石屑代替河砂配置預應力混凝土梁純彎力學性能試驗

季文，季文洪

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

0 引言

混凝土在現代結構中得到了廣泛的應用，特別是近年來，我國每年用于基礎建設的混凝土達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。且在我國企業走出去的戰略形勢下，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應力梁受彎性能兩個部分。

試驗構件共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。構件設計混凝土強度等級為C50級。為了比較不同類型配合比對構件的受力影響，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，梁底非預應力筋分無筋、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為試驗構件實景。

表3 混凝土強度表

圖1 試驗構件實景

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 破壞形式和發展過程

類型Ⅲ梁梁底沒有非預應力筋，構件發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-撓度關系和截面應變關系接近直線變化，截面處于彈性工作狀態。當荷載增至截面受拉邊緣應變達到混凝土極限拉應變時，在抗拉能力最薄弱部位混凝土首先開裂，裂縫緩慢向上發展，鋼筋應力迅速增加；此后隨荷載增加，在梁整個純彎段內甚至純彎段兩側出現一系列的豎向裂縫，裂縫間距基本為150 mm；荷載繼續增加，裂縫處鋼筋應力不斷增大，鋼筋逐漸屈服，最后達到承載能力極限狀態。

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較早出現了裂縫，且裂縫寬度大于配比1。

2.3 鋼筋應力（見圖4～圖7）

圖4 鋼筋應力測試貼片實景

圖5 配比1鋼筋應力變化圖

圖6 配比2鋼筋應力變化圖

圖7 配比3鋼筋應力變化圖

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

在荷載相同情況下，不同的配合比鋼筋應力無明顯區別。

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、發展、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力無明顯區別。

（4）在配筋相同的情況下，不同配合比的裂縫出現、發展、分布情況基本一致。

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