砂率對C30～C50混凝土強(qiáng)度及工作性能的影響

仇 影，丁 蓓，鄭春揚(yáng)，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(qiáng)度及工作性能的影響

仇 影，丁 蓓，鄭春揚(yáng)，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(shè)計(jì)的三個(gè)基本參數(shù)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(yùn)輸以及在施工過程中有良好的流動(dòng)性、粘聚性、保水性。通過設(shè)計(jì)C30、C40、C50三個(gè)不同強(qiáng)度等級的混凝土配合比，在每組實(shí)驗(yàn)中，保證水灰比以及砂和石子的總量不變，調(diào)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(qiáng)度等參數(shù)，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(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明，C30混凝土的砂率設(shè)定在0.43左右、C40混凝土砂率設(shè)定在0.40左右、C50混凝土設(shè)定在0.37左右比較合適。

砂率； 坍落度； 表觀密度； 強(qiáng)度

1 引 言

混凝土是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的主要材料，我國每年混凝土用量約10億立方米[1]?；炷恋闹饕M成材料是石子、砂子、水泥與水。在整個(gè)混凝土中，砂作為細(xì)骨料，石子作為粗骨料，其量占混凝土總量的65%～75%。粗細(xì)骨料一般不與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其作用是構(gòu)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(qiáng)度，而且在保證足夠的施工性能前提下減少水泥用量，節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本[3]?；炷林械纳笆壤P(guān)系是通過砂率體現(xiàn)的，砂率是指單位混凝土中砂子的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率，是混凝土配合比設(shè)計(jì)中的三個(gè)重要參數(shù)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(zhì)量及生產(chǎn)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(qiáng)度的影響。結(jié)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(shí)，對低水灰比的影響很小)，砂率對普通混凝土強(qiáng)度的影響很小。砂率對高性能混凝土強(qiáng)度的影響比普通混凝土顯著。王立久[5]依據(jù)砂率計(jì)算公式和坍落度計(jì)算公式，從最佳砂率的基本概念出發(fā)，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(jì)算公式。康蘇芳[6]等利用纖維素醚和砂率對全輕混凝土強(qiáng)度、干密度做了研究，但未對混凝土中砂率的規(guī)律做出詳細(xì)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(kuò)展度、表觀密度及混凝土7 d、28 d抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，以期給實(shí)際工作做出一定的理論指導(dǎo)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 原材料

采用南京中聯(lián)水泥有限公司，P·O 42.5級，其物理力學(xué)性能見表1。

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

采用南京市售黃砂，細(xì)度模數(shù)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(yàn)方法

試驗(yàn)配合設(shè)計(jì)依據(jù)JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，本試驗(yàn)用質(zhì)量法和體積法的平均值作為初步配比結(jié)果，利用Excel計(jì)算得到每立方米各原材料和HPA-E的配合比如表6。

試驗(yàn)執(zhí)行GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。試件經(jīng)過養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)7 d及28 d后，取出各組試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

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

3 結(jié)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(kuò)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(huì)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(dòng)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(huì)降低新拌混凝土的流動(dòng)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(fā)生離析現(xiàn)象。當(dāng)砂率適宜時(shí)，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(dòng)阻力，使新拌混凝土有較好的流動(dòng)性[9]?？梢娚奥蕦π掳杌炷恋墓ぷ餍阅苡酗@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(shí)坍落度隨砂率的變化規(guī)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(kuò)展度能夠反映混凝土一定的工作性能，坍落度和擴(kuò)展度較大且不出現(xiàn)泌水現(xiàn)象則會(huì)具有較好的工作性能，因此，對于不同強(qiáng)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(kuò)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(kuò)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(kuò)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(kuò)展度以及1 h擴(kuò)展度隨砂率的曾大出現(xiàn)在規(guī)律都是先增大后減小，C30混凝土擴(kuò)展度在砂率為0.43左右取得最大值，C40混凝土擴(kuò)展度在砂率為0.40左右去得最大值，C50混凝土擴(kuò)展度在砂率為0.37左右去得最大值。因此，不同強(qiáng)度等級的混凝土要使得其擴(kuò)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(yàn)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(shí)也說明標(biāo)準(zhǔn)JGJ 55-2011的設(shè)計(jì)是符合實(shí)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(qiáng)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(xiàn)出明顯的變化規(guī)律，且測定的表觀密度值都趨于平緩狀態(tài)，在2380～2550 kg/m2之間變化，沒有出現(xiàn)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(qiáng)度的影響

由圖5～圖7可以看出，三種不同強(qiáng)度等級的混凝土在這個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)砂率的變化對其7 d強(qiáng)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(guī)律，幾乎觀察不出砂率變化對混凝土7 d強(qiáng)度的影響變化規(guī)律?？梢?，砂率對混凝土7 d強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度等級的混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度的影響不是很明顯，隨著砂率的變化，28 d抗壓強(qiáng)度值呈現(xiàn)出不規(guī)律的變化狀態(tài)，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(tài)，可見，砂率對混凝土28 d抗壓強(qiáng)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(qiáng)度沒有什么影響，這從鮑羅米公式也可得到印證。

4 結(jié) 論

(1)在本試驗(yàn)條件下，砂率的變化對C30、C40、C50混凝土的坍落度和擴(kuò)展度的影響比較大，總體呈現(xiàn)一個(gè)先增大后減小的趨勢，坍落度和擴(kuò)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(qiáng)度等級的混凝土的坍落度應(yīng)該分別取在0.43、0.40、0.37左右較為適宜;

(2)在試驗(yàn)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(qiáng)度的影響不是很大，就從本文的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果來分析，看不出砂率對混凝土的表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響變化規(guī)律。因此，可以說砂率對混凝土的表觀密度和抗壓強(qiáng)度沒有較大的影響;

(3)從試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度等級的混凝土的砂率應(yīng)該分別取0.43、0.40、0.37比較合適。

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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