淺析砂率對(duì)C50混凝土和易性及強(qiáng)度的影響

文/廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司 郭有陽

廣東省廣佛肇高速公路C段四公司施工段長(zhǎng)40.7km，共有橋梁33座長(zhǎng)8482m,預(yù)制梁板2380片，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50。為了提高預(yù)制梁的混凝土質(zhì)量，通過研究固定水灰比和膠凝材料用量條件下，砂率對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的工作性與強(qiáng)度的影響規(guī)律，固定工作性范圍的砂率對(duì)強(qiáng)度和需水量的影響，以及水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度和工作性的影響，確定了混凝土配合比主要設(shè)計(jì)參數(shù)，為C50混凝土的配制及施工等提供了有力的技術(shù)支持。

砂率的優(yōu)選

固定水灰比混凝土砂率試驗(yàn)

采用固定水泥用量、水灰比和減水劑摻量，砂率在36%～44%范圍內(nèi)以2%為步長(zhǎng)逐步增加，研究砂率對(duì)混凝土拌和物的和易性及強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)配合比如表1所示。

原材料：水泥(C)：華潤(rùn)水泥（封開）P·O42.5 ；外加劑(WR)：廣東強(qiáng)仕牌JB-ZSC聚羧酸高效減水劑，減水率25%；粗集料(G)：恒光石場(chǎng)5～25連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)集料(S)：西江河砂，細(xì)度模數(shù)2.8～3.2。

由表1可以看出：水灰比相同時(shí)，C50混凝土坍落度先隨砂率的增加而增加，到40%時(shí)坍落度達(dá)到最大值，隨后坍落度隨砂率的增大出現(xiàn)明顯的降低；砂率對(duì)C50強(qiáng)度也呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在砂率為40%時(shí)強(qiáng)度最高，28天強(qiáng)度69.46MPa。在混凝土中當(dāng)砂率較低時(shí)，砂漿量不足以分散粗骨料并形成合適的潤(rùn)滑作用，混凝土出現(xiàn)離析傾向，混凝土砂漿的粗砂懸浮在水泥漿體中，不合理的細(xì)觀結(jié)構(gòu)使得混凝土強(qiáng)度相對(duì)較低；當(dāng)砂率過大時(shí)，混凝土中粗骨料含量相對(duì)降低，集料的比表面積增加，砂漿中水泥比例較低，拌和物的內(nèi)摩擦力增加使得流動(dòng)性降低，致使混凝土中砂漿黏聚性較差和密實(shí)度減小，從而導(dǎo)致和易性變差，坍落度相對(duì)降低，由于機(jī)制砂帶入的粉料增多，也增加了機(jī)制砂混凝土的泌水傾向，漿體與骨料之間的黏結(jié)強(qiáng)度和骨料骨架作用降低，強(qiáng)度也有所降低。

表1 固定水灰比下砂率對(duì)C50混凝土的影響

固定坍落度混凝土砂率實(shí)驗(yàn)

采用固定坍落度范圍（165mm±5mm），砂率在36%～44%范圍內(nèi)以2%為步長(zhǎng)逐步增加，配制不同砂率的混凝土，來討論固定坍落度下砂率對(duì)混凝土拌和物的和易性及強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)配合比如表2所示。

原材料：水泥(C)：華潤(rùn)水泥（封開）P·O42.5 ；外加劑(WR)：廣東強(qiáng)仕牌JB-ZSC聚羧酸高效減水劑，減水率25%；粗集料(G)：恒光石場(chǎng)5～25連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)集料(S)：西江河砂，細(xì)度模數(shù)2.8～3.2。

C50強(qiáng)度等級(jí)機(jī)制砂混凝土在設(shè)計(jì)坍落度（165±5mm）的條件下，砂率在36%～44%之間變化時(shí)，存在一個(gè)最優(yōu)砂率（40%），在此砂率時(shí)混凝土需用水量（水灰比）最低，在合理的砂率條件下混凝土中砂漿具有較好的流動(dòng)性，機(jī)制砂中的粉料也促進(jìn)了漿體合理的流動(dòng)性和整個(gè)混凝土合適的凝聚性，有利于坍落度的提高，且7d及28d強(qiáng)度均較其他砂率強(qiáng)度要高。因?yàn)樵谝粋€(gè)合適的砂率條件下，粗集料處于比較好的分散狀態(tài)，砂漿本身的流動(dòng)性好，因而有一個(gè)比較好的工作性。而強(qiáng)度在此砂率條件也出現(xiàn)最大值，這和較低的水灰比和合理的砂率有關(guān)。

從固定水灰比和固定坍落度（相對(duì)固定）的實(shí)驗(yàn)研究可以看出：最大強(qiáng)度依然出現(xiàn)在40%砂率，此時(shí)混凝土具有較高的強(qiáng)度和滿意的工作性。從不同砂率的混凝土的強(qiáng)度來看，當(dāng)砂率一旦大于40%后，強(qiáng)度的降低變得非常明顯，相反如果砂率低于最優(yōu)砂率，強(qiáng)度隨砂率的降低而降低的幅度比較平緩。因此選擇砂率略低于40%將有利于混凝土的質(zhì)量控制，混凝土不會(huì)由于砂率的波動(dòng)而導(dǎo)致質(zhì)量的不穩(wěn)。

表2 固定坍落度下砂率對(duì)C50混凝土的影響

表3 水灰比對(duì)C50混凝土性能的影響

水灰比的優(yōu)選

采用固定水泥用量和40%的砂率，水灰比從0.30以0.02步長(zhǎng)依次遞增到0.36，研究水灰比對(duì)C50混凝土性能的影響關(guān)系，配合比如表3所示，水灰比對(duì)混凝土工作性及其強(qiáng)度的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1　水灰比對(duì)C50混凝土性能的影響

由表3可以看出：對(duì)于C50混凝土，坍落度隨水灰比的逐漸增大而增大。在初期出現(xiàn)不太明顯的增加，隨后線性下降。對(duì)于C50混凝土水灰比為0.32時(shí)具有最佳的工作性和強(qiáng)度。水泥用量相同時(shí)，隨水灰比的逐漸增大，坍落度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，工作性得到改善；強(qiáng)度隨水灰比的增進(jìn)總體呈下降趨勢(shì)，但在水灰比小于0.32時(shí)，隨水灰比的增進(jìn)強(qiáng)度有比較小的增長(zhǎng)，隨后強(qiáng)度隨水灰比的增加線性降低。因?yàn)镃50混凝土中膠凝材料比較大，起初隨水灰比逐漸增大，混凝土內(nèi)部的漿體黏度隨水灰比的增進(jìn)而降低，而且漿體數(shù)量也相應(yīng)地增加，對(duì)混凝土內(nèi)部的集料的流動(dòng)起到很好的潤(rùn)滑作用；但水灰比較高后，漿體黏度降低，難以帶動(dòng)其中的粗集料一起流動(dòng)，混凝土凝聚性變差，坍落度試驗(yàn)時(shí)集料容易起拱，坍落度的增長(zhǎng)變得不再明顯。當(dāng)水灰比較低（0.30）時(shí)，混凝土過黏，成型后有少量大孔氣泡，強(qiáng)度反而比0.32的混凝土略低，當(dāng)水灰比增進(jìn)，會(huì)降低漿體的黏度，氣孔排得比較充分，混凝土強(qiáng)度反而略有增進(jìn)，隨后水灰比的增進(jìn)混凝土對(duì)應(yīng)齡期的強(qiáng)度降低。

結(jié)語

廣佛肇高速公路C段預(yù)制梁用的C50混凝土配合比，通過對(duì)砂率、水灰比等參數(shù)及混凝土的主要性能的影響進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：綜合考慮強(qiáng)度和坍落度，固定水灰比和減水劑摻量時(shí)，本工程混凝土砂率為40%時(shí)最優(yōu)，控制坍落度條件下的最優(yōu)砂率與固定水灰比條件下的最優(yōu)砂率相同；在最優(yōu)砂率為40%時(shí)，固定水灰比條件下坍落度最大、強(qiáng)度最高，在固定坍落度條件下則具有最低的需水量，強(qiáng)度最高；通過C50混凝土水灰比與強(qiáng)度關(guān)系的分析可以看出：固定水泥用量和最優(yōu)砂率時(shí)，隨水灰比的逐漸增大，坍落度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，強(qiáng)度則先略有增長(zhǎng)后線性降低；結(jié)合設(shè)計(jì)要求與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，配制C50機(jī)制砂混凝土?xí)r選取水灰比為0.32，砂率40%，水150kg，水泥470kg,砂724kg，碎石1101kg，減水劑1.2%。