砂率對C60、C80、C100 混凝土新拌性能與抗壓強度的影響

王少寅

（蘇州交通工程集團有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

砂作為混凝土中的細骨料， 約占混凝土總體積的30%左右， 石子約占混凝土總體積的30%～50%，砂、石構成混凝土主要骨架。砂率是指混凝土中砂子質量占砂、石總質量的比例。 砂率變化會導致骨料總表面積、 骨料堆積孔隙率及粗骨料含量發生變化， 從而影響新拌混凝土的工作性和硬化后混凝土的強度、耐久性[1]。

目前關于砂率對高強度等級混凝土性能的影響研究較少， 且未系統地分析砂率對不同強度等級高強混凝土性能影響的差異性。 本試驗針對C60、C80、C100 強度等級混凝土，探究了砂率對其工作性、抗壓強度的影響以及影響差異性。

1 原材料與試驗設計

1.1 原材料

膠凝材料： 采用海螺公司P·O 42.5 水泥和P·O 52.5 水泥，礦物摻合料選擇一級粉煤灰（FA）、S95 級礦粉（GGBS）和硅灰（SF）。

骨料：細骨料采用天然砂，細度模數2.3，表觀密度 2 660 kg/m3；粗骨料（CA）采用 2.36～25 mm 的連續級配玄武巖碎石，表觀密度2 740 kg/m3，骨料顆粒級配曲線見圖1。

減水劑（SP）：采用聚羧酸型高性能減水劑，固體含量25%，減水率35%。

水（W）：拌和水為潔凈自來水。

圖1 骨料顆粒級配曲線

1.2 試驗設計

試驗詳細配合比如表 1 所示，C60、C80、C100強度等級混凝土砂率分別設計為35.0%、36.5%、38.0% 、39.5% 、41% ，33.5% 、35.0% 、36.5% 、38.0% 、39.5%、41.0%和 33.5%、35.0%、36.5%、38.0%、39.5%、41.0%，通過調整減水劑摻量，使 C60、C80、C100 強度等級混凝土在不同砂率下達到基本相同的坍落擴展度， 試驗控制 C60、C80、C100 混凝土擴展度分別在 520～550 mm、530～570 mm 和 560～600 mm，坍落度基本均控制在220 mm 左右。

表1 試驗配合比 kg/m3

依據GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法》，測試新拌混凝土坍落度、擴展度、含氣量和表觀密度。 根據GBT 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》成型100 mm×100 mm×100 mm 立方體試件測試混凝土 3 d、7 d、28 d 標準養護的抗壓強度。

2 結果與討論

2.1 砂率對混凝土新拌性能的影響

對于高強或超高強度等級混凝土， 由于混凝土中膠材含量高，同時水膠比也較低，因此漿體粘度較高， 所以對于 C60、C80、C100 強度等級混凝土，當砂率較低時并不會出現泌水、離析等現象，這是區別于中低強度等級混凝土的。 但是砂率較低時， 由于混凝土中的砂漿屈服應力降低和砂漿體積相對減少，導致砂漿對粗骨料包裹性變差。 由圖2 可知，隨著砂率增加，減水劑摻量逐漸增加，砂率增加導致骨料總表面積顯著增加， 需水量也增加，因此需要更多減水劑來釋放自由水，使混凝土達到相應的工作性，同時砂漿體積增加，對粗骨料包裹性也逐漸改善。

試驗研究的最大砂率為41%， 主要是由于砂率過大時細骨料表面吸水作用顯著增強， 同時需要更多漿體去包裹骨料， 導致混凝土工作性反而變差。 此外，砂率過大時減水劑需求量顯著增加，使得混凝土不經濟，混凝土體積穩定性也會變差。

砂率對混凝土含氣量和容重的影響如圖3 所示，可以明顯發現，C100 混凝土在不同砂率下的含氣量均高于C60 和C80，含氣量處于2.0%～2.5%，而C60 和C80 混凝土含氣量處于同一個水平 （1.0%～1.6%）。 這主要是由于C100 混凝土膠凝材料多，水膠比低，顯著增加了減水劑摻量，而減水劑本質上屬于表面活性劑，具有一定引氣效果。 C100 混凝土粘度顯著增大，導致引入氣體無法順利排出，因此C100 混凝土含氣量較高[2]。 此外，砂率變化對C60、C80、C100 混凝土含氣量無顯著影響， 砂率變化對混凝土表觀密度也無顯著影響，C60 混凝土表觀密度在 2 450～2 500 kg/m3波動，而 C80、C100 混凝土表觀密度在2 530～2 580 kg/m3波動。

圖2 砂率對混凝土減水劑摻量的影響

圖3 砂率對混凝土含氣量、容重的影響

2.2 砂率對混凝土抗壓強度的影響

砂率對C60、C80 和C100 混凝土抗壓強度的影響如圖4 所示。隨著砂率的增加，C60 強度等級混凝土3 d、7 d、28 d 抗壓強度呈現逐漸增加的趨勢，砂率從 35.0%增加到 41%，3 d、7 d、28 d 抗壓強度分別從 47.4 MPa、61.5 MPa、77.8 MPa 增加到 50.1 MPa、72.6 MPa、86.5 MPa。 對于 C80 強度等級混凝土，砂率在33%～40%時3 d 強度影響不明顯，但是當砂率超過40%后，對強度是不利的，當砂率從33%增加到36.5%，C80 的7 d 和28 d 抗壓強度呈現增加趨勢，但是當砂率超過36.5%后，抗壓強度反而下降。對于C100 強度等級混凝土， 砂率變化時3 d 強度在（70±3） MPa 范圍波動，7 d 強度在（92.5±3） MPa范圍波動，28 d 抗壓強度在 （105±3 ） MPa 范圍波動，即在本實驗條件下，砂率在33%～41%時對C100強度等級混凝土的抗壓強度影響不顯著。

圖4 砂率對C60、C80、C100 混凝土抗壓強度的影響

3 結論

（1）C60、C80、C100 混凝土黏度大， 泌水現象很少發生， 但是砂率偏低時會導致對粗骨料包裹性不良， 增加砂率后需要提高減水劑摻量才能達到相應工作性，對粗骨料包裹性也逐漸改善。

（2）砂率對 C60、C80、C100 混凝土的含氣量和表觀密度無明顯影響，但C100 混凝土含氣量明顯高于 C60、C80。

（3）隨著砂率的增加，C60 混凝土抗壓強度呈現逐漸增加的趨勢，C80 混凝土抗壓強度呈現先增加后降低的趨勢，砂率在36.5%時抗壓強度最高，砂率對C100 混凝土抗壓強度影響不顯著。