài)，收縮變形主要是化學(xué)收縮及自收縮，同時(shí)核心混凝土沿縱向收縮受到鋼管的限制，使得核心混凝土的收縮變形大大減小。由此可知，若用再生混凝土作為鋼管混凝土的核心混凝土，其收縮較大的性能可得到明顯改善。
當(dāng)然，以上結(jié)論是基于鋼管再生混凝土基本構(gòu)件在較簡(jiǎn)單荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果之上的。由于再生混凝土收縮、徐變、導(dǎo)熱系數(shù)、脆性較普通混凝土大，而其彈性模量較普通混凝土小，這使得鋼管再生混凝土的工作機(jī)理與鋼管普通混凝土有所差異。例如，Virdi和Dowling、Roeder等的試驗(yàn)表明，收縮越大，鋼管和核心混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度越小， 而再生混凝土的收縮較普通混凝土大，這將會(huì)降低鋼管再生混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。再生混凝土的彈性模量較普通混凝土大，這將增大鋼管再生混凝土的徐變。黃運(yùn)標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土耐火性能優(yōu)于普通混凝土，這有利于以再生混凝土為核心混凝土的鋼管混凝土構(gòu)件的耐久性能。
由此，更深入地研究鋼管再生混凝土的工作機(jī)理，包括核心再生混凝土的收縮、徐變以及與鋼管之間的粘結(jié)性能，鋼管再生混凝土節(jié)點(diǎn)、框架以及結(jié)構(gòu)體系在各種復(fù)雜荷載作用下的力學(xué)性能，如滯回性能、長(zhǎng)期性能、耐火性能、耐久性能、火災(zāi)作用后的力學(xué)性能等，對(duì)推廣鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用具有重用的意義。
4. 結(jié)語(yǔ)
基于以上分析，可以得出以下結(jié)論：
(1) 鋼管再生混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能與鋼管普通混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能相類似。
(2) 再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了再生混凝土結(jié)構(gòu)性能上的不足，同時(shí)又有利于保護(hù)環(huán)境，生態(tài)意義重大。
(3) 鋼－再生混凝土結(jié)構(gòu)為再生混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程中提供了廣闊的前景。開展鋼－再生混凝土結(jié)構(gòu)的研究很有必要，還有許多工作需要進(jìn)一步展開。
參考文獻(xiàn)
[1] 韓林海, 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)－理論與實(shí)踐[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2004.
[2] 蔡紹懷, 現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[3] 宋燦, 再生混凝土抗壓力學(xué)性能及顯微結(jié)構(gòu)分析[D]. 哈爾濱: 哈爾濱建筑大學(xué)，2003.
[4] 徐蔚, 再生粗骨料取代率對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基本性能的影響．混凝土，2006，29(9): 45-47.
[5] 屈志中, 鋼筋混凝土破壞及其利用技術(shù)的新動(dòng)向[J]. 建筑技術(shù)，2001，32(2): 102-104.
[6] 顏聰, 廢棄混凝土粒料回收利用之研究[D]．臺(tái)灣國(guó)立中興大學(xué)研究報(bào)告，1997.
[7] 趙偉, 綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土試驗(yàn)研究[D]．武漢：武漢大學(xué)，2004.
[8] Konno K., Sato Y., Kakuta Y, et al. Property of recyeld concrete column
encased by steel tube subjected to axial compression. Transactions of the Japan Concrete Institue, 1997, 19(2): 231-238.
[9] 楊有福, 鋼管再生混凝土構(gòu)件力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法若干問(wèn)題的探討．工業(yè)建筑，2006，36(11):1-5, 10.
