石屑代替河砂配置預(yù)應(yīng)力混凝土梁純彎力學(xué)性能試驗

季文，季文洪

（1.上海外經(jīng)集團控股有限公司，上海市 200032；2.杭州浙錨結(jié)構(gòu)工程研究院有限公司，浙江杭州 311402）

0 引言

混凝土在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是近年來，我國每年用于基礎(chǔ)建設(shè)的混凝土達40億m3。但是混凝土具有能源消耗高、能效低等缺點，特別是細骨料作為其重要組成部分，主要采用自然界中的天然砂。由于對自然界天然砂的過度開采，使得該資源日漸枯竭。且在我國企業(yè)走出去的戰(zhàn)略形勢下，在很多國外工程施工中面臨天然砂緊缺的問題（例如一些海島國家、交通不便的山區(qū)等），且采用進口天然砂價格昂貴。采用機制砂代替天然砂配置高強混凝土成為擺在工程技術(shù)人員面前的一項重要課題。

本文主要研究石屑混凝土與普通混凝土的受力性能差異，試驗包括石屑混凝土性能和預(yù)應(yīng)力梁受彎性能兩個部分。

試驗構(gòu)件共18根梁，均為矩形截面簡支梁，梁長L=3 m，凈跨L0=2.7 m，截面尺寸b×h=150 mm×300 mm。構(gòu)件設(shè)計混凝土強度等級為C50級。為了比較不同類型配合比對構(gòu)件的受力影響，試驗梁分三種配合比，詳細配合比見表1所列。

表1 試驗梁配合比一覽表

為了比較不同配筋率對梁的開裂荷載、裂縫間距、裂縫最大寬度、極限承載力的影響，梁底非預(yù)應(yīng)力筋分無筋、2Φ10和2Φ14三組，梁頂配筋均為2Φ10，箍筋φ8@150，詳細配筋見表2所列。

表2 試驗梁配筋情況一覽表

1 混凝土性能

實踐研究表明：石屑中含有大量的石粉，直接取代等量河砂時，隨著石屑比例的加大，和易性越來越差，混凝土越來越粘稠，流動性越來越差，氣泡不易振出。石屑混凝土施工性能差，抹面時不易出漿。表3為混凝土強度表。圖1為試驗構(gòu)件實景。

表3 混凝土強度表

圖1 試驗構(gòu)件實景

從表3可以看出，隨著石屑比例的加大，混凝土強度略有提升。

2 彎曲試驗

2.1 破壞形式和發(fā)展過程

類型Ⅲ梁梁底沒有非預(yù)應(yīng)力筋，構(gòu)件發(fā)生典型的少筋梁脆性破壞。

類型Ⅱ梁和類型Ⅰ梁加荷初期隨著荷載增加，梁的荷載-撓度關(guān)系和截面應(yīng)變關(guān)系接近直線變化，截面處于彈性工作狀態(tài)。當(dāng)荷載增至截面受拉邊緣應(yīng)變達到混凝土極限拉應(yīng)變時，在抗拉能力最薄弱部位混凝土首先開裂，裂縫緩慢向上發(fā)展，鋼筋應(yīng)力迅速增加；此后隨荷載增加，在梁整個純彎段內(nèi)甚至純彎段兩側(cè)出現(xiàn)一系列的豎向裂縫，裂縫間距基本為150 mm；荷載繼續(xù)增加，裂縫處鋼筋應(yīng)力不斷增大，鋼筋逐漸屈服，最后達到承載能力極限狀態(tài)。

2.2 試驗梁的特征荷載

圖2為試驗裝置示意圖；圖3為試驗梁安裝實景；表4為試驗梁特征點荷載表。

圖2 力學(xué)試驗裝置示意圖

圖3 試驗梁安裝實景

表4 試驗梁特征點荷載表

（1）在配筋相同、混凝土強度相同的情況下，不同的配合比對開裂荷載幾乎沒有影響。

（2）在梁底無配筋的情況下，配比2比配比3較早出現(xiàn)了裂縫，且裂縫寬度大于配比1。

2.3 鋼筋應(yīng)力（見圖4～圖7）

圖4 鋼筋應(yīng)力測試貼片實景

圖5 配比1鋼筋應(yīng)力變化圖

圖6 配比2鋼筋應(yīng)力變化圖

圖7 配比3鋼筋應(yīng)力變化圖

從開始加載到混凝土開裂前，各點的鋼筋應(yīng)力基本相同。此后隨著混凝土的開裂，裂縫截面處混凝土退出工作，使鋼筋拉應(yīng)力增大較快，但裂縫間混凝土仍承受一定的拉力，故鋼筋應(yīng)力偏小。隨著荷載逐步增加，鋼筋應(yīng)力不斷增大，最后鋼筋屈服。

在荷載相同情況下，不同的配合比鋼筋應(yīng)力無明顯區(qū)別。

2.4 裂縫（見圖8～圖10）

在配筋相同的情況下，不同配合比的裂縫出現(xiàn)、發(fā)展、分布情況基本一致（見圖11）。

圖8 FS-14-1#（配比1）裂縫分布圖

圖9 S1-14-2#（配比2）裂縫分布圖

圖10 S2-14-1#（配比3）裂縫分布圖

圖11 裂縫觀測實景

3 結(jié)論

（1）石屑中含有大量的石粉，直接取代等量河砂時，隨著石屑比例的加大，和易性越來越差，混凝土越來越粘稠，流動性越來越差，氣泡不易振出。石屑混凝土施工性能差，抹面時不易出漿。

（2）在配筋相同、混凝土強度相同的情況下，不同的配合比對開裂荷載幾乎沒有影響；在梁底無配筋的情況下，配比2及配比3較早出現(xiàn)了裂縫，且裂縫寬度大于配比1。

（3）在荷載相同情況下，不同的配合比鋼筋應(yīng)力無明顯區(qū)別。

（4）在配筋相同的情況下，不同配合比的裂縫出現(xiàn)、發(fā)展、分布情況基本一致。

（5）對高強石屑混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進行了力學(xué)試驗，并與普通預(yù)應(yīng)力混凝土受力性能進行對比，得出高強石屑混凝在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中具有良好的受力性能。