因旧城改造项目，大量上世纪老旧房屋被拆除. 由这类上世纪老旧房屋的拆除垃圾制成的再生混凝土骨料^[1]因含有大量红砖而与一般的再生混凝土骨料不同. 根据拆除建筑物结构形式的不同，旧建筑拆除垃圾中砖的质量分数有所差异：砖结构的拆除垃圾中砖的质量分数最高，约为48%；木结构和钢混结构最低为5%~7%，砖混结构处于上述2类之间^[2]. 目前，建筑拆除垃圾处理工艺较难分离其中的红砖骨料，因此如何高效利用含大量红砖的再生砖混骨料，成为工程人士和科研人员共同关注的问题.

目前，国内外学者对再生砖混骨料及再生砖混骨料混凝土的性能有不少研究. 与传统的天然骨料相比，再生砖混骨料具有强度小、孔隙率大、吸水率高等特点，再生砖混骨料混凝土更容易产生大量的微裂缝，成为结构中的薄弱环节^[3-4]. 再生砖混骨料混凝土构件的结构受力性能研究较少，但再生混凝土构件结构性能的研究较丰富. 肖建庄等^[5]通过12根不同再生粗骨料取代率下的再生混凝土柱轴心和偏心受压试验表明，再生混凝土柱与普通混凝土柱的受力过程和破坏机理基本相同，再生混凝土柱应用于工程实际是可行的. Ajdukiewicz等^[6-7]对再生混凝土柱的研究发现，在相同的受荷情况下，再生混凝土柱的变形更大. 陈宗平等^[8-9]研究取代率对再生混凝土偏压试件、再生混凝土轴压试件极限承载力的影响. 研究发现，随着取代率的增加，再生混凝土偏压试件与轴压试件的极限承载力都下降. 周静海等^[10]通过不同粗骨料取代率再生混凝土短柱的轴心受压试验发现，再生混凝土柱与普通混凝土柱具有相似的破坏机理. 曹万林等^[11-13]通过足尺再生混凝土柱偏压性能的研究发现，在大偏心与小偏心受压状态下，再生混凝土柱的破坏模式与受压特征皆与普通混凝土柱相似. 在小偏心受压下，等强度混凝土、等截面面积、等配筋率的高强再生混凝土柱与高强普通混凝土柱相比，承载力略大，耗能能力略强^[11]. 在再生骨料混凝土复合柱方面，Ke等^[14-15]通过再生骨料混凝土包埋钢管复合柱的轴压性能与偏心受压性能试验发现，再生骨料的取代率对复合柱的力学性能影响不大，随着再生骨料取代率的增大，试件的极限承载力波动小于10%. 从试验来看，再生骨料混凝土具有很大的施工潜力.

针对再生砖混骨料混凝土柱的受力性能研究较少的情况，考虑到实际工程运用更注重构件的混凝土强度等级及实际建筑物中的柱多数处于小偏心受压状态，设计3种强度梯度的再生砖混骨料混凝土柱（简称砖混柱）与等强度的天然骨料混凝土柱（简称普通柱），以小偏心受压破坏为目的设计加载偏心距. 对比研究同强度的砖混柱与普通柱小偏心受压性能的差异.

为了对比同强度砖混柱与普通柱小偏心受压性能的差异，配置3个强度等级的再生砖混骨料混凝土与天然骨料混凝土. 其中再生砖混骨料混凝土为全再生骨料混凝土，即粗细骨料取代率为100%的再生骨料混凝土. 所用骨料皆来源于舟山某旧房拆除项目，并经由杭州某企业加工破碎成再生砖混骨料，如图1所示. 天然骨料采用天然河砂与天然碎石. 据前期再生砖混骨料混凝土的材料性能研究发现，对于同强度的再生砖混骨料混凝土与天然骨料混凝土，再生砖混骨料混凝土的劈裂抗拉强度更低，弹性模量更小，轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值更高. 有关同强度再生砖混骨料混凝土配比的设计方法及同强度再生砖混骨料混凝土的材料性能研究成果将另文发表说明. 试验中骨料的基本性能如表1所示. 表中，d_ag为骨料公称粒径；w_br为红砖的质量分数，即再生骨料中红砖骨料的质量占比；ρ为表观密度；ρ_L为堆积密度；w_wa,2h为骨料2 小时吸水率；w_wa,24h为骨料24 小时吸水率；δ_a为骨料的压碎指标. 用于拌和的骨料质量较大，且为了接近实际工程环境，在混凝土拌和前，骨料平铺置于室外，自然风干48~72 h. 再生砖混骨料混凝土配合比与天然骨料混凝土配合比分别如表2、3所示. 表中，m_w、m_c、m_a分别为每立方米混凝土中的水、水泥、减水剂质量，m₁、m₂、m₃分别为每立方米混凝土中粒径为0~10 mm、10~16 mm、16~32 mm再生砖混骨料的质量，m₄、m₅分别为每立方米混凝土中粒径为0~4 mm、4~32 mm天然骨料的质量，S为混凝土塌落度，f_cu,28为混凝土28 d立方体抗压强度.

表2中再生砖混骨料混凝土的拌和用水量由基准用水量与补充用水量组成. 补充用水量是考虑到再生砖混骨料的高吸水性，结合再生砖混骨料2 h吸水率补充的用水量.

再生砖混骨料混凝土拌和的投料方式与搅拌时长如下. 1)先将水泥、粗细骨料依次投入搅拌机，干拌1 min. 2)将减水剂溶解于所有的水中，在30 s内将所有的水(对于再生砖混骨料混凝土而言，所有的水即基准水量+附加用水量水量)一起加入搅拌机，搅拌2 min.

在试验中，设计并制作6根钢筋混凝土柱，对应3种不同强度（C25、C30、C35）的再生砖混骨料混凝土柱与天然骨料混凝土柱. 6 根混凝土柱配筋完全相同，保护层厚度皆为25 mm. 试验中钢筋的性能如表4所示，试件尺寸及配筋信息、测点布置及柱试件设计参数信息分别如图2、3及表5所示. 表4中，d_re为钢筋公称直径，f_y为钢筋实测屈服强度，f_st为钢筋实测极限强度，δ_gt为钢筋均匀伸长率. 图3中，P为竖向荷载，e₀为轴向力对截面重心的偏心距.

柱小偏心加载试验在浙江大学结构试验大厅完成，当试验加载时，荷载由100 t液压千斤顶提供. 支座为2对单刀铰支座，一对置于反力架下梁上，一对置于柱顶，上、下刀口相对放置，刀口所对处即为加载中心. 为了防止加载点处因过大集中力而发生局部受压破坏，在刀口支座与构件之间放置一块厚30 mm的钢板. 柱上部装置如力传感器、垫板、单刀铰支座等都用安全绳与反力架上梁相连，避免柱加载过程中发生倾倒. 柱加载装置示意图及试验现场照片如图4所示.

试验采用如下加载制度：在正式加载前进行预加载，检查加载装置与测点是否正常运行. 正式加载时，在柱开裂前采用25 kN/级的加载方式，在柱开裂后采用50 kN/级的加载方式，以开裂荷载/极限荷载约为30%的工程经验预估极限荷载，在接近极限承载力时恢复25 kN/级的加载方式. 试验以对液压千斤顶持续施加作用但力传感器显示的荷载不再继续上升作为试验结束与混凝土破坏的标志. 为了便于观察第一次出现的裂缝，柱身刷白，并在开裂前的每一级荷载施加过程中及施加后的持载时间内，充分观察.

2种骨料3种强度的试验柱在小偏心加载试验的过程中，呈现出非常相似的变化规律. 根据裂缝的开展与柱变形情况，可以大致分为3个阶段：弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段，以砖混柱C-R-C30为例，说明试件的加载现象.

弹性阶段：在加载初期，荷载裂缝尚未产生，柱形变较小，未有肉眼可见的挠度产生. 从整体来看，试件没有发生显著的变化，可以认为柱处于弹性阶段.

带裂缝工作阶段：随着荷载施加至104.3 kN时，在柱跨中位置附近的背部与侧面交界处产生肉眼可见的细微裂缝. 由于偏心距较小，受拉区相对不大，柱身荷载裂缝开展缓慢. 当荷载达到499.1、626.3 kN等若干荷载等级时，柱背部出现若干零星荷载裂缝，并向柱背与柱侧交界处发展. 随着荷载的增加，背部裂缝与柱侧面裂缝逐渐相交. 在该阶段中，柱形变逐渐明显，试件有肉眼可见的弯曲.

破坏阶段：当荷载达到650 kN时，柱跨中挠度非常明显，整体弯曲显著. 在柱跨中截面腹部受压区域，产生若干沿高度方向发展的裂缝，部分区域产生“鱼鳞”、“起褶”现象. 当荷载达到700 kN时，能够听见柱内部裂缝开展的声音，在恒载时的某一刻混凝土突然被压碎，竖向荷载迅速下降，属于明显的脆性破坏. 6根柱的最终破坏形态如图5所示.

试验柱在不同级荷载下侧向挠度随柱高的分布如图6所示. 图中，H为柱高，x为柱侧向挠度，P_u为柱竖向荷载极限值. 在试验中，3 根砖混柱的侧向挠度变化规律类似，砖混柱的侧向变形基本呈正弦曲线状，挠度最大值出现在跨中附近位置. 在加载过程中，侧向挠度增长呈现出先慢后快的特点，这与普通混凝土柱侧向挠度的变化规律无太大区别.

柱竖向荷载-跨中侧向挠度的曲线如图7所示. 图中，U为跨中侧向挠度. 砖混柱的荷载-跨中侧向挠度曲线的形状与整体变化趋势与普通柱基本一致. 当荷载不大时，在较广的一段范围内，竖向荷载与跨中侧向挠度都可以视为线性关系. 由于荷载不大，柱身裂缝开展程度低，柱整体性较好，在该阶段内柱刚度变化不大，曲线近似呈直线. 当荷载施加至80%的极限荷载时，荷载裂缝充分发展，对柱整体性产生一定的影响，刚度有一定程度的衰减，荷载-跨中侧向挠度曲线斜率出现较明显的下降，直至柱破坏.

对比同强度的砖混柱与普通柱的竖向荷载-跨中侧向挠度曲线可以发现，处于破坏阶段前的砖混柱在同级荷载下，跨中侧向挠度略高于普通柱，刚度略小. 这源于再生砖混骨料混凝土中含有大量易变形的红砖碎块，会使得再生砖混骨料混凝土的弹性模量降低. 对于同强度砖混柱与普通柱，在达到破坏状态时，砖混柱的跨中侧向挠度略高于普通柱. 除砖混柱本身略低的刚度外，还可能源于砖混柱的荷载裂缝更容易开展，柱整体刚度下降更多，导致砖混柱更大侧向挠度的产生.

荷载-跨中受压应变曲线如图8所示. 图中，ε_c,m为跨中受压应变，即图3(a)中受压区混凝土应变片对应的应变. 从图8可以看出，2种骨料混凝土柱的荷载-跨中受压应变曲线形状相似，在加载初期，荷载裂缝尚未对柱的刚度产生较大的影响，在同级荷载下，砖混柱的跨中受压应变略大于普通柱，这与材料试验中砖混骨料混凝土弹性模量更小的结论吻合. 在加载末期，统计加载阶段所记录到的最大跨中受压应变，可以发现在达到极限状态时，砖混柱的跨中受压应变略大于普通柱. 整体而言，荷载-跨中受压应变曲线的变化规律与荷载-跨中侧向挠度曲线类似.

综合混凝土应变与上述侧向挠度的发展规律可以看出，砖混柱相比于普通柱在同样的荷载条件下的变形更大.

如图9所示为砖混柱与普通柱的荷载-纵向钢筋应变曲线. 图中，ε_s为钢筋应变. 从图9可以看出，无论是砖混柱还是普通柱，在达到极限荷载受压破坏时，受拉钢筋的应变为1 500~2 000，未达到钢筋的受拉极限应变，而受压钢筋应变在3 000~4 000时超过钢筋的受压屈服应变，6 根试验柱都符合小偏心受压破坏的特征.

比较相同强度的砖混柱与普通柱的纵向钢筋应变可以看出，钢筋应变随荷载的变化规律与荷载-跨中侧向挠度与荷载-跨中受压应变的变化规律类似. 当荷载较小时，砖混柱的纵向钢筋受压或受拉应变皆略高于普通柱. 当达到极限荷载破坏状态时，纵向钢筋的受拉受压应变显现出与荷载-跨中侧向挠度较一致的规律，既砖混柱的钢筋应变略大于普通柱. 砖混柱的荷载-钢筋应变表现出与荷载-跨中侧向挠度相似的变化规律，说明钢筋与再生砖混骨料混凝土之间未产生较大的相对滑移，从一定程度上反映了钢筋与再生砖混骨料混凝土存在良好的锚固性能.

砖混柱与普通柱跨中截面在各级荷载下的应变随高度的变化如图10所示. 图中，ε_c为混凝土应变，h为截面高度. 从图10可见，在各级荷载下，跨中截面上各点的混凝土应变曲线近似呈直线，砖混柱与普通柱皆符合平截面假定，后续极限荷载的计算与分析可以在此基础上开展.

试验柱的开裂荷载如图11所示. 图中，P_r为柱开裂荷载. 砖混柱的开裂荷载变化规律与普通柱类似，具有随着强度的提高而增强的趋势，但幅度不高. 对于同强度的砖混柱与普通柱，砖混柱的开裂荷载低于普通柱.

根据同课题组再生砖混骨料混凝土材料的性能研究发现，对于立方体抗压强度相同的再生砖混骨料混凝土与天然骨料混凝土，再生砖混骨料混凝土的抗拉强度因再生砖混骨料存在新老砂浆界面、更多的界面薄弱区以及含有玻璃、瓷砖、木屑等杂质多方面的原因使得抗拉强度更低，从而使得砖混柱先于普通柱开裂.

另一方面的原因可能是在施工工艺方面. 柱施工过程如图12所示. 试验柱浇筑时，柱背处于混凝土浇筑面位置，待拆模取出试柱后，浇筑面成为柱混凝土受拉面. 由于再生砖混骨料混凝土在浇筑时骨料的高吸水性，须额外添加用水. 即使在调整再生砖混骨料混凝土与天然骨料混凝土具有相同的塌落度后，也难以避免在柱浇筑面上产生少量的泌水与浮浆. 该情况可能会导致对砖混柱开裂荷载的判断产生误差，使得砖混柱的开裂荷载偏小.

极限荷载是实际工程中最关注的一项结构性指标，试验柱的极限荷载如图13所示. 对于同种骨料的混凝土柱，极限荷载随着强度的上升而增大. 极限荷载大致与强度等级成线性关系.

从图13可以看出，同强度的砖混柱的极限荷载略高于普通柱. 原因是对于同立方体抗压强度的再生砖混骨料混凝土与天然骨料混凝土，实际的轴心抗压强度存在一定的差异. 普通混凝土的轴心抗压强度f_c与立方体抗压强度f_cu存在如下的关系^[16]：

(1) $f_{\rm{c}}^{} = 0.76{f_{{\rm{cu}}}}.$

根据同课题组再生砖混骨料混凝土材料性能的研究发现，再生砖混骨料混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值大于0.87. 可知，对于同立方体抗压强度的再生砖混骨料混凝土与天然骨料混凝土，再生砖混骨料混凝土的轴心抗压强度略高于天然骨料混凝土. 肖建庄等^[1,17]得到上述类似结论. 对于立方体抗压强度相同的小偏心受压混凝土柱，因轴心抗压强度存在一定的差异性，砖混柱的极限荷载略高于普通柱.

参考我国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）^[16]给出的小偏心受压柱承载力计算公式如下所示：

(2) ${N_{\rm{u}}}{\rm{ = }}{\alpha _1}{f_{\rm{c}}}bx + f_{\rm{y}}^\prime A_{\rm{s}}^\prime - {\sigma _{\rm{s}}}{A_{\rm{s}}},$

(3) ${N_{\rm{u}}}e{\rm{ = }}{\alpha _1}{f_{\rm{c}}}bx\left( {{h_0} - \frac{x}{2}} \right) + f_{\rm{y}}^\prime A_{\rm{s}}^\prime \left( {{h_0} - a_{\rm{s}}^\prime } \right),$

(4) ${N_{\rm{u}}}e_{}^\prime {\rm{ = }}{\alpha _1}{f_{\rm{c}}}bx\left( {\frac{x}{2} - a_{\rm{s}}^\prime } \right) - {\sigma _{\rm{s}}}A_{\rm{s}}^{}\left( {{h_0} - a_{\rm{s}}^\prime } \right),$

(5) $e = {e_{\rm{i}}} + \frac{h}{2} - {a_{\rm{s}}},$

(6) ${e_{\rm{i}}} = {e_0} + {e_{\rm{a}}}.$

式中：N_u为竖向极限荷载；α₁为系数，此处取1.0；b为柱截面宽度；h、h₀分别为截面高度和截面有效高度；A_s与A_s′分别为受拉区与受压区纵向钢筋的截面面积，两者相等并取实际配筋的截面面积；f_y′为受压区纵向受力钢筋屈服强度，取实测值；σ_s为受拉区纵向受拉钢筋应力；f_c为混凝土轴心抗压强度，此处取实测28 d立方体抗压强度的0.87倍；e、e′分别为竖向荷载作用点至纵向受拉钢筋合力点和受压钢筋合力点之间的距离；e_i为初始偏心距；a_s、a_s′分别为纵向受拉、受压钢筋至截面边缘的距离；e₀为竖向荷载对截面重心的偏心距，此处取50 mm；e_a为附加偏心距，此处取20 mm. 小偏心受压柱承载力的计算简图如图14所示.

砖混柱的极限荷载试验值与计算值如表6所示. 表中，P_te为极限荷载试验值，P_ca为极限荷载试验值.

砖混柱的极限荷载略高于同强度的普通柱，规范公式能够较好地预测砖混柱的极限荷载. 在实际工程中，出于安全考虑，虽然砖混柱极限荷载有所提高，但考虑按普通柱计算，将这部分提高量作为一部分的安全储备.

（1）再生砖混骨料混凝土柱的小偏心受压破坏过程与天然骨料混凝土柱十分相似，可以大致分为裂缝未产生的弹性阶段、带裂缝工作阶段及破坏阶段，且平截面假定对再生砖混骨料混凝土柱同样适用.

（2）再生砖混骨料混凝土柱的开裂荷载较低，表面荷载裂缝更易于展开. 在加载中，砖混柱的侧向跨中挠度、受压应变、钢筋应变等都略高，柱变形更大.

（3）再生砖混骨料混凝土柱的极限荷载略高于同强度的普通柱，原因可能来源于两者轴心抗压强度的差异，但实际工程中建议不考虑这部分的增益，将其视为安全储备.

（4）从柱的小偏心受压性能试验来看，再生砖混骨料混凝土柱与同强度的天然骨料混凝土柱相比，不存在较大工程中不可接受的差异，因此将再生砖混骨料混凝土柱应用于工程实际是可行的.

试验仅对某一种来源的再生砖混骨料浇筑的砖混柱进行小偏心受压试验，但不同来源的再生砖混骨料中的砖质量分数有较大的差异，砖质量分数的差异可能会对砖混柱的受力性能有所不同，后续应展开相关的研究. 对于试验中再生砖混骨料混凝土柱表现出更易开裂、刚度更低的特征，再生砖混骨料混凝土柱的长期耐久性能与抗侧力性能有待进一步的研究.