機(jī)制砂混凝土及其預(yù)應(yīng)力梁受力性能研究

宋玉良 高慶力

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201203)

混凝土是我國(guó)工程建設(shè)的主要材料之一，隨著我國(guó)的社會(huì)的不斷發(fā)展，在工程建設(shè)的領(lǐng)域機(jī)制砂已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，尤其是在一些公路和鐵路的建設(shè)中，利用天然石材來生產(chǎn)機(jī)制砂已經(jīng)成為解決天然砂資源短缺的重要手段。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和發(fā)展概況

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是結(jié)構(gòu)在承受外荷載之前，需要人為的施加某種預(yù)應(yīng)力的一種混凝土結(jié)構(gòu)，這種外應(yīng)力的施加可以對(duì)裂縫的出現(xiàn)推遲或者是限制，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行提升。在預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展中，因?yàn)樗哂斜容^良好抗裂性和耐久性，使預(yù)應(yīng)力在工程建設(shè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。一般來說，預(yù)應(yīng)力混凝土具有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

首先是可以減小截面的尺寸，對(duì)自重和工程材料都能夠進(jìn)行一定的減輕，具有比較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。另外還能對(duì)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)建的受力性進(jìn)行改善和提升，使構(gòu)件的開裂得到一定的延緩，在一定程度上能夠提高構(gòu)件的抗裂度，減小結(jié)構(gòu)的變形。除此之外，預(yù)應(yīng)力混凝土還能提高結(jié)構(gòu)的耐久性、抗疲勞和抗震能力，也可以對(duì)使用其他結(jié)構(gòu)材料難以解決的技術(shù)問題進(jìn)行解決，能夠使用這樣的技術(shù)來對(duì)各類大型及重載的建筑工程進(jìn)行建造。預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計(jì)和施工都是比較復(fù)雜的，對(duì)于材料的質(zhì)量也有著比較高的要求，在進(jìn)行實(shí)際施工的過程中，需要借助專門的工具來進(jìn)行施工，同時(shí)還有相關(guān)的施工人員具有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于質(zhì)量控制等方面的內(nèi)容也是比較復(fù)雜的，將預(yù)應(yīng)力混凝土用在合適的場(chǎng)合，就可以獲得更好施工效果。

2 機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土性能

2.1 機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度

對(duì)兩種頂級(jí)的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度進(jìn)行一定的研究可以發(fā)現(xiàn)，在相同的配比之下，機(jī)制砂混凝土砂率比天然砂混凝土砂率要高1%，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度高要高于天然砂混凝土的強(qiáng)度。

2.2 機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性

對(duì)混合砂混凝土和天然中砂混凝土試件同一條件下進(jìn)行一定的抗?jié)B性試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，混合砂混凝土的抗?jié)B性要比天然中砂混凝土的抗?jié)B性要低。

2.3 機(jī)制砂混凝土的抗凍性

在對(duì)機(jī)制砂混凝土和天然砂混凝土進(jìn)行一定的抗凍性對(duì)比試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂混凝土重量損失率和強(qiáng)度損失率都比天然砂混凝土損失率要低，這就可以說明，機(jī)制砂混凝土的抗凍性能是比較優(yōu)良的。

2.4 機(jī)制混凝土的收縮性能

混凝土的收縮性能會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性性能產(chǎn)生一定的影響，尤其在28d齡期前，混凝土試塊的收縮量會(huì)隨著齡期的增長(zhǎng)速度而增長(zhǎng)，在28d齡期之后，會(huì)隨著齡期增加，混凝土試塊的收縮量增長(zhǎng)速率會(huì)出現(xiàn)一定的降低。

2.5 機(jī)制混凝土的徐變性能

徐變是制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件多需要的技術(shù)指標(biāo)，它能夠?qū)炷猎诤奢d作用下的變形能力進(jìn)行反映，對(duì)于構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失具有非常重要的影響。

3 機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)加載的方案

所有機(jī)機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁都是簡(jiǎn)支方式，三分點(diǎn)對(duì)稱加載，而荷載施加是以跨中純彎段的計(jì)算彎矩為主要的依據(jù)的，根據(jù)跨中彎矩?fù)Q算成兩點(diǎn)集中加載的力，機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土采用的分級(jí)加載的方式進(jìn)行加荷。

3.2 試驗(yàn)量測(cè)的內(nèi)容

3.2.1 應(yīng)變的量測(cè)

機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁在進(jìn)行制作的時(shí)候，已經(jīng)按照相關(guān)的設(shè)計(jì)要求在指定的位置進(jìn)行了一定測(cè)量，在試驗(yàn)梁的施工階段需要對(duì)應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁的力進(jìn)行一定的記載。

3.2.2 裂縫的量測(cè)

試驗(yàn)梁開裂之后需要對(duì)裂縫發(fā)展的情況進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)，在每級(jí)的荷載持荷一定時(shí)間之后，對(duì)最大裂縫寬度、長(zhǎng)度和間距進(jìn)行一定的量側(cè)，然后記錄在試驗(yàn)梁上。對(duì)于垂直裂縫的寬度來說，需要在試驗(yàn)梁的側(cè)面相應(yīng)于受拉主筋高度處進(jìn)行量測(cè)。

3.2.3 撓度的量測(cè)

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的內(nèi)容，受彎構(gòu)件量測(cè)撓度曲線的測(cè)點(diǎn)應(yīng)該要沿著構(gòu)件的跨度方向進(jìn)行布置，這樣就包括量測(cè)支座沉降和變形在內(nèi)，測(cè)點(diǎn)的數(shù)量不能少于五點(diǎn)，對(duì)于寬度較大的構(gòu)件來說，測(cè)點(diǎn)數(shù)量還應(yīng)該適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行增加。

3.2.4 開裂荷載和極限荷載的量測(cè)

試驗(yàn)加載在接近開裂荷載的時(shí)候，需要對(duì)試驗(yàn)梁的量測(cè)進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)，一旦出現(xiàn)了裂縫就要立刻停止加載的行為，然后對(duì)開裂荷載值進(jìn)行一定的記錄。如果試驗(yàn)梁在臨近破壞的時(shí)候，荷載會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，一旦荷載梁出現(xiàn)了破壞，就要對(duì)極限荷載值進(jìn)行記錄。

3.3 機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)

試驗(yàn)梁從加載到破壞階段的受力過程主要可以分為三個(gè)階段的內(nèi)容。第一個(gè)階段就是彈性工作的階段，因?yàn)榧虞d的初期荷載是比較小的，混凝土還沒有開裂，整體的構(gòu)件都處在彈性階段，試驗(yàn)梁的剛度也基本是保持不變的，這個(gè)階段的鋼筋應(yīng)力比較小，鋼筋和混凝土的應(yīng)力增長(zhǎng)比較穩(wěn)定。第二階段是帶裂縫工作階段，即在荷載的增加中，試驗(yàn)梁的跨中純彎段薄弱截面開始出現(xiàn)一定的裂縫，試驗(yàn)梁就會(huì)進(jìn)入到帶裂縫工作階段。在裂縫出現(xiàn)的初期，裂縫整體呈現(xiàn)出的是細(xì)且短的形態(tài)，在數(shù)量上面也是比較少的，在開裂的瞬間，在開裂截面上受拉區(qū)混凝土?xí)顺龉ぷ?，在開裂前承擔(dān)的拉應(yīng)力會(huì)有一部分轉(zhuǎn)移給鋼筋進(jìn)行承擔(dān)，非預(yù)應(yīng)力縱筋的應(yīng)變比之間開裂前的明顯出現(xiàn)了增大的現(xiàn)象，鋼筋的應(yīng)力也會(huì)出現(xiàn)一定的突變。第三階段就是破壞階段，即非應(yīng)力鋼筋在屈服之后，試驗(yàn)梁會(huì)表現(xiàn)出明顯的塑性變形，裂縫的寬度會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的增大，撓度的增加也會(huì)變快。荷載-撓度曲線會(huì)出現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)折，形成第二階段和第三階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在這樣的情況下，荷載不變或者是荷載變化比較小的情況下，試驗(yàn)撓度增加是比較快的，試驗(yàn)梁會(huì)處在一個(gè)不穩(wěn)定的階段。

4 結(jié) 語

綜上所述，近些年在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展之下，各類建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量也得到了一定的增加，混凝土作為各項(xiàng)基礎(chǔ)建設(shè)的首選材料，消耗量在不斷的增加，天然砂作為短時(shí)間不可再生資源，需要使用機(jī)制砂進(jìn)行代替。目前來說，使用機(jī)制砂應(yīng)用在混凝土梁中，有許多的優(yōu)點(diǎn)，本文主要就是對(duì)此進(jìn)行了一定的研究，希望能夠進(jìn)一步的促進(jìn)我國(guó)公路和鐵路橋梁工程的發(fā)展。