機(jī)制砂混凝土及其預(yù)應(yīng)力梁受力性能探討

吳飛

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550000）

在建筑工程建設(shè)環(huán)節(jié)中，混凝土是經(jīng)常應(yīng)用的一種材料。伴隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提升，機(jī)制砂由于優(yōu)勢極高而被廣泛應(yīng)用到了工程建設(shè)階段，特別是在公路以及鐵路建設(shè)環(huán)節(jié)中，使用天然石材對機(jī)制砂進(jìn)行生產(chǎn)是緩解天然砂資源趨勢的最佳方式。本文以預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)特征和發(fā)展現(xiàn)狀為主，分析了機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土的各項(xiàng)性能，并且全面論述了機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能實(shí)驗(yàn)工作的實(shí)施要點(diǎn)，以此確保工程的安全性。

1 對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)特征以及發(fā)展現(xiàn)狀的論述

所謂預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主要是指結(jié)構(gòu)承受外荷載的前期階段中，應(yīng)當(dāng)采取人為方式增加某項(xiàng)預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)類型，此種外應(yīng)力增加能夠推遲裂縫的出現(xiàn)，或者是避免裂縫形成，有利于進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛性。伴隨著預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的全面改進(jìn)，自身抗裂性以及耐久性逐漸體現(xiàn)了出來，所以，在工程建設(shè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用極為普遍。通過分析可以看出，預(yù)應(yīng)力混凝土優(yōu)勢如下所示：

首先能夠縮減界面的尺寸，減輕自重以及工程材料，經(jīng)濟(jì)效果良好，在改善結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)構(gòu)建受力效果的基礎(chǔ)上解決裂縫現(xiàn)象，增強(qiáng)構(gòu)件的抗裂程度，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形；其次預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用還有利于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身的耐久性，抗疲勞性和抗震效果同時(shí)將使用其他結(jié)構(gòu)材料難以解決的技術(shù)問題，徹底解決。一般來講，該種類型的技術(shù)通常是應(yīng)用于大型和重載建筑工程建造環(huán)節(jié)中，對于預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)和施工來講，有著一定的復(fù)雜性特征，其對材料質(zhì)量提出的要求是非常高的。在施工期間，可以采取專業(yè)性工具實(shí)施施工作業(yè)，要求施工人員有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，質(zhì)量控制環(huán)節(jié)也是非常復(fù)雜和煩瑣的，只有在合適的場合內(nèi)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土才可以提升施工質(zhì)量，產(chǎn)生提高的效果。

2 機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土的性能體現(xiàn)

無論是在房屋建筑、市政工程還是公路、橋梁以及隧道等工程中，水泥混凝土均屬于建筑材料中的主要部分，水泥混凝土的組成部分細(xì)集料對于混凝土流動性和坍落度以及耐久性等方面有著直接的影響，因?yàn)樘烊簧斑^于缺乏，因此，機(jī)制砂的重要性逐漸體現(xiàn)了出來。以某項(xiàng)高速公路舉例說明，該項(xiàng)公路項(xiàng)目周圍地形環(huán)境極為復(fù)雜化，橋隧比例在路線總長中占據(jù)的比例為80%，施工期間少不了諸多數(shù)量的混凝土材料，此項(xiàng)目缺少天然砂，水泥價(jià)格合理，當(dāng)使用當(dāng)?shù)貎Υ媪繕O為豐富的機(jī)制砂時(shí)，價(jià)格較低，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益良好。在近年，我國工程技術(shù)人員加大了機(jī)制砂方面的研究力度，并且產(chǎn)生了極高效果，成功配置出了和各項(xiàng)要求相一致的高性能混凝土，機(jī)制砂和標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求相符合，配置的混凝土在指標(biāo)上甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了天然砂配置的混凝土，所以，在混凝土技術(shù)應(yīng)用期間，機(jī)制砂是最佳的一種選擇。

2.1 機(jī)砂混凝土的抗?jié)B性能

對于混合砂混凝土以及天然土中沙混凝土試件同一條件下實(shí)施相關(guān)的抗?jié)B性實(shí)驗(yàn)操作從中得出。前者的抗?jié)B效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者的抗?jié)B效果。

2.2 機(jī)制砂混凝土的抗凍性能

由進(jìn)行機(jī)制砂混凝土和天然砂混凝土抗凍性對比實(shí)驗(yàn)可以得出，前者的重量損失率和強(qiáng)度損失率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者的損失率，此種現(xiàn)象從一定程度上表明，機(jī)制砂混凝土的抗凍性能良好，效果極佳。

2.3 機(jī)制混凝土的收縮效果

混凝土自身收縮效果決定了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的提升，特別是在28d 齡期前，混凝土試塊自身的收縮量伴隨著齡期增長速度而進(jìn)一步增長，在齡期以后，齡期增長的情況下，混凝土試塊收縮量增長速率，呈現(xiàn)出一定的降低狀態(tài)。

2.4 機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度

當(dāng)探究兩項(xiàng)頂級機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度可以看出，處于相同配比的情況下機(jī)制砂混凝土砂率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然砂混凝土的砂率，并且強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然砂混凝土的強(qiáng)度。

2.5 機(jī)制混凝土的徐變性能

在制作預(yù)應(yīng)力混凝土工作期間，徐變是經(jīng)常使用的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，其可以將混凝土在荷載作用下產(chǎn)生的變形效果清楚地體現(xiàn)出來，并且直接影響構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失情況。

3 機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能實(shí)驗(yàn)工作的實(shí)施

3.1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)加載方面的實(shí)驗(yàn)

對于相關(guān)機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁來講，一般是采取簡支方式，三分點(diǎn)對稱加載而荷載施加主要是以跨中純彎段的計(jì)算彎矩為基本依據(jù)，依照跨中彎矩?fù)Q算為兩點(diǎn)集中加載的力，同時(shí)，在機(jī)制砂運(yùn)力混凝土中，一般是采取分級加載的方式進(jìn)行加載和處理。

3.2 試驗(yàn)測量相關(guān)要點(diǎn)

（1）實(shí)施應(yīng)變量測工作。當(dāng)制作機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁期間，需要依照基本要求處于合理的位置處實(shí)施測量工作，在試驗(yàn)梁施工環(huán)節(jié)中，動態(tài)性的監(jiān)督和檢測對應(yīng)變現(xiàn)象，將機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁的力詳細(xì)記錄下來。

（2）量測裂縫。當(dāng)試驗(yàn)梁裂開后，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)觀察裂縫發(fā)展情況，當(dāng)每級別荷載持荷到相應(yīng)時(shí)間段以后，開始量測最大裂縫寬度、長度以及間距等，將實(shí)際情況記錄到試驗(yàn)梁中。對于垂直裂縫寬度而言，還必須在試驗(yàn)梁內(nèi)的側(cè)面相應(yīng)受拉主筋高度實(shí)施量測工作。

（3）量測撓度。依照混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方式可以看出，對于受彎構(gòu)件量測撓度曲線的測點(diǎn)來講，必須依照構(gòu)件的跨度方向進(jìn)行合理布設(shè)，其中涉及量測支座沉降和變形情況，需要明確認(rèn)識到的是，測點(diǎn)數(shù)量不可以低于五點(diǎn)，對于寬度非常大的構(gòu)件而言，還可以結(jié)合實(shí)際情況合理增加測點(diǎn)數(shù)量。

（4）量測開裂荷載以及極限荷載。在試驗(yàn)加載和開裂荷載相接近的情況下，應(yīng)當(dāng)動態(tài)性地實(shí)施試驗(yàn)梁量測操作，當(dāng)發(fā)生裂縫后，必須馬上停止加載現(xiàn)象的實(shí)施，將準(zhǔn)確的開裂荷載值記錄下來。一旦試驗(yàn)梁臨近破壞以后，荷載穩(wěn)定性下降，面對此種現(xiàn)象，就需要記錄極限荷載值。

3.3 機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁的受力特征以及被破壞形式

在加載試驗(yàn)梁到破壞環(huán)節(jié)中，可以將實(shí)際的受力情況分為多方面，具體情況如下所示：

（1）彈性工作階段。由于加載的初期荷載十分小，混凝土并沒有完全裂開，相關(guān)構(gòu)件依舊處于彈性狀態(tài)，試驗(yàn)梁的剛度處于不變化狀態(tài)，此環(huán)節(jié)的鋼筋應(yīng)力不大，不管是鋼筋應(yīng)力增長還是混凝土應(yīng)力增長等，都趨于穩(wěn)定性。

（2）帶裂縫的工作時(shí)期。主要是指荷載增加的背景下，試驗(yàn)梁內(nèi)的跨中純彎段薄弱截面逐漸產(chǎn)生了一些裂縫現(xiàn)象，試驗(yàn)梁逐漸進(jìn)入帶裂縫的工作環(huán)節(jié)中。在裂縫初期出現(xiàn)環(huán)節(jié)中，形狀為細(xì)且短，數(shù)量非常少。

開裂后，在開裂截面上，受拉區(qū)混凝土將會停止工作，在開裂前期階段中，承擔(dān)的部分拉應(yīng)力將會轉(zhuǎn)移到鋼筋方面承擔(dān)，非預(yù)應(yīng)力縱筋的應(yīng)變比之間開裂之前存在著增大情況，鋼筋應(yīng)力有了明顯的改變。

（3）破壞環(huán)節(jié)。也就是說，非應(yīng)力鋼筋屈服后，試驗(yàn)梁存在著塑性變形現(xiàn)象，裂縫寬度逐漸擴(kuò)大，撓度速度增加比較快。荷載撓度曲線發(fā)生一定程度的轉(zhuǎn)折現(xiàn)象后，將會演變成第二階段以及第三階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，處于該種狀態(tài)下，荷載處于不變化或者是荷載變化程度非常小的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)撓度增加速度極快，試驗(yàn)梁處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.5 結(jié)論

經(jīng)過相關(guān)探究來看，機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能極佳，荷載撓度曲線在混凝土開裂以及非預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服期間，有著一定程度的轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，臨近破壞的時(shí)候擾度以及裂縫寬度存在著明顯增大情況，比較得出，試驗(yàn)梁的延性極好。機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土界面混凝土應(yīng)變和截面要求相符合，當(dāng)構(gòu)件臨近破壞的時(shí)候，受拉鋼筋可以達(dá)到屈服，梁頂混凝土壓碎，機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝梁正界面承載能力極限狀態(tài)計(jì)算期間，可以依照標(biāo)準(zhǔn)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算。

在機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力混凝土梁內(nèi)，混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼絞線能夠進(jìn)行良好的協(xié)同工作，鋼筋在機(jī)制砂預(yù)應(yīng)力梁內(nèi)的受力性能和天然砂預(yù)應(yīng)力梁是一樣的，試驗(yàn)梁在臨近破壞的時(shí)候，非預(yù)應(yīng)力鋼筋以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線可以達(dá)到屈服，強(qiáng)度增強(qiáng)，價(jià)值被全面體現(xiàn)出來。

4 結(jié)語

從以上論述來看，伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量逐漸增加，其中，在基礎(chǔ)建設(shè)階段中，混凝土是普遍使用的一種材料，產(chǎn)生的消耗量是非常多的，而天然砂是短時(shí)間內(nèi)的不可再生資源，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用機(jī)制砂將其替代。如今，在混凝土梁施工作業(yè)開展期間，應(yīng)用機(jī)制砂優(yōu)勢非常高。本文主要對實(shí)際情況進(jìn)行了相關(guān)探究，以此確保公路橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性。