砂率對C30～C50混凝土強度及工作性能的影響

仇 影，丁 蓓，鄭春揚，姜海東，郭兆來

(江蘇中鐵奧萊特新材料有限公司,南京 211505)

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砂率對C30～C50混凝土強度及工作性能的影響

仇 影，丁 蓓，鄭春揚，姜海東，郭兆來

(江蘇中鐵奧萊特新材料有限公司,南京 211505)

砂率是混凝土配合比設計的三個基本參數之一。確定合理的砂率可以使混凝土新拌混凝土具有很好的工作性，在攪拌、運輸以及在施工過程中有良好的流動性、粘聚性、保水性。通過設計C30、C40、C50三個不同強度等級的混凝土配合比，在每組實驗中，保證水灰比以及砂和石子的總量不變，調整砂率，通過砂率的變化來分別測定不同砂率下混凝土新拌混凝土的坍落度、表觀密度以及強度等參數，從而比較出砂率的變化對混凝土新拌混凝土工作性能的影響規律。實驗表明，C30混凝土的砂率設定在0.43左右、C40混凝土砂率設定在0.40左右、C50混凝土設定在0.37左右比較合適。

砂率； 坍落度； 表觀密度； 強度

1 引 言

混凝土是現代工程結構的主要材料，我國每年混凝土用量約10億立方米[1]。混凝土的主要組成材料是石子、砂子、水泥與水。在整個混凝土中，砂作為細骨料，石子作為粗骨料，其量占混凝土總量的65%～75%。粗細骨料一般不與水泥發生化學反應，其作用是構成混凝土骨架，并對水泥石的收縮變形起一定的抑制作用[2]。

合適的砂石比例，可使得石子與砂子以及砂子與砂子水泥與水形成之間形成的空隙較小，這樣不僅保證硬化的普通混凝土可以有足夠的強度，而且在保證足夠的施工性能前提下減少水泥用量，節約混凝土生產成本[3]。混凝土中的砂石比例關系是通過砂率體現的，砂率是指單位混凝土中砂子的質量占砂、石總質量的百分率，是混凝土配合比設計中的三個重要參數之一。砂率對混凝土的和易性影響很大，從而影響到混凝土的施工性能，直接影響到混凝土的質量及生產成本。

何錦云等[4]研究分析了砂率對普通混凝土(低水灰比和高水灰比)和易性及強度的影響。結果表明：在普通混凝土中，砂率對混凝土和易性的影響較大(尤其是高水灰比時，對低水灰比的影響很小)，砂率對普通混凝土強度的影響很小。砂率對高性能混凝土強度的影響比普通混凝土顯著。王立久[5]依據砂率計算公式和坍落度計算公式，從最佳砂率的基本概念出發，分別以坍落度最大、水泥用量最小原則，得到完全一致的滿足最佳砂率的砂灰比計算公式。康蘇芳[6]等利用纖維素醚和砂率對全輕混凝土強度、干密度做了研究，但未對混凝土中砂率的規律做出詳細研究。

本論文研究C30、C40與C50混凝土在不同砂率下，其坍落度、擴展度、表觀密度及混凝土7 d、28 d抗壓強度變化規律，以期給實際工作做出一定的理論指導。

2 實 驗

2.1 原材料

采用南京中聯水泥有限公司，P·O 42.5級，其物理力學性能見表1。

表1 P·O 42.5水泥物理力學性能Tab.1 Physical and mechanical properties of P·O 42.5 cement

采用南京市售黃砂，細度模數為2.3，其篩分析見表2，表觀密度為2620 kg/m3，含泥量為3.4%。

表2 黃砂篩分析Tab.2 Sieve analysis of sand

采用市售碎石，其篩分析見表3，物理性能見表4。

表3 碎石篩分析Tab.3 Sieve analysis of sand

表4 碎石物理性能Tab.4 Physical properties of stone

2.2 外加劑

市售，江蘇中鐵奧萊特新材料有限公司M12，聚羧酸高性能減水劑。

表5 聚羧酸高性能減水劑的物理性能Tab.5 Physical properties of water-reducer

2.3 試驗方法

試驗配合設計依據JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規程》，本試驗用質量法和體積法的平均值作為初步配比結果，利用Excel計算得到每立方米各原材料和HPA-E的配合比如表6。

試驗執行GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能實驗方法標準》。試件經過養護室養護7 d及28 d后，取出各組試件，進行抗壓強度測試。

試驗研究混凝土中集料含泥量的摻量不同對各種減水劑應用在混凝土中的坍落度、抗壓強度等性能的影響。

3 結果與討論

3.1 砂率對混凝土工作性的影響

砂率對新拌混凝土坍落度和擴展度的影響見圖1～圖3。

砂子的粒徑比石子小很多，比表面積大，而且在新拌混凝土中是填充于粗骨料的空隙中，因而砂率的改變會使骨料的總表面積和空隙率有顯著的變化[7]。砂率越大，骨料的總表面積越大，在水泥漿量一定的條件下，包裹于骨料表面的水泥漿厚度將減小，水泥漿對骨料的潤滑作用將減弱，使新拌混凝土的流動性變差[8]。若砂率過小，砂填充石子空隙后，不能保證粗骨料間有足夠的砂漿層，也會降低新拌混凝土的流動性，而且影響新拌混凝土的粘聚性和保水性，使新拌混凝土粗澀、松散、粗骨料易發生離析現象。當砂率適宜時，砂子不但填滿石子空隙，而且還能保證骨料間有一定厚度的砂漿層以便減小粗骨料的滑動阻力，使新拌混凝土有較好的流動性[9]。可見砂率對新拌混凝土的工作性能有顯著的影響。

由圖1～3可以看出，三組混凝土的坍落度以及1小時坍落度隨砂率的變化規律都是先增大后減小，C30混凝土在砂率為0.43左右取最大值，C40混凝土在砂率為0.40左右取最大值，C50混凝土在砂率為0.37左右取最大值。由于坍落度和擴展度能夠反映混凝土一定的工作性能，坍落度和擴展度較大且不出現泌水現象則會具有較好的工作性能，因此，對于不同強度等級的混凝土，要使得其坍落度較大而獲得較好的工作性，所取的砂率是各自不同的，C30、C40、C50混凝土取在0.43、0.40、0.37左右較為合適。

圖1 C30混凝土坍落度和擴展度隨砂率變化折線圖Fig.1 Line charts of C30 concrete slump and slump flow versus sand ratio

圖2 C40混凝土坍落度和擴展度隨砂率變化折線圖Fig.2 Line charts of C40 concrete slump and slump flow versus sand ratio

圖3 C組C50混凝土坍落度和擴展度隨砂率變化折線圖Fig.3 Line charts of C50 concrete slump and slump flow versus sand ratio

混凝土的擴展度以及1 h擴展度隨砂率的曾大出現在規律都是先增大后減小，C30混凝土擴展度在砂率為0.43左右取得最大值，C40混凝土擴展度在砂率為0.40左右去得最大值，C50混凝土擴展度在砂率為0.37左右去得最大值。因此，不同強度等級的混凝土要使得其擴展度較大，所取的最適宜的砂率值是不一樣的，C30、C40、C50混凝土的砂率值分別取在0.43、0.40、0.37左右較為合適。

綜上所述，在試驗條件下，C30、C40、C50混凝土的合理砂率分別為0.43、0.40、0.37，同時也說明標準JGJ 55-2011的設計是符合實踐的。

3.2 砂率對混凝土表觀密度的影響

砂率對混凝土表觀密度的影響見圖4。

從圖4可以看出，三種不同強度等級的混凝土的表觀密度隨著格子砂率的變化沒有顯現出明顯的變化規律，且測定的表觀密度值都趨于平緩狀態，在2380～2550 kg/m2之間變化，沒有出現明顯的變化，可見，砂率對混凝土的表觀密度影響不大。

3.3 砂率對混凝土強度的影響

由圖5～圖7可以看出，三種不同強度等級的混凝土在這個適當的范圍內砂率的變化對其7 d強度的影響不大，觀察他們的平均值都是呈平緩趨勢，沒有明顯的變化規律，幾乎觀察不出砂率變化對混凝土7 d強度的影響變化規律。可見，砂率對混凝土7 d強度的影響不大。

圖4 混凝土表觀密度隨砂率變化折線圖Fig.4 Line chart of concrete apparent density versus sand ratio

圖5 C30混凝土抗壓強度隨砂率變化折線圖Fig.5 Line chart of C30 concrete compressive strength versus sand ratio

圖6 C40混凝土抗壓強度隨砂率變化折線圖Fig.6 Line chart of C40 concrete compressive strength versus sand ratio

圖7 C50混凝土抗壓強度隨砂率變化折線圖Fig.7 Line chart of C50 concrete compressive strength versus sand ratio

砂率對這三種不同強度等級的混凝土的28 d抗壓強度的影響不是很明顯，隨著砂率的變化，28 d抗壓強度值呈現出不規律的變化狀態，特別是從平均值的變化曲線可以看出，平均值趨于平緩的變化狀態，可見，砂率對混凝土28 d抗壓強度值的影響不是很大。

綜上所述，砂率變化對混凝土7 d、28 d的抗壓強度沒有什么影響，這從鮑羅米公式也可得到印證。

4 結 論

(1)在本試驗條件下，砂率的變化對C30、C40、C50混凝土的坍落度和擴展度的影響比較大，總體呈現一個先增大后減小的趨勢，坍落度和擴展度能反映出混凝土一定的工作性能，因此，要使混凝土有較好的工作性能，C30、C40、C50這三種不同強度等級的混凝土的坍落度應該分別取在0.43、0.40、0.37左右較為適宜;

(2)在試驗條件下，可以看出，砂率的變化對混凝土的表觀密度以及抗壓強度的影響不是很大，就從本文的試驗數據結果來分析，看不出砂率對混凝土的表觀密度和抗壓強度的影響變化規律。因此，可以說砂率對混凝土的表觀密度和抗壓強度沒有較大的影響;

(3)從試驗結果來看，在施工過程中對混凝土的工作性能要求較高的情況下，C30、C40、C50這三種不同強度等級的混凝土的砂率應該分別取0.43、0.40、0.37比較合適。

[1] 焦寶祥.土木工程材料[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 崔正龍，吳翔宇,童華彬.砂率對再生混凝土強度及干燥收縮性能影響[J].硅酸鹽通報，2014,33(11):3054-3057.

[3] 魏 靖.關于混凝土配合比設計中砂率的確定[J].職大學報，2005，(4):38-39.

[4] 何錦云，李瑞璟，王繼宗.砂率對砼和易性及強度影響的試驗研究[J].河北建筑科技學院學報，2002，19(4):27-30.

[5] 王立久.混凝土最佳砂率數學模型研究[J].混凝土，2012，(1)：29-33.

[6] 康蘇芳，彭家惠，周福忠,等.纖維素醚和砂率對全輕混凝土性能影響研究[J].2013,10(10):2003-2007.

[7] 朱鐵梅.自密實混凝土工作性能及模板側向壓力試驗研究[D].南京：南京工業大學，2012.

[8] 張 胤，陶建勛.砂率對混凝土可泵性的影響[J].貴州工業大學學報(自然科學版)，2004，33(4):88-90.

[9] 葛文紅.淺析普通水泥混凝土配合比設計中砂率的確定[J].山西建筑，2009，35(34):177-178.

Influence of Sand Percentage on Strength and Workability of C30-C50 Concrete

QIUYing，DINGBei，ZHENGChun-yang，JIANGHai-dong，GUOZhao-lai

(Jiangsu China Railway ARIT New Materials Co.,Ltd,Nanjing 211505,China)

The sand ratio is better than one of the three basic parameters of the concrete mix design. To determine the reasonable sand rate can make the concrete mixture is very good, in the mixing, transportation and construction process have good cohesion, fluidity, water retention. Sand grain size, which is much smaller than the stone, has a large specific surface area, pore and filled with coarse aggregate in mixture. This topic through the three set of experiments, C30, C40, C50 three different strength grades of concrete mix proportion, in each experiment, ensure the water cement ratio and total amount of sand and stones invariant, adjust the sand ratio, were determined by variation of sand ratio to slump, apparent density and the strength parameters of different sand ratio of concrete mixture, which compare with the effect of variation of sand ratio on the performance of concrete mixture. Experiments show that, C30 concrete sand rate set at around 0.43, C40 concrete sand rate set at around 0.40, C50 concrete set more appropriate at around 0.37.

sand ratio;slump;apparent density;strength

仇 影(1986-),女，碩士.主要從事混凝土外加劑方面的研究.

TQ177

A

1001-1625(2016)10-3486-06