钢管-碱矿渣再生材料加固混凝土柱力学性能研究
摘要
目前,我国面临建筑结构老化,功能使用转变等问题,许多建筑亟待加固改
造。伴随城市更新改造如火如荼的进行,建筑垃圾已堆积如山。为解决建筑垃圾
回收再利用等问题,本文采用新型钢管-碱矿渣再生材料(Alkali-activated-slag
recycledmaterial,简称AASRM)组合加固方法。该方法充分利用再生材料对
AASRM进行改性,又能利用钢管补足材料脆性短板。使建筑垃圾得到循环再利用,
符合国家“双碳”战略目标。具体研究如下:
(1)开展优化AASRM配合比研究。本文采用再生石粉、再生橡胶、亚麻纤
维和其他掺合料改善材料性能。研究再生石粉掺量、再生橡胶掺量、纤维掺量和
胶砂比对材料强度、凝结时间、水化产物、微观形貌的影响。结果表明:掺量10%
的再生石粉能有效提高AASRM的强度。掺量3%的再生橡胶使材料弹性效果较好。
掺量0.5%的纤维的加入能使AASRM减缓开裂。胶砂比为1:1.5时,可以显著提
高材料的整体强度。碱激发溶液静置时间到90min,AASRM终凝时间达到40~
45min;微观分析发现,AASRM主要成分为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、镁铝硅
酸盐凝胶(M-A-S-H)和少量水滑石(Ht),再生石粉使材料更为致密,而亚麻纤
维和材料结合紧密。
(2)开展轴心载荷下钢管-AASRM加固柱承载力试验。通过改变加固材料、
钢管形式等关键参数,对加固柱进行轴心受压试验。结果表明:原柱经过加固后,
其承载力、延性、刚度均有显著提高。采用AASRM加固的构件承载力优于其他
构件;钢管加肋比不加肋承载力提高幅度较大,肋上开孔与不开孔承载力提高不
明显,但延性提高较大。同时,随着加肋数量的增加,承载力提高显著。
(3)建立轴心载荷下钢管-AASRM加固柱承载力计算公式。综合分析多个国
内外建筑规范中钢管混凝土的承载力计算方法,并将理论计算结果与试验数据进
行综合比较分析,得出误差最小的计算方法,基于比较分析结果,对关键参数进
行拟合与修正,以精确反映钢管-AASRM加固柱的轴心受压承载力,得出适用于
钢管-AASRM加固柱的承载力计算公式。
(4)开展ABAQUS有限元数值模拟分析。对钢管-AASRM加固柱构件轴压
力学性能进行有限元仿真分析,并将模拟结果与试验数据进行对比,研究发现,
模拟结果与试验结果吻合较好。
关键词钢管;再生材料;加固;轴压试验;仿真分析
-I-
StudyonMechanicalPropertiesofConcreteColumns
ReinforcedbySteel-tubeAlkali-activated-slag
RecycledMaterials
Abstract
Atpresent,Chinaisfacingproblemssuchastheagingofbuildingstructuresand
thetransformationoffunctionaluse.Manybuildingsneedtobestrengthenedand
transformedurgently.Withtheurbanrenewalandtransformationinfullswing,
constructionwastehasaccumulatedlikeamountain.Inordertosolvetheproblemsof
constructionwasterecyclingandreuse,thispaperadoptsanewtypeofsteel
pipe-alkali-activated-slagrecycledmaterial(AASRM)combinedreinforcementmethod.
Thismethodmakes