齡期對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)機(jī)制砂混凝土彈性模量的影響

安蘇龍

（臨汾市交通建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督站，山西 臨汾 041000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)工程建設(shè)對(duì)于混凝土的需求量呈日益上升的趨勢(shì)。鑒于短期不可再生性資源的河砂，尤其是對(duì)于山西以山為主河砂資源相對(duì)短缺的地方，已不能滿足工程建設(shè)的大幅度需求，所以將本地巖石資源加工成機(jī)制砂來解決河砂匱乏的問題成為大勢(shì)所趨，同時(shí)可以節(jié)省工程建設(shè)成本。

機(jī)制砂已經(jīng)逐漸在工程建設(shè)中使用，并受到國家、內(nèi)陸眾多地方的大力支持[1-2]。董超等發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂因外觀形貌、石粉含量等指標(biāo)與河砂不同，導(dǎo)致混凝土性能不同[3]。吳勇等研究發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)于機(jī)制砂的生產(chǎn)技術(shù)要求很高，要對(duì)選礦、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量檢測(cè)嚴(yán)格控制[4-6]。趙年全依托京滬高速鐵路研究了泥粉含量、用水量、砂率對(duì)C30、C35混凝土強(qiáng)度的影響[7]。寧成晉等發(fā)現(xiàn)了機(jī)制砂中石粉含量會(huì)降低C60高性能混凝土彈性模量[8]。孟亞鋒等發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂加入高性能混凝土?xí)嵘龔椥阅Ａ縖9]。寧成晉與孟亞鋒等的觀點(diǎn)存在矛盾，鑒于橋梁上部結(jié)構(gòu)多為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抵抗變形性能要求較高，即需要對(duì)機(jī)制砂混凝土彈性模量進(jìn)行深入研究。本文以C50機(jī)制砂混凝土為研究對(duì)象，對(duì)其彈性模量隨齡期變化進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期為工程實(shí)踐提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

原材料主要有水泥、礦粉、機(jī)制砂、碎石和水。

a）水泥 選用P.O 52.5，主要性能見表1。

表1 水泥化學(xué)成分及物理力學(xué)性能

b）礦物摻合料 山西產(chǎn)S95級(jí)礦粉，主要性能見表2。

表2 礦粉性能表

c）機(jī)制砂 山西產(chǎn)級(jí)配合格的Ⅱ區(qū)中砂，其累計(jì)篩余曲線見圖1，物理指標(biāo)見表3。

圖1 機(jī)制砂的顆粒級(jí)配曲線

表3 機(jī)制砂的物理指標(biāo)

d）碎石 采用石灰石碎石，級(jí)配合格，物理指標(biāo)見表4。

表4 碎石物理指標(biāo)

e）外加劑 山西產(chǎn)HJSX-A型聚羧酸高效減水劑，減水率25%。

f）拌合水 自來水。

1.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)制作C50高性能機(jī)制砂混凝土，設(shè)計(jì)的坍落度為180±20 mm，機(jī)制砂混凝土配合比見表5。

表5 混凝土配合比 kg/m3

1.3 試件制作

機(jī)制砂混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與彈性模量試驗(yàn)采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件。設(shè)置3 d、5 d、7 d、28 d和56 d五個(gè)齡期。通過測(cè)得的機(jī)制砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度確定彈性模量試驗(yàn)的加荷參數(shù)，測(cè)試為一組3個(gè)試件，如圖2。

圖2 試驗(yàn)試件制作

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTG E30—2017、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GB/T 50081—2019，制作機(jī)制砂混凝土試件后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

1.4 軸心抗壓試驗(yàn)及彈性模量試驗(yàn)

對(duì)于軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，加速荷載為0.5～0.8 MPa/s，結(jié)果精確至0.1 MPa。對(duì)于彈性模量試驗(yàn)，采用試驗(yàn)中應(yīng)力為0.5 MPa所對(duì)應(yīng)的荷載值11.25 kN，保持荷載不變，持續(xù)60 s并在之后的30 s內(nèi)記錄各測(cè)點(diǎn)的初始變形讀數(shù)，接著繼續(xù)均勻地加載至應(yīng)力為1/3軸心抗壓強(qiáng)度值的荷載值，保持荷載不變并在以后的30 s內(nèi)記錄各測(cè)點(diǎn)的最終變形讀數(shù)。

用《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50107—2010中統(tǒng)計(jì)方法對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量檢測(cè)值進(jìn)行有效性確認(rèn)。

所用主要儀器設(shè)備：STYE-3000C型電腦全自動(dòng)混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)，如圖3；WAW-1000kN微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，如圖4。

圖3 全自動(dòng)混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)

圖4 微機(jī)控制電液 伺服萬能試驗(yàn)機(jī)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 齡期對(duì)機(jī)制砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響

機(jī)制砂混凝土在不同齡期下軸心抗壓強(qiáng)度測(cè)試值如表6。

表6 不同齡期下機(jī)制砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度

隨著齡期的增加，機(jī)制砂混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度7 d前增長很快，7 d后增長較慢。5 d的軸心抗壓強(qiáng)度較3 d的軸心抗壓強(qiáng)度增長了14.5%，7 d的軸心抗壓強(qiáng)度較5 d的軸心抗壓強(qiáng)度增長了15.5%，表明前 7 d內(nèi)軸心抗壓強(qiáng)度呈近線性升高；28 d的軸心抗壓強(qiáng)度較7 d的軸心抗壓強(qiáng)度增長了5.0%，56 d的軸心抗壓強(qiáng)度較28 d的軸心抗壓強(qiáng)度增長了10.7%，表明7 d至28 d內(nèi)軸心抗壓強(qiáng)度增長幅度不大，而28 d至56 d軸心抗壓強(qiáng)度增長幅度又有所增加?？傮w表明7 d的軸心抗壓強(qiáng)度就達(dá)到很高的強(qiáng)度，可以滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)混凝土材料強(qiáng)度的要求。

根據(jù)機(jī)制砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度變化的趨勢(shì)，選取雙曲函數(shù)接近的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，再將曲線轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。

根據(jù)表6建立u-v線性擬合關(guān)系，由u-v相關(guān)關(guān)系，代入v=1/x，u=1/y，導(dǎo)出機(jī)制砂抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化關(guān)系，見表7，機(jī)制砂抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的擬合曲線如圖5。

表7 機(jī)制砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與齡期

圖5 齡期對(duì)機(jī)制砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響

2.2 齡期對(duì)機(jī)制砂混凝土彈性模量的影響

機(jī)制砂混凝土在不同齡期下彈性模量時(shí)，測(cè)試值如表8，測(cè)試時(shí)電腦界面如圖6。

表8 不同齡期下機(jī)制砂混凝土彈性模量

圖6 彈性模量測(cè)試圖

隨著齡期的增加，機(jī)制砂混凝土的彈性模量總體呈線性增長趨勢(shì)。5 d的彈性模量較3 d的彈性模量增長了3.3%，7 d的彈性模量較5 d的彈性模量增長了6.6%，表明前3 d至7 d內(nèi)彈性模量增長加快；28 d的彈性模量較7 d的彈性模量增長了4.8%，56 d的彈性模量較28 d的彈性模量增長了5.9%，表明7 d至56 d的彈性模量增長幅度相對(duì)穩(wěn)定。相對(duì)于28 d，7 d的彈性模量已達(dá)到很高，可以滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)混凝土材料抵抗變形性能的要求。

根據(jù)機(jī)制砂混凝土彈性模量變化的趨勢(shì)，選取雙曲函數(shù)接近的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，再將曲線轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。

根據(jù)表8建立u-v線性擬合關(guān)系，由u-v相關(guān)關(guān)系，帶入v=1/x，u=1/y，導(dǎo)出機(jī)制砂混凝土彈性模量隨齡期的變化關(guān)系，見表9，機(jī)制砂混凝土彈性模量隨齡期變化的擬合曲線如圖7。

表9 機(jī)制砂混凝土彈性模量與齡期

圖7 齡期對(duì)機(jī)制砂混凝土的彈性模量的影響

3 結(jié)論

a）機(jī)制砂混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度隨齡期增加呈上升趨勢(shì)。機(jī)制砂混凝土7 d內(nèi)軸心抗壓強(qiáng)度隨著齡期近呈線性增長，增長速率較大，7 d后軸心抗壓強(qiáng)度增長平緩。

b）機(jī)制砂混凝土的彈性模量隨齡期增加呈上升趨勢(shì)。機(jī)制砂混凝土彈性模量7 d內(nèi)增長較快，彈性模量值較高，后期趨于勻速，也呈線性增長趨勢(shì)。

c）該C50機(jī)制砂混凝土的原料砂全部采用機(jī)制砂，經(jīng)試驗(yàn)其早齡期軸心抗壓強(qiáng)度及彈性模量均較高，可滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)混凝土材料強(qiáng)度和抵抗變形性能的要求，相應(yīng)的關(guān)系式擬合度較高可用于工程預(yù)測(cè)中。