第4期 王振等:铁路工程预应力结构用机制砂混凝土性能研究 粉以及机制砂表面结构粗糙有关。梁体和轨道板用混 凝土的单方浆体量较大,机制砂中含有石粉进一步增 大了单方浆体量,导致机制砂混凝土中掺加了更多减 水剂和引气剂来调整工作性能。河砂经过多年水流冲磊 刷,表面光整,形状圆润,而机制砂由岩石破碎筛分制 得,在微观外貌比上河砂粗糙,在颗粒形貌上比河砂棱 脱模37 角尖锐,因此机制砂混凝土中需要掺加更多减水剂和 (a)梁体用混凝土 (b)轨道板用混凝土 引气剂来抵抗颗粒形貌对工作性能的不利影响叫。 图3混凝土抗折强度 2.2力学性能 2.2.1抗压强度 图4是预应力结构用机制砂混凝土抗压强度和抗 各龄期混凝土抗压强度见图2 折强度的关系。由图4可知,机制砂混凝土抗压强 度和抗折强度关系在小于70MPa的范围内与CEB FIP MO199模型相近,抗压强度高于70MPa时,机制 也60 砂混凝土抗折强度比ACⅠ318模型和CEB-FIP MC1990模型的预测值大。 0+:测M9 (a)梁体用混凝土 (b)轨道板用混凝 图2混凝土抗压强度 由图2(a)可知,采用机制砂和河砂制备混凝土抗 压强度均满足铁路梁体混凝土强度等级大于C50的 405060708090100 设计要求,1~28d龄期内混凝土抗压强度增长迅速, 之后强度发展趋于平稳,机制砂混凝土3d前抗压强 图4机制砂混凝土抗压强度和抗折强度关系 度高于河砂混凝土,后期强度与河砂混凝土强度相当 由图2(b)可知轨道板用机制砂混凝土和河砂混2.2.3弹性模量 凝土强度发展规律基本一致,机制砂混凝土早期强度 不同龄期混凝土的静力受压弹性模量见图5。可 稍大于河砂混凝土,后期两者混凝土强度相近,机制砂知,前期混凝土弹性模量增长较快,后期混凝土弹性模 混凝土和河砂混凝土的28d抗压强度分别为73.7,量增长放缓。机制砂混凝土的弹性模量明显大于河砂 74、3MPa,满足轨道板强度等级大于C60的技术要混凝士,表明机制砂混凝土刚度大,抵抗变形能力优于 求。机制砂表面粗糙、棱角性强的颗粒特性提高了浆河砂混凝土。石粉适量条件下,机制砂表面粗糙、多棱 体与骨料之间的黏结力,有利于提升混凝土抗压强角的特征良好地限制了水泥石的变形和颗粒之间的滑 度,此外,机制砂中石灰石粉在水泥水化过程中起动1,混凝士的弹性模量得到提高。 晶核作用,诱导水泥水化产物析晶,并与水化产物反应 45 生成水化碳铝酸钙,加速水化进程,促进了机制砂混凝 土早期抗压强度增长。随着龄期增长,水泥浆体水0 化程度不断提升,混凝土内部缺陷逐渐减少,机制砂混 凝土后期强度与河砂混凝土相当。 137285601201503模3728s690120150 2.2.2抗折强度 (a)梁体用混凝土 各龄期混凝土抗折强度见图3。可知,机制砂混 (b)轨道板用混凝土 图5混凝土静力受压弹性模量 凝土前期抗折强度稍大于河砂混凝土,两者后期抗折 强度相当。混凝土抗折强度随龄期增长而增大,其变 图6是机制砂混凝土抗压强度和弹性模量的关 化规律与混凝土抗压强度随龄期变化的规律一致,主系。比较相同抗压强度下机制砂混凝土弹性模量实测 要是因为通常情况下,混凝土抗折强度是其抗压强度值和模型计算值可知,抗压强度较高时,机制砂混凝土 的01倍-0.2倍。 弹性模量大于GB50010模型计算的预测值,总体上预第 ４ 期 王 振等:铁路工程预应力结构用机制砂混凝土性能研究 粉以及机制砂表面结构粗糙有关ꎮ 梁体和轨道板用混 凝土的单方浆体量较大ꎬ机制砂中含有石粉进一步增 大了单方浆体量ꎬ导致机制砂混凝土中掺加了更多减 水剂和引气剂来调整工作性能ꎮ 河砂经过多年水流冲 刷ꎬ表面光整ꎬ形状圆润ꎬ而机制砂由岩石破碎筛分制 得ꎬ在微观外貌比上河砂粗糙ꎬ在颗粒形貌上比河砂棱 角尖锐ꎬ因此机制砂混凝土中需要掺加更多减水剂和 引气剂来抵抗颗粒形貌对工作性能的不利影响[１４] ꎮ ２􀆰 ２ 力学性能 ２􀆰 ２􀆰 １ 抗压强度 各龄期混凝土抗压强度见图 ２ꎮ 图 ２ 混凝土抗压强度 由图 ２(ａ)可知ꎬ采用机制砂和河砂制备混凝土抗 压强度均满足铁路梁体混凝土强度等级大于 Ｃ５０ 的 设计要求ꎬ１ ~ ２８ ｄ 龄期内混凝土抗压强度增长迅速ꎬ 之后强度发展趋于平稳ꎬ机制砂混凝土 ３ ｄ 前抗压强 度高于河砂混凝土ꎬ后期强度与河砂混凝土强度相当ꎮ 由图 ２(ｂ)可知ꎬ轨道板用机制砂混凝土和河砂混 凝土强度发展规律基本一致ꎬ机制砂混凝土早期强度 稍大于河砂混凝土ꎬ后期两者混凝土强度相近ꎬ机制砂 混凝土和河砂混凝土的 ２８ ｄ 抗压强度分别为 ７３􀆰 ７ꎬ ７４􀆰 ３ ＭＰａꎬ满足轨道板强度等级大于 Ｃ６０ 的技术要 求ꎮ 机制砂表面粗糙、棱角性强的颗粒特性提高了浆 体与骨料之间的黏结力ꎬ有利于提升混凝土抗压强 度[１４] ꎬ此外ꎬ机制砂中石灰石粉在水泥水化过程中起 晶核作用ꎬ诱导水泥水化产物析晶ꎬ并与水化产物反应 生成水化碳铝酸钙ꎬ加速水化进程ꎬ促进了机制砂混凝 土早期抗压强度增长[１５] ꎮ 随着龄期增长ꎬ水泥浆体水 化程度不断提升ꎬ混凝土内部缺陷逐渐减少ꎬ机制砂混 凝土后期强度与河砂混凝土相当ꎮ ２􀆰 ２􀆰 ２ 抗折强度 各龄期混凝土抗折强度见图 ３ꎮ 可知ꎬ机制砂混 凝土前期抗折强度稍大于河砂混凝土ꎬ两者后期抗折 强度相当ꎮ 混凝土抗折强度随龄期增长而增大ꎬ其变 化规律与混凝土抗压强度随龄期变化的规律一致ꎬ主 要是因为通常情况下ꎬ混凝土抗折强度是其抗压强度 的 ０􀆰 １ 倍~０􀆰 ２ 倍[１６] ꎮ 图 ３ 混凝土抗折强度 图 ４ 是预应力结构用机制砂混凝土抗压强度和抗 折强度的关系[１] ꎮ 由图 ４ 可知ꎬ机制砂混凝土抗压强 度和抗折强度关系在小于 ７０ ＭＰａ 的范围内与 ＣＥＢ￣ ＦＩＰ ＭＣ１９９０ 模型相近ꎬ抗压强度高于 ７０ ＭＰａ 时ꎬ机制 砂混 凝 土 抗 折 强 度 比 ＡＣＩ ３１８ 模 型 和 ＣＥＢ￣ＦＩＰ ＭＣ１９９０ 模型的预测值大ꎮ 图 ４ 机制砂混凝土抗压强度和抗折强度关系 ２􀆰 ２􀆰 ３ 弹性模量 不同龄期混凝土的静力受压弹性模量见图 ５ꎮ 可 知ꎬ前期混凝土弹性模量增长较快ꎬ后期混凝土弹性模 量增长放缓ꎮ 机制砂混凝土的弹性模量明显大于河砂 混凝土ꎬ表明机制砂混凝土刚度大ꎬ抵抗变形能力优于 河砂混凝土ꎮ 石粉适量条件下ꎬ机制砂表面粗糙、多棱 角的特征良好地限制了水泥石的变形和颗粒之间的滑 动[１７－１８] ꎬ混凝土的弹性模量得到提高ꎮ 图 ５ 混凝土静力受压弹性模量 图 ６ 是机制砂混凝土抗压强度和弹性模量的关 系ꎮ 比较相同抗压强度下机制砂混凝土弹性模量实测 值和模型计算值可知ꎬ抗压强度较高时ꎬ机制砂混凝土 弹性模量大于 ＧＢ ５００１０ 模型计算的预测值ꎬ总体上预 １３