近几年,建筑市场对河砂的需求量急剧增加,河砂过度开采导致生态环境破坏,河砂供应量逐年减少引起河砂价格上涨。机制砂作为替代河砂的新型材料,在实际工程上的应用研究具有重要意义。石粉含量对机制砂混凝土结构作用机理、非线性本构关系以及设计计算影响都是特别重要的,然而这些机制砂研究技术尚未成熟。本文针对广西北部地区融水至河池高速公路石灰岩机制砂母岩特性、制作工艺、材料物理性能以及配合比设计展开试验研究;对机制砂混凝土进行X射线衍射试验、压汞试验以及抗氯离子渗透试验;并且浇筑100mm×100mm×300mm混凝土棱柱体试块,然后开展混凝土应力-应变本构试验和探究其破坏机理;运用最小二乘法拟合试验曲线,得出适用于机制砂混凝土本构方程;然后结合MATLAB分析软件、运用有限条带法这种编程计算的方法验证本构方程的准确性;最终引入机制砂混凝土本构方程、推导出适用于机制砂混凝土梁受弯承载力计算公式。取得成果如下:(1)选用的石灰岩母岩拥有很好的力学性能、品质优良,并且采用标准化生产方法,最终得到石灰岩机制砂具有较好的物理性能。石灰岩机制砂和河砂具有相似的物理性能,完全满足规范要求,适用于实际过程中混凝土的配制。(2)为了研究机制砂混凝土水化产物化学组成和机制砂混凝土孔隙结构,探究石粉变化因素在微观层面对机制砂混凝土作用机理,开展了相关试验,发现石灰石粉既能参与水泥水化反应,又能填充混凝土中的孔隙结构,进而影响机制砂混凝土宏观性能。(3)开展机制砂混凝土耐久性能和力学性能试验研究,探究石灰石粉对其各项宏观性能指标的影响,结果表明机制砂混凝土抗氯离子渗透性随着石粉含量增加而逐渐增强,而抗压强度呈现先增加后减小的趋势,河砂混凝土抗渗、抗压性能都不如绝大多数机制砂混凝土。这也从宏观角度印证了石灰石粉影响因素在微观结构的作用机理。(4)对机制砂混凝土开展单轴受压应力-应变本构试验,机制砂混凝土和河砂混凝土破坏形态基本相似,斜裂缝与水平面大约成60度夹角,高强机制砂混凝土试验曲线下降段十分陡峭,破坏形式为脆性破坏,机制砂混凝土延性不如河砂混凝土。(5)机制砂混凝土应力-应变曲线采用分段有理式表达,拟合结果和试验数据基本一致。通过编程计算验证了机制砂混凝土本构方程的适用性,说明提出的本构模型可以用于设计计算以及实际过程中。(6)推导出机制砂混凝土正截面受弯承载力计算公式中的α、β两个系数比普通混凝土小。