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摘要：装配整体式再生混凝土结构是将可循环使用的新型混凝土材料与高效低耗的建筑产业化相结合形成的一种新型绿色建筑结构形式，其适时的提出不仅“变废为宝”将建筑垃圾循环使用解决资源短缺的瓶颈问题，同时又最大限度的发挥了装配式结构在建筑产业化中的突出优势。本文立足国内外针对该结构关键问题研究不足之处，以装配整体式再生混凝土结构设计方法为根本落脚点，围绕再生材料制品力学性能、装配式结构构件受力性能、装配整体式再生混凝土结构抗震设计方法与构造措施等关键问题进行试验与理论系统研究。
关键词：再生混凝土；装配式再生混凝土结构；再生混凝土框架节点
1 研究意义
当前，国外学者已先于我国对建筑资源循环利用与再生混凝土技术以及装配整体式混凝土结构进行了探索和研究。而随着国家对建筑垃圾资源化以及新型建筑材料可持续发展战略的重视，我国学者逐渐开展了再生混凝土及其结构体系理论的关键科学问题的研究。通过再生骨料、再生混凝土制品材料性能试验研究，解决再生混凝土材料优化配合比设计与材料力学性能设计指标问题；在现有装配式结构连接件设计与构造措施研究成果基础上将再生混凝土制品力学性态与预制构件形式相结合，提出再生混凝土叠合梁、预制柱及框架节点连接件设计方法，深入研究预制再生混凝土构件整体受力组合机理，建立装配整体式再生混凝土结构框架抗震设计方法与构造措施。本文研究成果对于推广新型绿色建筑结构形式、推动建筑产业化高效低耗改革具有重要的科学研究价值与工程应用意义。对于提升高质量城市化进程水平，规范社会生产秩序，立足和谐人居建筑产业理念，助力建设“生态和谐、绿色陕西”具有重要的科学意义和工程应用价值。
2技术需求分析
由于再生混凝土与普通混凝土的差异性以及装配整体式混凝土结构的抗震特殊性要求，使得建筑资源循环利用与装配整体式混凝土结构之间的联系仍然存在着很多问题，主要表现在：（1）未掌握应用于建筑产业化的再生骨料分级工艺与标准。（2）未掌握应用于预制装配式的再生混凝土材料性能设计指标体系。（3）未掌握长期效应影响下再生混凝土材料与构件使用性能。（4）未掌握装配整体式再生混凝土结构高烈度地区抗震设计计算方法。
3 再生骨料与再生混凝土基本性能试验研究
3.1对再生骨料和天然石子进行筛分试验
筛分结果见表1和表2，颗粒级配图见图2。再生粗骨料的外观略为扁平，同时棱角较多，外形介于碎石和卵石之间。天然石子则较为规则，棱角较少。
表1：再生骨料筛分结果
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表2：天然石子筛分结果
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图1：再生骨料和天然石子级配曲线
3.2再生骨料和天然石子的密度
试验采用的再生粗骨料与天然石子的密度测试，从结果可以看出，与天然粗骨料相比，再生粗骨料的表观密度、堆积密度和紧密密度分别降低2%、9%和9%，原因主要是其表面水泥砂浆含量较高，而砂浆的密度要比石子的密度小很多。
3.3再生骨料和天然石子的压碎指标
压碎指标反映的是骨料抵抗压碎的能力。通过再生骨料和天然石子的压碎指标试验结果得知：再生骨料压碎指标为18.3%，天然石子压碎指标为10.6%，再生粗骨料的压碎指标高于天然石子，表明再生骨料的强度较低，这主要是因为再生粗骨料附着的水泥砂浆含量较高并且强度和刚度相对较低，外力作用下容易从再生骨料表面脱落，导致再生粗骨料比天然石子容易破碎。
3.4 再生骨料和天然石子的吸水率和含水率
再生粗骨料的吸水率和含水率试验结果表明，再生粗骨料的24小时饱和面干吸水率明显高于天然石子，约为天然石子的7倍，平均含水率也比天然石子高大约7倍。
4 再生混凝土制品用再生骨料试验
再生混凝土制品，如砌块是全部或部分应用再生骨料制作而成的混凝土砌块。再生混凝土砌块所用骨料都为粒径小于10mm的骨料，这与再生混凝土及普通混凝土所用骨料有所不同。再生骨料是废旧混凝土通过粉碎筛分后得到的，筛分后得到粒径范围小于5mm的为再生细骨料，在5mm～10mm之间的为再生粗骨料。再生骨料所用的废旧混凝土来自西安市某工厂厂房拆除构件。本次试验用的再生细骨料为粒径范围<5mm集料，再生粗骨料为破碎筛分出粒径范围5～10mm的集料。
（1）进行再生混凝土全曲线试验研究，试验表明，峰值应变随取代率的增加逐渐增加明显。曲线上升段的略有差异，弹性模量也随取代率的不同略有减少。50%取代率组强度极限时试件的裂缝发展稳定性较差，100%取代率组强度低变形能力较好。
（2）再生混凝土循环包络图与全曲线相似，峰值应变波动范围较大。
（3）比较天然骨料混凝土再生混凝土包络线下降段坡度较大，部分试件包络线下降段有急速下跌现象。50%及100%取代率试件包络线下降段曲线出现了向下凹的现象，说明相比天然骨料混凝土此取代率再生混凝土在包络线下降段稳定性较差。
5 设计建议及研究结论
采用考虑附加水的配合比设计方法，以两个强度、四种类型的钢筋和五个再生骨料取代率为变化参数，通过拔出试验测试了再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能，回归得出含有再生骨料取代率因素的极限粘结强度表达式，进行粘结－滑移回归分析。
（1）对于变形钢筋，极限粘结强度随着再生骨料取代率的增大有小幅度的降低，对于光圆钢筋，再生骨料取代率的大小基本上对极限粘结强度的影响很小。变形钢筋直径越大，极限粘结强度越小。
（2）对于再生混凝土与钢筋之间锚固长度为
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的极限粘结强度，可以采用考虑了钢筋直径、保护层厚度、再生混凝土强度和再生骨料取代率等影响因素的回归式来表达。
6 装配式再生混凝土框架结构设计方法
6.1 框架结构设计方法研究
根据再生骨料、再生混凝土的材性以及国内外多年的关于装配式框架结构研究成果，在地震区的装配整体式再生混凝土框架结构中，当采取了可靠的节点连接方式和合理的构造措施后，其性能可等同于现浇再生混凝土框架结构，并采用和现浇结构相同的方法进行结构分析和设计。
6.2 框架结构承载力计算方法研究
6.2.1 再生混凝土叠合梁端受剪承载力分析
再生混凝土叠合梁端结合面的受剪承载力的组成主要包括：新旧再生混凝土结合面的粘结力、键槽的抗剪能力、后浇再生混凝土叠合层的抗剪能力、梁纵向钢筋的销栓抗剪作用。取再生混凝土抗剪键槽的受剪承载力、后浇层再生混凝土的受剪承载力、穿过结合面的钢筋的销栓抗剪作用之和，作为结合面的受剪承载力。地震往复作用下，对后浇层再生混凝土部分的受剪承载力进行折减，折减系数取0.6。因此，在对叠合梁端竖向接缝进行受剪承载力设计时，可以按下列公式计算：
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1）持久设计状况
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2）地震设计概况
式中：
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－叠合梁端截面后浇再生混凝土叠合层截面面积；
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－预制构件再生混凝土轴心抗压强度设计值；
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－垂直穿过结合面钢筋抗拉强度设计值；
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－各键槽根部截面面积之和，按后浇键槽根部截面和预制键槽根部截面分别计算，并取二者的较小值；
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－垂直穿过结合面所有钢筋的面积，包括叠合层内的纵向钢筋。
6.2.2再生混凝土预制柱底受剪承载力分析
再生混凝土预制柱底结合面的受剪承载力的组成主要包括：新旧再生混凝土结合面的粘结力、粗糙面或键槽的抗剪能力、轴压产生的摩擦力、梁纵向钢筋的销栓抗剪作用或摩擦抗剪作用。在非抗震设计时，柱底剪力通常较小，不需要验算。地震往复作用下，再生混凝土自然粘结及粗糙面的受剪承载力丧失较快，计算中可不考虑其作用。
6.3 装配式再生混凝土框架结构构造设计方法研究
6.3.1 叠合梁的构造措施
采用再生混凝土叠合梁时，楼板一般采用再生混凝土叠合板，梁、板的后浇层一起浇筑。
6.3.2 叠合梁梁端连接设计方法研究
（1）当再生混凝土梁的下部纵向钢筋在后浇段内采用机械连接时，一般只能采用加长丝扣型直螺纹接头，滚轧直螺纹加长丝头在安装中会存在一定的困难，且无法达到Ⅰ级接头的性能指标，套筒灌浆连接也可用于水平钢筋的连接（图3-3-2）。
（2）对于再生混凝土叠合楼盖结构，次梁与主梁的连接可采用后浇再生混凝土节点，即主梁上预留后浇段，再生混凝土断开而钢筋连接，以便穿过和锚固次梁钢筋。
因此，主梁与次梁采用后浇段连接时，需达到以下要求：①在端部节点处，次梁下部纵向钢筋伸入主梁后浇段内的长度建议不小于12d。次梁上部纵向钢筋建议在主梁后浇段内锚固。当采用弯折锚固或锚固板时，锚固直段长度建议不小于0.6Lab（d为纵向钢筋直径）。②在中间节点处，两侧次梁下部纵向钢筋伸入主梁后浇段内长度建议不小于12d（d为纵向钢筋直径）；次梁上部纵向钢筋应在现浇层内贯通。
6.3.3 预制柱设计
（1）当采用较大直径钢筋及较大的再生混凝土柱截面时，可减少钢筋根数，增大间距，便于柱钢筋连接及节点区钢筋布置。套筒连接区域柱截面刚度及承载力较大，柱的塑性铰区可能会上移到套筒连接区域以上，因此建议至少将套筒连接区域以上500mm高度区域内将柱箍筋加密。
（2）当再生混凝土柱纵向钢筋采用套筒灌浆连接时，柱底接缝灌浆与套筒灌浆可同时进行采用同样的灌浆料一次完成。
6.3.4 框架节点设计
（1）在预制再生混凝土柱-叠合梁框架节点中，再生混凝土梁钢筋在节点中锚接及连接方式是决定施工可行性以及节点受力性能的关键。梁、柱构件尽量采用较粗直径、较大间距的钢筋布置放松，节点区的主梁钢筋较少，有利于节点的装配施工，保证了施工质量。
（2）当采用预制再生混凝土柱及叠合梁的装配整体式框架节点时，再生混凝土梁纵向受力钢筋建议伸入后浇节点区内锚固或连接，并满足下列要求：①对框架中间层中节点，节点两侧的梁下部纵向受力钢筋宜锚固在后浇节点区内，也可采用机械连接或焊接的方式直接连接；梁的上部纵向受力钢筋应贯穿后浇节点区。②对框架中间层端节点，当柱截面尺寸不满足梁纵向受力钢筋的直线锚固要求时，推荐采用锚固板锚固，也可采用90°弯折锚固。
7结论
（1）根据试验结果本文进行再生骨料的材性试验，再生混凝土的抗压、抗拉试验。全曲线试验表明，峰值应变随取代率的增加逐渐增加明显，比较天然骨料混凝土再生混凝土包络线下降段坡度较大，部分试件包络线下降段有急速下跌现象；
（2）在对预制构件设计时，针对持久和地震设计状况，均要进行承载力验算；为保证接缝的安全，允许连接部位产生塑性变形，但要求接缝的承载力设计值大于设计内力。
（3）影响叠合梁端受剪承载力的因素主要包括：抗剪键槽的受剪承载力、后浇层再生混凝土的受剪承载力、穿过结合面的钢筋的销栓抗剪作用。
（4）影响预制柱底受剪承载力的因素主要包括：新旧再生混凝土结合面的粘结力、粗糙面或键槽的抗剪能力、轴压产生的摩擦力、梁纵向钢筋的销栓抗剪作用或摩擦抗剪作用，其中后两者为受剪承载力的主要组成部分。
（5）在预制再生混凝土柱-叠合梁框架节点中，再生混凝土梁钢筋在节点中锚接及连接方式是决定施工可行性以及节点受力性能的关键。梁、柱构件尽量采用较粗直径、较大间距的钢筋布置放松，节点区的主梁钢筋较少，有利于节点的装配施工。
（6）当采用再生混凝土现浇柱与叠合梁组成的框架时，节点做法与再生混凝土预制柱、叠合梁的节点做法类似，节点区再生混凝土应与梁板后浇再生混凝土同时现浇，柱内受力钢筋的连接方式与常规的现浇再生混凝土结构相同。
参考文献：
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