砂率对C30～C50混凝土强度及工作性能的影响

仇 影，丁 蓓，郑春扬，姜海东，郭兆来

(江苏中铁奥莱特新材料有限公司,南京 211505)



砂率对C30～C50混凝土强度及工作性能的影响

仇 影，丁 蓓，郑春扬，姜海东，郭兆来

(江苏中铁奥莱特新材料有限公司,南京 211505)

砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数之一。确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，在搅拌、运输以及在施工过程中有良好的流动性、粘聚性、保水性。通过设计C30、C40、C50三个不同强度等级的混凝土配合比，在每组实验中，保证水灰比以及砂和石子的总量不变，调整砂率，通过砂率的变化来分别测定不同砂率下混凝土新拌混凝土的坍落度、表观密度以及强度等参数，从而比较出砂率的变化对混凝土新拌混凝土工作性能的影响规律。实验表明，C30混凝土的砂率设定在0.43左右、C40混凝土砂率设定在0.40左右、C50混凝土设定在0.37左右比较合适。

砂率； 坍落度； 表观密度； 强度

1 引 言

混凝土是现代工程结构的主要材料，我国每年混凝土用量约10亿立方米[1]。混凝土的主要组成材料是石子、砂子、水泥与水。在整个混凝土中，砂作为细骨料，石子作为粗骨料，其量占混凝土总量的65%～75%。粗细骨料一般不与水泥发生化学反应，其作用是构成混凝土骨架，并对水泥石的收缩变形起一定的抑制作用[2]。

合适的砂石比例，可使得石子与砂子以及砂子与砂子水泥与水形成之间形成的空隙较小，这样不仅保证硬化的普通混凝土可以有足够的强度，而且在保证足够的施工性能前提下减少水泥用量，节约混凝土生产成本[3]。混凝土中的砂石比例关系是通过砂率体现的，砂率是指单位混凝土中砂子的质量占砂、石总质量的百分率，是混凝土配合比设计中的三个重要参数之一。砂率对混凝土的和易性影响很大，从而影响到混凝土的施工性能，直接影响到混凝土的质量及生产成本。

何锦云等[4]研究分析了砂率对普通混凝土(低水灰比和高水灰比)和易性及强度的影响。结果表明：在普通混凝土中，砂率对混凝土和易性的影响较大(尤其是高水灰比时，对低水灰比的影响很小)，砂率对普通混凝土强度的影响很小。砂率对高性能混凝土强度的影响比普通混凝土显著。王立久[5]依据砂率计算公式和坍落度计算公式，从最佳砂率的基本概念出发，分别以坍落度最大、水泥用量最小原则，得到完全一致的满足最佳砂率的砂灰比计算公式。康苏芳[6]等利用纤维素醚和砂率对全轻混凝土强度、干密度做了研究，但未对混凝土中砂率的规律做出详细研究。

本论文研究C30、C40与C50混凝土在不同砂率下，其坍落度、扩展度、表观密度及混凝土7 d、28 d抗压强度变化规律，以期给实际工作做出一定的理论指导。

2 实 验

2.1 原材料

采用南京中联水泥有限公司，P·O 42.5级，其物理力学性能见表1。

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

采用南京市售黄砂，细度模数为2.3，其筛分析见表2，表观密度为2620 kg/m3，含泥量为3.4%。

表2 黄砂筛分析Tab.2 Sieve analysis of sand

采用市售碎石，其筛分析见表3，物理性能见表4。

表3 碎石筛分析Tab.3 Sieve analysis of sand

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

2.2 外加剂

市售，江苏中铁奥莱特新材料有限公司M12，聚羧酸高性能减水剂。

表5 聚羧酸高性能减水剂的物理性能Tab.5 Physical properties of water-reducer

2.3 试验方法

试验配合设计依据JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，本试验用质量法和体积法的平均值作为初步配比结果，利用Excel计算得到每立方米各原材料和HPA-E的配合比如表6。

试验执行GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》。试件经过养护室养护7 d及28 d后，取出各组试件，进行抗压强度测试。

试验研究混凝土中集料含泥量的掺量不同对各种减水剂应用在混凝土中的坍落度、抗压强度等性能的影响。

3 结果与讨论

3.1 砂率对混凝土工作性的影响

砂率对新拌混凝土坍落度和扩展度的影响见图1～图3。

砂子的粒径比石子小很多，比表面积大，而且在新拌混凝土中是填充于粗骨料的空隙中，因而砂率的改变会使骨料的总表面积和空隙率有显著的变化[7]。砂率越大，骨料的总表面积越大，在水泥浆量一定的条件下，包裹于骨料表面的水泥浆厚度将减小，水泥浆对骨料的润滑作用将减弱，使新拌混凝土的流动性变差[8]。若砂率过小，砂填充石子空隙后，不能保证粗骨料间有足够的砂浆层，也会降低新拌混凝土的流动性，而且影响新拌混凝土的粘聚性和保水性，使新拌混凝土粗涩、松散、粗骨料易发生离析现象。当砂率适宜时，砂子不但填满石子空隙，而且还能保证骨料间有一定厚度的砂浆层以便减小粗骨料的滑动阻力，使新拌混凝土有较好的流动性[9]。可见砂率对新拌混凝土的工作性能有显著的影响。

由图1～3可以看出，三组混凝土的坍落度以及1小时坍落度随砂率的变化规律都是先增大后减小，C30混凝土在砂率为0.43左右取最大值，C40混凝土在砂率为0.40左右取最大值，C50混凝土在砂率为0.37左右取最大值。由于坍落度和扩展度能够反映混凝土一定的工作性能，坍落度和扩展度较大且不出现泌水现象则会具有较好的工作性能，因此，对于不同强度等级的混凝土，要使得其坍落度较大而获得较好的工作性，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左右较为合适。

图1 C30混凝土坍落度和扩展度随砂率变化折线图Fig.1 Line charts of C30 concrete slump and slump flow versus sand ratio

图2 C40混凝土坍落度和扩展度随砂率变化折线图Fig.2 Line charts of C40 concrete slump and slump flow versus sand ratio

图3 C组C50混凝土坍落度和扩展度随砂率变化折线图Fig.3 Line charts of C50 concrete slump and slump flow versus sand ratio

混凝土的扩展度以及1 h扩展度随砂率的曾大出现在规律都是先增大后减小，C30混凝土扩展度在砂率为0.43左右取得最大值，C40混凝土扩展度在砂率为0.40左右去得最大值，C50混凝土扩展度在砂率为0.37左右去得最大值。因此，不同强度等级的混凝土要使得其扩展度较大，所取的最适宜的砂率值是不一样的，C30、C40、C50混凝土的砂率值分别取在0.43、0.40、0.37左右较为合适。

综上所述，在试验条件下，C30、C40、C50混凝土的合理砂率分别为0.43、0.40、0.37，同时也说明标准JGJ 55-2011的设计是符合实践的。

3.2 砂率对混凝土表观密度的影响

砂率对混凝土表观密度的影响见图4。

从图4可以看出，三种不同强度等级的混凝土的表观密度随着格子砂率的变化没有显现出明显的变化规律，且测定的表观密度值都趋于平缓状态，在2380～2550 kg/m2之间变化，没有出现明显的变化，可见，砂率对混凝土的表观密度影响不大。

3.3 砂率对混凝土强度的影响

由图5～图7可以看出，三种不同强度等级的混凝土在这个适当的范围内砂率的变化对其7 d强度的影响不大，观察他们的平均值都是呈平缓趋势，没有明显的变化规律，几乎观察不出砂率变化对混凝土7 d强度的影响变化规律。可见，砂率对混凝土7 d强度的影响不大。

图4 混凝土表观密度随砂率变化折线图Fig.4 Line chart of concrete apparent density versus sand ratio

图5 C30混凝土抗压强度随砂率变化折线图Fig.5 Line chart of C30 concrete compressive strength versus sand ratio

图6 C40混凝土抗压强度随砂率变化折线图Fig.6 Line chart of C40 concrete compressive strength versus sand ratio

图7 C50混凝土抗压强度随砂率变化折线图Fig.7 Line chart of C50 concrete compressive strength versus sand ratio

砂率对这三种不同强度等级的混凝土的28 d抗压强度的影响不是很明显，随着砂率的变化，28 d抗压强度值呈现出不规律的变化状态，特别是从平均值的变化曲线可以看出，平均值趋于平缓的变化状态，可见，砂率对混凝土28 d抗压强度值的影响不是很大。

综上所述，砂率变化对混凝土7 d、28 d的抗压强度没有什么影响，这从鲍罗米公式也可得到印证。

4 结 论

(1)在本试验条件下，砂率的变化对C30、C40、C50混凝土的坍落度和扩展度的影响比较大，总体呈现一个先增大后减小的趋势，坍落度和扩展度能反映出混凝土一定的工作性能，因此，要使混凝土有较好的工作性能，C30、C40、C50这三种不同强度等级的混凝土的坍落度应该分别取在0.43、0.40、0.37左右较为适宜;

(2)在试验条件下，可以看出，砂率的变化对混凝土的表观密度以及抗压强度的影响不是很大，就从本文的试验数据结果来分析，看不出砂率对混凝土的表观密度和抗压强度的影响变化规律。因此，可以说砂率对混凝土的表观密度和抗压强度没有较大的影响;

(3)从试验结果来看，在施工过程中对混凝土的工作性能要求较高的情况下，C30、C40、C50这三种不同强度等级的混凝土的砂率应该分别取0.43、0.40、0.37比较合适。

[1] 焦宝祥.土木工程材料[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 崔正龙，吴翔宇,童华彬.砂率对再生混凝土强度及干燥收缩性能影响[J].硅酸盐通报，2014,33(11):3054-3057.

[3] 魏 靖.关于混凝土配合比设计中砂率的确定[J].职大学报，2005，(4):38-39.

[4] 何锦云，李瑞璟，王继宗.砂率对砼和易性及强度影响的试验研究[J].河北建筑科技学院学报，2002，19(4):27-30.

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

[6] 康苏芳，彭家惠，周福忠,等.纤维素醚和砂率对全轻混凝土性能影响研究[J].2013,10(10):2003-2007.

[7] 朱铁梅.自密实混凝土工作性能及模板侧向压力试验研究[D].南京：南京工业大学，2012.

[8] 张 胤，陶建勋.砂率对混凝土可泵性的影响[J].贵州工业大学学报(自然科学版)，2004，33(4):88-90.

[9] 葛文红.浅析普通水泥混凝土配合比设计中砂率的确定[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，硕士.主要从事混凝土外加剂方面的研究.

TQ177

A

1001-1625(2016)10-3486-06