机制砂混凝土及其预应力梁受力性能研究

宋玉良 高庆力

(中交路桥华东工程有限公司，上海 201203)

混凝土是我国工程建设的主要材料之一，随着我国的社会的不断发展，在工程建设的领域机制砂已经成为一种趋势，尤其是在一些公路和铁路的建设中，利用天然石材来生产机制砂已经成为解决天然砂资源短缺的重要手段。

1 预应力混凝土结构的特点和发展概况

预应力混凝土结构就是结构在承受外荷载之前，需要人为的施加某种预应力的一种混凝土结构，这种外应力的施加可以对裂缝的出现推迟或者是限制，能够对结构的刚度进行提升。在预应力混凝土技术的不断发展中，因为它具有比较良好抗裂性和耐久性，使预应力在工程建设中具有非常广泛的应用。一般来说，预应力混凝土具有以下几项优点。

首先是可以减小截面的尺寸，对自重和工程材料都能够进行一定的减轻，具有比较强的经济性。另外还能对结构或者构建的受力性进行改善和提升，使构件的开裂得到一定的延缓，在一定程度上能够提高构件的抗裂度，减小结构的变形。除此之外，预应力混凝土还能提高结构的耐久性、抗疲劳和抗震能力，也可以对使用其他结构材料难以解决的技术问题进行解决，能够使用这样的技术来对各类大型及重载的建筑工程进行建造。预应力混凝土的设计和施工都是比较复杂的，对于材料的质量也有着比较高的要求，在进行实际施工的过程中，需要借助专门的工具来进行施工，同时还有相关的施工人员具有相关的经验，对于质量控制等方面的内容也是比较复杂的，将预应力混凝土用在合适的场合，就可以获得更好施工效果。

2 机制砂预应力混凝土性能

2.1 机制砂混凝土的强度

对两种顶级的机制砂混凝土强度进行一定的研究可以发现，在相同的配比之下，机制砂混凝土砂率比天然砂混凝土砂率要高1%，机制砂混凝土的强度高要高于天然砂混凝土的强度。

2.2 机制砂混凝土的抗渗性

对混合砂混凝土和天然中砂混凝土试件同一条件下进行一定的抗渗性试验，可以发现，混合砂混凝土的抗渗性要比天然中砂混凝土的抗渗性要低。

2.3 机制砂混凝土的抗冻性

在对机制砂混凝土和天然砂混凝土进行一定的抗冻性对比试验之后发现，机制砂混凝土重量损失率和强度损失率都比天然砂混凝土损失率要低，这就可以说明，机制砂混凝土的抗冻性能是比较优良的。

2.4 机制混凝土的收缩性能

混凝土的收缩性能会对混凝土结构的耐久性性能产生一定的影响，尤其在28d龄期前，混凝土试块的收缩量会随着龄期的增长速度而增长，在28d龄期之后，会随着龄期增加，混凝土试块的收缩量增长速率会出现一定的降低。

2.5 机制混凝土的徐变性能

徐变是制作预应力混凝土构件多需要的技术指标，它能够对混凝土在荷载作用下的变形能力进行反映，对于构件的预应力损失具有非常重要的影响。

3 机制砂预应力混凝土梁受力性能试验

3.1 试验加载的方案

所有机机制砂预应力混凝土梁都是简支方式，三分点对称加载，而荷载施加是以跨中纯弯段的计算弯矩为主要的依据的，根据跨中弯矩换算成两点集中加载的力，机制砂预应力混凝土采用的分级加载的方式进行加荷。

3.2 试验量测的内容

3.2.1 应变的量测

机制砂预应力混凝土梁在进行制作的时候，已经按照相关的设计要求在指定的位置进行了一定测量，在试验梁的施工阶段需要对应变进行监测，进而对机制砂预应力混凝土梁的力进行一定的记载。

3.2.2 裂缝的量测

试验梁开裂之后需要对裂缝发展的情况进行详细的观测，在每级的荷载持荷一定时间之后，对最大裂缝宽度、长度和间距进行一定的量侧，然后记录在试验梁上。对于垂直裂缝的宽度来说，需要在试验梁的侧面相应于受拉主筋高度处进行量测。

3.2.3 挠度的量测

根据《混凝土结构试验方法标准》的内容，受弯构件量测挠度曲线的测点应该要沿着构件的跨度方向进行布置，这样就包括量测支座沉降和变形在内，测点的数量不能少于五点，对于宽度较大的构件来说，测点数量还应该适当的进行增加。

3.2.4 开裂荷载和极限荷载的量测

试验加载在接近开裂荷载的时候，需要对试验梁的量测进行详细的观测，一旦出现了裂缝就要立刻停止加载的行为，然后对开裂荷载值进行一定的记录。如果试验梁在临近破坏的时候，荷载会出现不稳定的情况，一旦荷载梁出现了破坏，就要对极限荷载值进行记录。

3.3 机制砂预应力混凝土梁受力特点和破坏形态

试验梁从加载到破坏阶段的受力过程主要可以分为三个阶段的内容。第一个阶段就是弹性工作的阶段，因为加载的初期荷载是比较小的，混凝土还没有开裂，整体的构件都处在弹性阶段，试验梁的刚度也基本是保持不变的，这个阶段的钢筋应力比较小，钢筋和混凝土的应力增长比较稳定。第二阶段是带裂缝工作阶段，即在荷载的增加中，试验梁的跨中纯弯段薄弱截面开始出现一定的裂缝，试验梁就会进入到带裂缝工作阶段。在裂缝出现的初期，裂缝整体呈现出的是细且短的形态，在数量上面也是比较少的，在开裂的瞬间，在开裂截面上受拉区混凝土会退出工作，在开裂前承担的拉应力会有一部分转移给钢筋进行承担，非预应力纵筋的应变比之间开裂前的明显出现了增大的现象，钢筋的应力也会出现一定的突变。第三阶段就是破坏阶段，即非应力钢筋在屈服之后，试验梁会表现出明显的塑性变形，裂缝的宽度会出现进一步的增大，挠度的增加也会变快。荷载-挠度曲线会出现一定的转折，形成第二阶段和第三阶段的转折点，在这样的情况下，荷载不变或者是荷载变化比较小的情况下，试验挠度增加是比较快的，试验梁会处在一个不稳定的阶段。

4 结 语

综上所述，近些年在我国社会经济的迅速发展之下，各类建设项目的数量也得到了一定的增加，混凝土作为各项基础建设的首选材料，消耗量在不断的增加，天然砂作为短时间不可再生资源，需要使用机制砂进行代替。目前来说，使用机制砂应用在混凝土梁中，有许多的优点，本文主要就是对此进行了一定的研究，希望能够进一步的促进我国公路和铁路桥梁工程的发展。