2. 地震建筑垃圾再生混凝土及其构件的力学行为

2.1 地震建筑垃圾再生混凝土的力学行为

2.1.1 地聚物再生混凝土

综合考虑利用废弃混凝土和减少CO2排放的因素，提出了地聚物再生混凝土，这种新材料将同时考虑利用废弃混凝土为再生骨料和用碱激发的粉煤灰代替水泥作为粘结物，并保证材料基本力学性能。研究了地聚物再生混凝土的基本物理、力学性能，以及从微观结构角度分析了地聚物再生混凝土与普通再生混凝土的不同。随着再生粗骨料取代率的增加，地聚物再生混凝土的密度、强度、弹性模量和泊松比都随着下降。通过与普通再生混凝土对比发现，再生粗骨料含量对地聚物再生混凝土的影响更加明显。从微观角度解释了地聚物混凝土强度比普通混凝土更高的原因。

图34不同混凝土随龄期的抗压强度变化曲线

图35 RAC和GRC中界面过渡区的微观结构

2.1.2 地震建筑垃圾再生砖

利用建筑垃圾中的混凝土，粘土砖，作为骨料，制作再生环保砖。对不同配比的再生砖，进行了抗压强度，抗折强度，干缩，高温性能进行了试验。试验表明当粗骨料为再生混凝土，细骨料为再生粘土砖和砂，其中粗细骨料的配比为1：2，细骨料中再生砖和砂的配比为1：1时，再生砖的抗压强度最高，并且各项性能也均符合规范要求。在300℃，500℃，800℃的高温实验中，用粘土砖做细骨料的再生砖的高温性能明显比粗细骨料全为再生混凝土的要高很多。通过对高温后再生砖试样进行sem和xrd分析，发现，在高温过程中，粘土砖做细骨料的再生砖中形成大量的C-S-H，所以高温性能大大的提高。

图36 地震建筑垃圾及其再生砖宏观、微观形貌

2.1.3纤维再生混凝土

针对地震中产生的巨量建筑垃圾废弃物，利用纤维在改善混凝土受力性能的特点，研究了玄武岩纤维增强再生混凝土的力学行为，为再生混凝土的研究和推广提供新的思路。对不同配比的再生混凝土，分析了不同纤维掺量对纤维再生混凝土的龄期抗压强度，轴心抗压强度、 劈裂强度、抗折强度，弹性模量和泊松比的影响。结果表明，在纤维掺量为2 kg/m3时，50%替代率再生混凝土的密度最大；当纤维掺量少于2 kg/m3，再生混凝土的抗拉强度随纤维含量的增加而降低；对于50%再生骨料替代率下的再生混凝土，玄武岩纤维含量为4 kg/m3时对其力学性能提高最明显。

图37 纤维再生混凝土强度与纤维掺量间关系

2.2 FRP加固震后建筑垃圾再生混凝土构件的力学行为

2.2.1 钢管再生混凝土

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能， 5种不同再生骨料取代率：0%、25%、50%、75%和100%为主要参数，进行了圆中空和方中空钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究，比较了构件的荷载-变形曲线和极限承载力关系，研究了CFRP加固钢管再生混凝土短柱的力学行为。结果表明，随着再生骨料取代率的增大，构件的极限承载力逐渐降低，100%再生骨料取代率的构件比原生骨料构件的极限承载力分别下降16%和10%;经CFRP加固后，圆钢管混凝土加固效果优于方钢管混凝土试件。同时，在确定构件钢材和核心再生混凝土的应力-应变模型的基础之上，利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的变形全过程关系进行了分析，理论计算结果与试验结果吻合较好。最后，建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压构件承载力的实用验算方法。

图38 钢管再生混凝土截面形式及加载试验图

图39 钢管再生混凝土截面形式和加固方式的影响

2.2.2 纤维再生混凝土柱

针对四川地震中产生的废弃建筑骨料，设计了15个玄武岩纤维再生混凝土短柱的轴压性能试验，其中12个试件采用外贴碳纤维复合材料进行加固，研究不同加固形式对玄武岩纤维再生混凝土短柱的极限承载力，变形能力，刚度和破坏形态的影响。试验分析了不同再生骨料替代率，加固面积，加固层数对加固效果的影响。结果表明，两种加固方式均可显著提高玄武岩纤维再生混凝土短柱的极限承载力、变形能力、整体刚度。碳纤维加固面积比越大，试件极限承载力和刚度提高幅度越大，但其提高程度并不与加固面积成正比。对于同样加固方式的玄武岩纤维再生短柱，不同加固层数对其加固效果影响较大，但提高效果不与加固层数成正比。

图40 纤维再生混凝土柱循环加载结果

图41 CFRP加固纤维再生混凝土柱结果

2.2.3 再生混凝土梁的疲劳行为

针对实际工程中大量建筑结构受循环荷载作用而失效破坏的行为，分析了FRP剪切加固钢筋混凝土梁的疲劳行为，并针对四川地震中产生的巨量建筑废弃物，研究了不同配比下再生混凝土梁及其CFRP加固后的疲劳行为。试验结果表明，L型加固方式比U型加固方式可更好地改善混凝土梁的疲劳性能，并从理论上解释了L型加固方式的优越性；再生混凝土梁在疲劳加载初期的位移响应与普通混凝土梁差别不大，4000次循环后其竖向位移逐步增大，在100万次循环时其竖向位移已达到普通梁疲劳150万次时的位移响应，但经CFRP加固后再生梁的加载-卸载曲线更饱满，连续性更好，且在加固后其变形能力得到显著提高。

图42 CFRP加固再生混凝土梁的破坏模式

图43 CFRP加固再生梁竖向位移和应变的疲劳响应