再生混凝土骨料之间的界面的剪切特征和各种土工合成材料

文摘

调查各种土工合成材料之间的界面剪切特性和再生混凝土骨料(RCA), 30开展了大规模的单调直接剪切试验。主要工作是分析双轴聚丙烯土工格栅的影响,玻璃纤维土工格栅、经编涤纶格栅,编织土工布,土工网在RCA的界面剪切特性。试验结果表明,添加一个双轴聚丙烯土工格栅或地理网RCA可以改善其界面剪切强度。包含玻璃纤维土工格栅、经编涤纶土工格栅、土工织物编织RCA的界面剪切强度降低。加强RCA的土工合成材料可以有效地抑制其剪切膨胀,和内摩擦角的变化与材料的变化规律是一致的界面增强系数。最后,土工格栅的孔径尺寸对力学性能有重要影响的geogrid-RCA接口。界面抗剪强度增加,然后减少与孔径大小和平均粒径之间的比率。得出最优孔径比土工格栅和RCA的范围。

1。介绍

近年来,建筑和拆迁(公司)浪费逐年增加,其中浪费混凝土是主要的组件,达到50% (1]。再生混凝土骨料(RCA)是一种高质量的替代原始总基地或路基路面施工材料。回收的建筑和拆迁(公司)浪费到总被减少废物和保护环境有益的垃圾填埋空间(2,3]。

许多学者研究了废弃混凝土的直接剪切特征。Poon et al。4,5)发现,再生混凝土骨料(RCA)公司是一个很好的替代天然路基填料。阿扎姆和卡梅隆(6)发现,RCA可用于人行道,人行道,和其他建筑的应用程序。Alnedawi和拉赫曼7和维埃拉和佩雷拉8]通过实验表明,RCA的岩石性质仅略有不同,RCA可以用作填料的钢筋结构,并具有良好的公路性能。这些实验研究表明,RCA是一个高质量的可回收的材料。

土工合成材料广泛用于挡土墙,路基工程和大坝工程。将土工合成材料将不可避免地涉及到不同材料的耦合行为,包括大型位移和应变软化行为(9- - - - - -11]。加强界面之间的相互作用与土壤有显著的影响在实际项目的安全性和稳定性12]。分析加筋土界面的剪切强度,直接剪切试验是最重要的一个研究方法(13,14]。实验室直接剪切试验研究表明,不同的压力水平和不同类型的填料造成巨大的差异和复杂性之间的界面剪切强度和变形的钢筋和土壤15- - - - - -17]。在RCA的研究应用到钢筋结构,王et al。18)表明,添加一个土工格栅RCA重复载荷作用下有一个更大的对永久变形和弹性模量的影响。Touahaia et al。19]研究RCA材料的抗剪强度特性,表明,土工合成材料的存在导致了材料的剪切强度显著增加,大大限制了变形的一个示例。Arulrajah et al。20.)使用一种改进的大型直剪仪确定剪切建发骨料强化材料的测试结果。他们发现了界面剪切强度的钢筋混凝土通过使用改进的直剪试验设备。的剪切强度高于使用传统的测试方法,发现,他们发现,在钢筋建发材料RCA界面最高峰值抗剪强度和界面残余剪切强度。

现有的实验研究主要集中在材料的剪切性质本身,这显示了良好的公路性能。在分析钢筋混凝土骨料回收接口,其中大部分集中在分析界面剪切特性与相同的合成受其他因素影响。然而,很少有直接剪切试验进行RCA之间的接口和各种土工合成材料。为了更好地理解强化回收混凝土骨料界面的剪切机理,进行了一系列直接剪切测试在这个研究RCA各种土工合成材料之间的接口类型。本文的目的是分析不同技术类型的影响,土工格栅孔径大小、钢筋的抗剪强度和正常压力通过大型直剪仪RCA接口。

2。试验研究

2.1。试验装置

本研究中使用的仪器是一个剪切Trac三世室内大型直剪仪(美国Geocomp)。的大小和结构的上部和下部框装置如图所示1。低剪切盒的长度方向剪切比上剪切盒的长。这个不同的直接剪切框大小是用来确保剪切面积保持不变,同时避免影响实验通过减少剪切区域。剪切位移范围是0到100毫米,和可调最大剪切速率是15毫米/分钟。测试数据是自动读取和记录数据的软件。

2.2。测试材料

2.2.1。再生混凝土骨料和砾石

这个测试的rca取自Chashan城市温州附近拆迁现场,浙江省,中国。样本收集现场手动,RCA被送往测试网站初步筛选前空气干燥。然后由破碎机破碎减少其粒径,增加材料的均匀性。按照中国标准JTG f10 - 2006,“高速公路路基施工技术规范”21、RCA筛选,从4.75到26.5毫米大小的微粒被作为测试样本。按照中国的要求标准GB / T 50123 - 1999“土工试验方法标准”(22)中间和离线分级、rca各种粒径范围被制定成材料S1与良好的分级根据一定的比例。砾石S2是由温州大学。RCA的干密度是1.695和1.89克/厘米之间³,其自然含水量在2.2%和3.7%之间。加州承载比(CBR)的RCA约为51.2%,满足高速公路路基的填强度的要求。作为对照组,建筑材料中使用的结构实验室使用,如图2。级配曲线和两个测试材料的物理参数在图所示3。

2.2.2。土工合成材料

中使用的土工合成材料测试如图4。有五种增强材料:聚丙烯土工格栅(PG)、玻璃纤维土工格栅(FG)、经编涤纶格栅(工作),编织土工布(WG)和地理网(GT)。四种不同孔径大小的动力分配使用,包括25/25,30/30,35/35,40/40;土工合成材料的技术特点类型如表所示1。

2.2.3。测试程序

这个测试是在正常压力条件下进行60 kPa, 90 kPa,和120 kPa;单调直接剪切试验(MDS)之间的接口进行了RCA和土工合成强化五种不同的类型;RCA进行四种不同网格大小的PG材料。测试项目如表所示2。按照中国的标准JTG e50 - 2006,“公路工程土工合成材料测试规定”和之前的研究结果23),每组测试的剪切率设置为1毫米/分钟。RCA测试材料的密实度控制是一个关键。根据分类标准相对密度,博士,沙子样本分为三种压实状态:疏松砂岩(博士< 1/3),介质密度砂(1/3 <≤2/3),博士和致密砂(≥博士2/3)。RCA样本密度90%选择在这个研究。因为直接剪切盒的体积保持不变,一个样本有一定总质量分为5个2厘米厚层按照分层充填法。RCA和碎石的质量加载到剪切盒控制,他们将用正常锤控制包装密度校准的高度,并确保每个测试样本的密度是一致的。中使用的土工合成材料测试固定在低剪切盒包装的钢板和螺栓。

3所示。结果与讨论

3.1。应力-应变测试结果的砾石和RCA

前RCA之间的应力-应变关系曲线和各种合成类型派生,砾石之间的界面剪切强度分析和RCA被用作参考。图5显示了砾石的剪切试验结果和RCA在不同法向应力条件。从图5(一个)的应力-应变曲线,可以看出,砾石和RCA出现类似的在各种正常的压力,和砾石和RCA的峰值抗剪强度显著增加随着法向应力的增加。正常压力60 kPa时,90 kPa,和120 kPa,接口的峰值剪切强度对应RCA 153.4 kPa, 227.5 kPa,和315.1 kPa,分别和接口的峰值剪切强度对应于砾石179.6 kPa, 267.6 kPa,分别和368.6 kPa。砾石和RCA的剪切应力达到峰值,然后,剪切应力与剪切位移的增加和减少逐渐变得温和,表现出明显的剪切软化,软化砾石的特征更明显的RCA。当砾石和RCA达到残余剪切强度,使用的剪切位移RCA大于砾石。

因为测试的剪切面积保持不变,接触表面的垂直位移发展法律代表的剪切体变形发展规律在剪切过程中剪切面。在该测试中,剪切膨胀是积极和剪切收缩是负数24]。如图5 (b)在剪切的初始阶段,砾石和RCA有短期剪切的剪切表面收缩变形,然后,砾石和RCA剪切表面相对迅速扩大。接口的增长率膨胀与剪切位移的增加逐渐下降。图5(一个)表明,砾石的剪切变形和RCA与正应力的增加明显下降。这一现象可以解释为free-rolling砾石和RCA由于正常压力不断增加。攀爬行为受到限制。大型垂直压力阻碍了标本的自由流动,从而导致一个更小的剪切变形。在相同的法向应力条件下,RCA的剪切变形大于砾石。

图6显示了包络曲线的峰值抗剪强度之间的接口砾石和RCA在各种正常的压力。这个数字表明相关系数的值R²接近1,界面剪切强度显示了正应力线性相关密切。莫尔-库仑模型, ,可以用来描述界面抗剪强度,所以RCA是在实验中获得的。RCA的内摩擦角是68.9°,和内摩擦角砾石为71.5°。

3.2。各种土工合成材料类型对RCA界面的剪切强度

图7(一)显示了RCA的剪切试验结果和各种类型的法向应力下合成90 kPa。图7表明PG-RCA的界面剪切试验结果,FG-RCA WK-RCA, GT-RCA都显示明显的剪切软化。的拐点和界面剪切试验结果WG-RCA显示剪切硬化;PG-RCA的峰值抗剪强度最高,达到267.2 kPa,其次是GT-RCA 237.7 kPa。相对于RCA本身FG-RCA WK-RCA, WG-RCA接口峰值剪切强度较低;优点是215.9 kPa, 205.9 kPa,分别和222.1 kPa。图7 (b)显示界面剪切钢筋RCA的结果有明显的肥大,但少量的剪切收缩出现在最初的阶段。这是由于颗粒重新排列,粒子的间隙充满了较小的粒子,导致RCA暂时收缩。当发生膨胀和膨胀率小,界面剪切强度达到了顶峰。

当各种合成类型的影响在RCA的剪切强度进行分析,界面增强系数的概念(25]介绍了。定量分析和评估的RCA钢筋界面是基于价值。加强界面的剪切强度的比值的剪切强度定义为非强化界面 : 在哪里是RCA和各种土工合成材料的界面剪切强度和是RCA的剪切强度。

增加加筋材料可以显著降低界面剪切膨胀的程度(26),土工合成材料和RCA之间的相互作用的结果。评估钢筋RCA,界面剪切膨胀系数(27]介绍了。的价值被定义为 在哪里是相对扩张位移在剪切过程中,在剪切过程中是相对压缩位移。抑制膨胀系数值,如图8。的图中显示值的PG-RCA GT-RCA、WK-RCA WG-RCA, FG-RCA分别为30.27,27.2,40.38,46.84,和42.93,分别。

在表3,各种钢筋RCA接口是通过值比较。的波动范围的值从0.91到1.17的接口。PG-RCA最高价值,GT-RCA紧随其后。WK-RCA、FG-RCA WG-RCA有值小于1(即无钢筋RCA)。一个大于1的值代表一个有益的强化效应土工合成材料的RCA钢筋界面。界面的抗剪强度主要来自土工格栅横肋的“消极抵抗”效应和界面粒子(即。particle-mesh交互锁)。由于连锁机构,添加土工合成材料可以提高RCA界面的剪切强度。主要原因是相对于单独RCA粒子之间的相互作用,界面粒子可以更好地限制RCA的自由滑动或旋转,从而提供更高的剪切强度。的WK-RCA和FG-RCA都小于1的值,因为RCA颗粒比工作和FG光阑,这就降低了粒子之间的连锁效应,光阑。此外,一些部分工作和FG产生损害,导致失败的强化。的WG-RCA接口的值小于1,因为除了工作组的面积增加剪切削弱表面,阻碍了RCA粒子之间的联锁。提高WG的摩擦阻力,RCA粒子剪切发生时需要重新安排,安排RCA粒子之间的相互作用和WG小于RCA粒子之间的连锁效应。PG-RCA GT-RCA有值大于1,因为更好的极限伸长PG和GT加固材料。土工格栅横肋可以提供更高的消极抵抗和更好的联锁。峰值后软化现象的可能原因是RCA粒子继续在剪切过程中磨损和破坏,导致表面剪切滑移。随着剪切位移的增加,剪切强度达到残余剪切强度和倾向于稳定。

图9显示了包络峰值剪切强度的关系曲线界面单调直接剪切条件下的RCA和五个钢筋RCA。各种类型的合成值的影响凝聚力和内摩擦角分析了。RCA内摩擦角 。PG-RCA接口, 和 ;WK-RCA接口, 和 ;GT-RCA接口, 和 ;WG-RCA接口, 和 ;FG-RCA接口, 和 。

从上面的数据可以看出,内摩擦角值的增加和减少,和的范围值波动从64.2°到69.2°。接口的凝聚力的值从大到小是PG-RCA, WK-RCA, FG-RCA WG-RCA, GT-RCA。

3.3。孔径大小对PG-RCA界面的剪切特征

图10 ()显示PG-RCA界面的剪切结果与各种土工格栅孔径尺寸(FD)低于90 kPa正应力相比RCA测试组。PG-RCA各种FD的界面剪切强度值都显示明显的剪切软化。相对于RCA测试组,PG-RCA的剪切强度明显增强。如图10 ()当剪切应力最大,FD是35。此外,PG表现出最大的剪切强度。图10 (b)显示各种FDs PG-RCA界面有明显的膨胀。添加PG明显抑制膨胀程度的RCA。的PG-RCA值大小直径25毫米,30毫米,35毫米,30.27和40毫米,分别为28.83,27.29和33.37。

分析的影响的程度F_DPG-RCA界面的抗剪强度值,相关曲线绘制界面的增强系数和孔隙率 (D₅₀在RCA颗粒级配中值直径),和之间的变化规律价值和 分析了。图11显示的比例价值 先增加,然后降低。当 比等于4.48,最大的价值达到1.33。然后,随着的比率 逐渐增加的价值逐渐减少。

此外,它可以看到值对应于测试比率 大于1。这表明所有测试PG材料的比例 加强界面的剪切强度。换句话说,当等于1,对应的 比例是最小孔径要求土工格栅。根据比值的变化 ,它被划分为三个主要领域:弱联锁面积从3.2到3.84,最佳联锁面积从3.84到4.48,和降低联锁面积从4.48到5.12不等。

4所示。结论

在这项研究中,一个大型直剪仪用于全面分析RCA的力学特性和各种类型,合成土工格栅孔径大小和界面相互作用在各种正常的压力。共30集的单调直接剪切测试完成。主要结论如下:(1)在单调直接剪切、砾石和RCA界面剪切强度高,和界面剪切强度与正常压力的增加显著增加。RCA和砾石界面显示明显的剪切软化。RCA小于剪切软化的砾石,内摩擦角的RCA略低于砾石。(2)不同的技术类型的影响抗剪强度的RCA钢筋接口是完全不同的。的峰值抗剪强度的界面,在降序排列,PG-RCA, GT-RCA, WG-RCA FG-RCA, WK-RCA。内摩擦角的变化规律符合界面强化系数的变化规律。加入土工合成材料明显抑制RCA的剪切变形。这项研究提供了重要的基础,选择合适的技术类型在实际项目和敏感组件具有重要意义,对路基沉降有很大的影响。(3)的F_D的PG的抗剪强度有显著影响PG-RCA接口。界面的剪切强度先增加然后减少与增加grain-to-pore比率。这一比率 分为三个关键领域:弱联锁区,最佳联锁区,减少了联锁区。是一个最好的联锁区范围 从3.84到4.48的比例。这提供了一个重要的基础选择合适的实际工程中土工格栅孔径大小。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号51768024和51768024)和国家科学基金会中国青年科学家(批准号52108338)。

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