混凝土合理砂率的选择分析.docx

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1、1.1 基本方法在混凝土拌合物中，砂用于填充石子空隙。在胶凝材料浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大，包裹骨料与填充骨料空隙的胶凝材料浆量增多，剩下起润滑作用的胶凝材料浆量减少，混凝土拌合物显得干稠，流动性（坍落度小。如要保持一定的流动性，则要增加胶凝材料浆，耗费胶凝材料。若砂率过小，砂浆量不足，不能在石子的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用，也会降低拌合物的流动性，同时会使粘聚性、保水性变差，使混凝土拌合物显得粗涩，拌合物的流动性随之减少，石子离析，胶凝材料浆流失，甚至出现溃散现象。因此，砂率既不能过大，也不能过小，可通过试验找出合理砂率。普通混凝土配合比设计时，由混凝

2、土设计强度与耐久性要求确定初步水胶比；由混凝土拌合物设计和易性（坍落度、粘聚性、保水性）按查表法或根据经验确定初步用水量。试验探求合理砂率时，水胶比采用初步水胶比、用水量采用初步用水量，再根据经验选择至少5组以上的砂率（砂率组距可取0.8%1.0%）,拌制成拌合物，测出每组拌合物的和易性。以砂率为横坐标、拌合物坍落度为纵坐标，绘制砂率与坍落度的关系曲线（图1,虚线部分表示拌合物粘聚性、保水性差）。从图1中定出拌合物粘聚性、保水性好,坍落度最大所对应的砂率，即为合理砂率。若图1中合理砂率所对应的坍落度小于坍落度设计值，则将合理砂率适当减小（通常减小不大于1个组距，将图1的合理砂率适当左移），以降

3、低砂率获得坍落度的提高；若合理砂率所对应的坍落度大于设计值，则将合理砂率适当增大（将图1的合理砂率适当右移）或减少胶凝材料浆用量以节约胶凝材料。砂率/%图1试验法确定混凝土砂率在百1.2 试验法的优缺点试验是研究混凝土技术的基本方法。采用混凝土的原材料，利用试验方法获得的合理砂率，涵盖了原材料性能对合理砂率选择的影响因素，获得的合理砂率可直接用于混凝土配合比设计，适用性强，这是试验法最显著的优点。同时，根据确定合理砂率的试验，可掌握应用具体原材料时砂率对混凝土性能（主要指和易性）的影响规律，在混凝土性能检验与调整时可利用该规律调整砂率以最终满足混凝土的性能。缺点是比较麻烦，且应注意每次试验时原

4、材料取样的代表性、称量的准确性、操作的规范性与一致性，否则，试验结果的重复性和再现性差。2查表法2.1 查表选择砂率普通混凝土配合比设计规程（JGJ552011）中，已知混凝土的水胶比与石子的最大公称粒径，可由表1查得砂率。若已知混凝土的水胶比与石子的最大公称粒径在表中没出现时，可用内插法查得砂率。表1揭示了水胶比、石子最大公称粒径影响混凝土砂率选择的规律性，对于实践经验较少的人员，表1具有较好的导向作用。1混疆土的砂率水胶比（W/B卵石最大公称粒径fmm碎石最大公骅粒径/mra10.020.040.016.020.040.00.4026-3225-3124-3030-3529-3427-32

5、0.5030-35293428-3333-3832-3730*350.6033-3832-3731-3636-4135-4033-380.70364135-4034-3939-44384336.召j表1仅给出了查砂率的两项约束条件（水胶比与石子的最大公称粒径），理论上,按两项约束条件查得的砂率不会因人而异（取查得砂率区间值的中间值）。但仅按两项约束条件查得的砂率配制混凝土会发现混凝土的性能并非能达到预期的技术经济效果。究其原因，两项约束条件只是影响砂率选择的主要因素，其背后还隐藏着丰富的砂率选择影响因子。对骨料而言，约束条件石子的最大公称粒径只是影响选择砂率的主要因素之一，砂石骨料的粒形、表面

6、状态、级配、细粉含量、含泥量都影响砂率的选择。砂石骨料的粒形接近球形、少棱角、表面致密光滑、针片状颗粒含量少、级配良好,砂率可选表1中区间值的下限值或略低于下限值,以获得混凝土的经济性；反之，可取上限值或略高于上限值，以获得混凝土的技术性。水胶比影响砂率的选择，水泥与掺合料的品种、掺合料的掺量、胶凝材料（水泥+掺合料）的整体细度与级配均影响砂率的选择。采用普通水泥或矿渣水泥、掺人具有减水作用的粉煤灰作为掺合料、掺合料的掺量应适当，砂率可靠近区间值的下限值选取。因此，按表1选择砂率，还需考虑除列出的两项约束条件以外的其他制约因素，结合混凝土配合比设计实践经验选取砂率。表1中数值是中砂的选用砂率，

7、对细砂或粗砂，可相应减少或增加砂率；表1适用于坍落度1060mm的混凝土。对坍落度大于60mm的混凝土，其砂率可通过试验确定，也可在该表的基础上，按坍落度每增大20mm,砂率增大1%的幅度调整；坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定；采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。2.2 查表法的优点显然，查表法的优点是直观、明确、简单，可为混凝土初步（理论）配合比设计时提供初选砂率，也可为试验法提供砂率的大致选择范围，以减少试验法选择砂率的盲目性。3计算法3.1 砂率计算公式的推导“填充包裹原理”是普通混凝土应遵循的原理，其基本含义是石子的空

8、隙由砂填充并使石子的表面有一定厚度的砂层（用砂的拨开系数k表示），砂的空隙由胶凝材料浆填充并使砂的表面有一定厚度的胶凝材料浆层（胶凝材料浆也填充砂石的开口孔隙）。根据“填充包裹原理”即可计算砂率。设满足混凝土填充包裹要求砂用量为m,石子用量为m,由混凝土“填充包裹原理”可得：mJp%=KPmJp,Qt（1）式中:P=（IwOf4）x100%,为石子的空隙率。由（1）得：m3m.=poKPpo（2）将（2）两边同时加1得：（mfl+m,）m,=（p&+KPp%.）IKPp（3）即砂率为：9-mj（）X100%=KPp%J5jKPp）X100%（4）式中:Pz为砂的堆积密度,Py为石子的表观密度（

9、视密度），/&为石子的堆积密度.k为砂的拨开系数,一般取l.l-1.4o13.2 计算法的优缺点计算法的优点按“砂石填充包裹原理”计算砂率理论较严谨；计算法间接考虑了砂石的整体级配，比查表法更严谨；计算法所涉及的砂石性能参数也不多（只涉及砂石表观密度、堆积密度），简便易行；从计算法的原理与砂率推导过程看，砂率与混凝土的水胶比、石子最大公称粒径等无关，也未涉及砂石的粒形、级配等性能，计算法适用较广。但用计算得到的砂率配制混凝土也非十全十美，说明计算法也有自身的缺点，表现在“砂石填充包裹原理”仅考虑了混凝土各组成材料的填充包裹要求，但未考虑为获得混凝土设计要求的技术经济性，砂率与水胶比、砂率与石子

10、最大公称粒径、砂率与砂石级配、砂率与砂石细粉（通常指粒径小于0.16Omm）含量等对混凝土性能（和易性、强度、体积稳定性、耐久性）影响的联动性是计算法的最大缺点；拨开系数取值是人为的，经验性强，其取值大小直接决定计算所得砂率是否合理；同一砂石，即使在完全相同的试验条件下，由于单个砂石粒形的多样性及粒径分布非均匀性等原因，不同试验中砂石的嵌固、填充效果不一样，使得按普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JGJ522006）测得的砂石堆积密度测定值有偏差，进而使计算得到的合理砂率值有偏差。4砂石整体级配法4.1 砂石整体级配法选择砂率的基本思路众所周知，混凝土用砂、石要求有各自的良好级配，以便获得

11、砂石较小的空隙率及坚强的骨架，从而改善混凝土的技术性能与节约成本。很多技术人员强调砂、石各自的级配，而忽视了砂、石混合料的整体级配。实际上，考虑到混凝土的经济性和体积稳定性，需少量胶凝材料浆把尽可能多的粗、细骨料颗粒空隙填充并将其粘结在一起，这意味着骨料应具有从砂到石子的连续分布的颗粒群，以减少混合后的空隙，即混凝土除需考虑粗、细骨料独自的级配外，还应考虑粗、细骨料整体的级配。砂石整体级配法计算砂率的基本思想是砂石混合料堆积密度最大时砂石混合料的整体级配最好。具体做法是：（1）根据混凝土设计的和易性、强度等，结合砂石的检测性能指标，初步选取5组以上的砂率值；（2）将每组砂率换算成砂石比；（3）

12、按砂石比将砂石混合均匀，测出砂石混合料的堆积密度；（4）绘制砂率（砂石比）与砂石混合料的堆积密度关系曲线（图2）；（5）从关系曲线（图2）上找出堆积密度最大所对应的砂率（砂石比），即为合理砂率。合理砂率砂率（%）或砂石比图2砂石整体级配法选择合理砂牢曰近营砂石混合不均匀将导致砂石整体级配失真，因此，砂石整体级配法的关键是将砂石混合均匀。试验发现，若将砂石混合料直接在钢板上混合，会出现砂沉底现象导致砂石混合料不均匀，用铁铲取料时铁铲周围会出现流砂现象，导致砂石混合料不均匀。同时还发现，砂石混合料越少，砂石分离沉底现象越严重。这些使砂石混合料不均匀的现象导致测得的砂石堆积密度重现性差使砂石混合尽量

13、均匀,用砂石混合料的堆积密度反映砂石的整体级配，可采用如下的混合装料方法：（1）采用30L的容量筒（内径360mm、净高H=294mm）,称空筒的重量，记为G,并将容量筒固定在混凝土振动台上；（2）将砂石料分三层装入称容量筒。装第一层时，先称取小于10L（约8L）石子的重量，再按砂石比称取砂，将砂石交替倒入容量筒，并用镶刀将砂石翻拌，开动振动台，振30s；再用同样方法法装第二层与第三层（第二层、第三层只用馒刀翻拌本层混合料）；（3）第三层振毕后，仔细整平表面，量取砂石表面距筒顶的距离h；（4）称筒与混合料的重量，计为G1；（5）按式（5）计算砂石混合料的堆积密度p混。(5),_旦一约P海Hf,

14、八30H采用以上混合装料方法，减弱了砂石混合料混合不均匀导致砂石整体级配失真的影响，且砂石混合料的堆积密度重现性较好。从图2可看出，砂率小于合理砂率时，随砂率增大，砂石混合料堆积密度增大,当砂率增大至合理砂率值时，砂石混合料的堆积密度达到最大值；砂率大于合理砂率且增大时，堆积密度几乎不变，即砂率有饱和点现象，所对应的合理砂率即为饱和点。可理解为砂率合理时，砂刚好填满石子的空隙，使石子空隙达到饱和状态。理论上，按合理砂率将砂石混合，砂石混合料整体级配最优，填充其所需的胶凝材料浆最少，骨架作用越强。然而，混凝土的形成既需各组成材料的相互填充，还需相互包裹。砂浆除填满石子的空隙外，还需在石子表面形成

15、足够的砂浆层，以赋予混凝土拌合物的流动性。因此，按合理砂率拌制混凝土，混凝土拌合物流动性小、干涩、离析，现场试拌的试验结果也证实了该现象。为获得较好的混凝土拌合物和易性，通常在合理砂率的基础上再增加约5%。比如，合理砂率为29.3%,最终取29-3%+5%=34-3%。4.2 砂石整体级配法选择砂率的优缺点砂石整体级配法的最大优点是考虑了砂石混合料的整体级配，克服了仅单独考虑砂石各自级配的某些缺点，将砂石衔接起来，同时为砂石的级配与胶凝材料的级配衔接起桥梁作用。砂石整体级配法的其他优点及缺点，类似于计算法。顺便指出，现代工程对混凝土的要求越来越高，考虑粗、细骨料整体级配仍然不足。还需考虑细骨料

16、与胶凝材料整体的级配，工程中允许砂中小于0.08Omm的细粉占有一定的比例就是考虑了砂与胶凝材料级配的衔接。同时应注重胶凝材料本身的级配。因为，水泥的平均粒径为230m,小于10m的颗粒不足。况且水泥颗粒在生产过程中，其粒径分布也不够合理，颗粒间的空隙很高。因此,水泥颗粒间的填充性并不好。如果在水泥中掺入磨细矿物掺合料，如磨细粉煤灰和磨细矿渣(平均粒径达3-6m),则可大幅度改善胶凝材料的填充性。当颗粒级配适当时，可使胶凝材料的空隙率达到最小值从而改善混凝土的微观结构并使其密化。达到同样的坍落度时，含超细颗粒越多的掺合料可降低用水量、减少高效减水剂的掺量。5选择或调整合理砂率的基本原则选择合理

17、砂率的每种方法都有其优缺点，在使用时，可根据混凝土材料情况混凝土设计性能要求，弥补缺点、发挥优点。但无论使用何种方法选择或调整合理砂率，都应遵循如下基本原则。(1)当石子最大公称粒径较大、级配较好、表面光滑时，合理砂率取较小值。(2)当砂的细度模数较小时，合理砂率取较小值。当水胶比较小或掺有使拌和物粘聚性得到改善的掺合料(如粉煤灰或硅灰)时,合理砂率可取较小值。(4)当混凝土中掺有引气剂或减水剂时，合理砂率可取较小值。(5)混凝土设计的流动性较大时，合理砂率较大；混凝土设计的流动性较小时，合理砂率较小。(6)在相同的条件下，用碎石配制混凝土比用卵石配制混凝土的合理砂率大。(7)用单粒级石子配制

18、混凝土时，合理砂率较大。6结束语(1)上述砂率选择方法均可用于混凝土配合比设计时选择砂率。应用时，应扬长避短，综合考虑影响合理砂率选择的因素，较准确地选择合理砂率，以达到混凝土的技术经济性。(2)选择合理砂率的方法多样，不拘一格，但目前没有一种十分完美的方法，因为涉及合理砂率选择的边界条件十分复杂，原材料的性能、混凝土的设计性能、操作的熟料程度、甚至外界温湿度等条件都影响合理砂率的选择，加之影响合理砂率选择的条件经常在变化且相互制约，使合理砂率的选择在按一定方法、遵循选择或调整合理砂率的基本原则外还须依赖丰富的实践经验。各种砂率的选择方法并非相互独立。比如可用查表法、计算法获得的合理砂率为试验法、砂石整体级配法提供砂率的选择基准，试验法、砂石整体级配法也可反过来验证查表法、计算法的准确性。混凝土工作者在混凝土配合比设计实践中，探索与完善混凝土合理砂率选择的方法还有很大的空间，因为混凝土的技术经济性能的探求是无止境的。