石屑代替河砂配置预应力混凝土梁纯弯力学性能试验

季文，季文洪

（1.上海外经集团控股有限公司，上海市 200032；2.杭州浙锚结构工程研究院有限公司，浙江杭州 311402）

0 引言

混凝土在现代结构中得到了广泛的应用，特别是近年来，我国每年用于基础建设的混凝土达40亿m3。但是混凝土具有能源消耗高、能效低等缺点，特别是细骨料作为其重要组成部分，主要采用自然界中的天然砂。由于对自然界天然砂的过度开采，使得该资源日渐枯竭。且在我国企业走出去的战略形势下，在很多国外工程施工中面临天然砂紧缺的问题（例如一些海岛国家、交通不便的山区等），且采用进口天然砂价格昂贵。采用机制砂代替天然砂配置高强混凝土成为摆在工程技术人员面前的一项重要课题。

本文主要研究石屑混凝土与普通混凝土的受力性能差异，试验包括石屑混凝土性能和预应力梁受弯性能两个部分。

试验构件共18根梁，均为矩形截面简支梁，梁长L=3 m，净跨L0=2.7 m，截面尺寸b×h=150 mm×300 mm。构件设计混凝土强度等级为C50级。为了比较不同类型配合比对构件的受力影响，试验梁分三种配合比，详细配合比见表1所列。

表1 试验梁配合比一览表

为了比较不同配筋率对梁的开裂荷载、裂缝间距、裂缝最大宽度、极限承载力的影响，梁底非预应力筋分无筋、2Φ10和2Φ14三组，梁顶配筋均为2Φ10，箍筋φ8@150，详细配筋见表2所列。

表2 试验梁配筋情况一览表

1 混凝土性能

实践研究表明：石屑中含有大量的石粉，直接取代等量河砂时，随着石屑比例的加大，和易性越来越差，混凝土越来越粘稠，流动性越来越差，气泡不易振出。石屑混凝土施工性能差，抹面时不易出浆。表3为混凝土强度表。图1为试验构件实景。

表3 混凝土强度表

图1 试验构件实景

从表3可以看出，随着石屑比例的加大，混凝土强度略有提升。

2 弯曲试验

2.1 破坏形式和发展过程

类型Ⅲ梁梁底没有非预应力筋，构件发生典型的少筋梁脆性破坏。

类型Ⅱ梁和类型Ⅰ梁加荷初期随着荷载增加，梁的荷载-挠度关系和截面应变关系接近直线变化，截面处于弹性工作状态。当荷载增至截面受拉边缘应变达到混凝土极限拉应变时，在抗拉能力最薄弱部位混凝土首先开裂，裂缝缓慢向上发展，钢筋应力迅速增加；此后随荷载增加，在梁整个纯弯段内甚至纯弯段两侧出现一系列的竖向裂缝，裂缝间距基本为150 mm；荷载继续增加，裂缝处钢筋应力不断增大，钢筋逐渐屈服，最后达到承载能力极限状态。

2.2 试验梁的特征荷载

图2为试验装置示意图；图3为试验梁安装实景；表4为试验梁特征点荷载表。

图2 力学试验装置示意图

图3 试验梁安装实景

表4 试验梁特征点荷载表

（1）在配筋相同、混凝土强度相同的情况下，不同的配合比对开裂荷载几乎没有影响。

（2）在梁底无配筋的情况下，配比2比配比3较早出现了裂缝，且裂缝宽度大于配比1。

2.3 钢筋应力（见图4～图7）

图4 钢筋应力测试贴片实景

图5 配比1钢筋应力变化图

图6 配比2钢筋应力变化图

图7 配比3钢筋应力变化图

从开始加载到混凝土开裂前，各点的钢筋应力基本相同。此后随着混凝土的开裂，裂缝截面处混凝土退出工作，使钢筋拉应力增大较快，但裂缝间混凝土仍承受一定的拉力，故钢筋应力偏小。随着荷载逐步增加，钢筋应力不断增大，最后钢筋屈服。

在荷载相同情况下，不同的配合比钢筋应力无明显区别。

2.4 裂缝（见图8～图10）

在配筋相同的情况下，不同配合比的裂缝出现、发展、分布情况基本一致（见图11）。

图8 FS-14-1#（配比1）裂缝分布图

图9 S1-14-2#（配比2）裂缝分布图

图10 S2-14-1#（配比3）裂缝分布图

图11 裂缝观测实景

3 结论

（1）石屑中含有大量的石粉，直接取代等量河砂时，随着石屑比例的加大，和易性越来越差，混凝土越来越粘稠，流动性越来越差，气泡不易振出。石屑混凝土施工性能差，抹面时不易出浆。

（2）在配筋相同、混凝土强度相同的情况下，不同的配合比对开裂荷载几乎没有影响；在梁底无配筋的情况下，配比2及配比3较早出现了裂缝，且裂缝宽度大于配比1。

（3）在荷载相同情况下，不同的配合比钢筋应力无明显区别。

（4）在配筋相同的情况下，不同配合比的裂缝出现、发展、分布情况基本一致。

（5）对高强石屑混凝土预应力构件进行了力学试验，并与普通预应力混凝土受力性能进行对比，得出高强石屑混凝在预应力构件中具有良好的受力性能。