普通混凝土用砂的粗細和級配對混凝土強度及性能的影響

劉洪中

摘 要： 砂石最為混凝土的重要原材料，在混凝土強度和性能方面發(fā)揮著重要的作用。在本文中，根據(jù)實際的試驗方式，在控制不同砂率和級配的條件對混凝土性能進行比對，得出砂率和級配對混凝土造成的影響，并詳細介紹了設(shè)計配合比中最佳的砂率和級配。并根據(jù)實際情況提出確定合理砂率和級配的基本原則，充分遵循實際施工的需要得出最優(yōu)的配合比。

關(guān)鍵詞： 砂率；級配；混凝土強度；坍落度

砂石作為混凝土中的細骨料主要起到填充和密實的作用，但是由于施工環(huán)境不同，砂石采挖的條件不同，導(dǎo)致混凝土用砂的粗細和級配不相同，以至于后期配置的混凝土強度不同。為了更好的了解砂石的特性，應(yīng)對現(xiàn)階段砂石短缺的因素，在混凝土研究中深入對原材料控制的方法探索，從不同角度出發(fā)，了解砂石材料對混凝土的影響。

一、混凝土用砂基本概況

骨料在混凝土中占比達到60%以上，骨料的特性和性能的優(yōu)劣直接影響混凝土的強度和耐久性，直接表觀的影響就是混凝土的密實度。在不同的施工環(huán)境中，砂石來源不同，對細骨料的級配和密度無法進行保證。要保證混凝土的強度和耐久性，對砂石的控制必須從以下幾個方面控制。一是在混凝土的配合比中充分考慮砂石粒徑對拌合中混凝土和易性的影響。二是砂石的顆粒級配對混凝土密度的影響。三是不同的級配對混凝土力學(xué)性能的影響。下面就通過理論分析和試驗驗證的方式對砂石的粗細和級配改變，了解對混凝土產(chǎn)生的性能影響。

二、試驗相關(guān)情況

混凝土拌合試驗中選用水泥為P42.5硅酸鹽水泥，Ⅰ級粉煤灰和粒徑為5-25mm三級配的碎石，外加劑選用高羧酸減水劑。根據(jù)測算，碎石的含泥量為0.5%。細骨料采用細度模數(shù)2.5，含泥量控制在1%以內(nèi)。根據(jù)砂石的顆粒級配不同，對混凝土的配合比進行調(diào)整比對，將砂石的級配分成五個等級，分別是800kg/m3、810kg/m3、820kg/m3、830kg/m3、840kg/m3，定義組別為1、2、3、4、5。不同的砂石粒徑拌合出的混凝土制作試件。在攪拌中觀察混凝土成型情況，并對樣品情況進行記錄。在達到初凝強度后，測算五組試件的坍落度，并根據(jù)試件的和易性進行比對記錄。

根據(jù)實驗結(jié)果比對，不同粗細和級配的細骨料進行對比，表現(xiàn)出從810-840 kg/m3砂石的和易性一般，坍落度數(shù)值逐漸增加，7天強度和28天強度也呈現(xiàn)上升趨勢。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法得出細骨料最佳級配和合適的砂率配，能夠有效的保證混凝土的和易性和力學(xué)性能。

三、試驗結(jié)果分析

在試驗中，主要區(qū)別砂石不同之處在于顆粒級配和粗細成都，不同的細度模數(shù)存在不同的試驗結(jié)果。利用不同的搭配結(jié)果，得到不同的混凝土性能。根據(jù)結(jié)果表明，細度模度在2.6左右，利用人工控制的方式能夠保證混凝土有好的流動性，根據(jù)承載力試驗，該指標(biāo)下的混凝土有較好的力學(xué)性能。同時根據(jù)數(shù)據(jù)指標(biāo)能夠了解混凝土中砂石的參數(shù)隨著細度模度增加而增大。

在粉煤灰的使用上定量的情況下，砂率的變化對混凝土性能影響較小，在低強度等級的混凝土中，由于變形過程中是由水泥與骨料相互連接處發(fā)生拉壓破壞，砂石發(fā)揮的作用較小。當(dāng)粉煤灰的含量增加后，砂率對混凝土的影響較大，在破壞變形方式上發(fā)生了改變。因此，在上述兩種變形破壞中，由于砂率的不同和粉煤灰使用含量的不同，導(dǎo)致的破壞結(jié)果不同。如在設(shè)計中選用較粗的砂，骨料的表面積增大，使得混凝土內(nèi)部粘合程度降低，有時在不均勻振搗拌和的情況下，會出現(xiàn)崩裂的情況發(fā)生，在后期的混凝土抗壓時，造成局部的受力不均形成破壞，嚴重時影響結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。在砂率過小時，水泥漿含量較多，直接影響混凝土泌水性，泌水含量增加導(dǎo)致表面出現(xiàn)泌水道，空氣與混凝土接觸氧化，形成破壞。此外泌水道的產(chǎn)生會使得混凝土內(nèi)部受力不均勻，可見砂率對混凝土的性能有著關(guān)鍵作用。

砂率和級配對結(jié)構(gòu)物的承載力都會存在一定影響。級配不同會導(dǎo)致耐久度下降。級配較大時，混凝土在澆筑過程中出現(xiàn)不密實情況，后期施工中加大振搗能夠緩解，但是局部區(qū)域因為級配原因難以振搗均勻，出現(xiàn)模板內(nèi)外出現(xiàn)空洞的情況，在外觀上出現(xiàn)蜂窩麻面，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)空腔的情況。當(dāng)級配較小時，與砂率小的情況相似，會出現(xiàn)泌水道，在內(nèi)部形成空洞較多，水道之間相互連接，使得混凝土的耐久性和抗?jié)B性嚴重下降，直接影響結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。根據(jù)大量實驗證明，混凝土砂率和級配直接影響抗?jié)B性能，而抗?jié)B性能直接決定混凝土的耐久性?？?jié)B性能越好，混凝土內(nèi)部越密實，強度越高，抗氧化能力越強，同時對抗外界腐蝕的能力越強。反之抗?jié)B性不佳，影響混凝土受力，對一些預(yù)應(yīng)力材料中的鋼絞線會出現(xiàn)腐蝕破壞。

四、確定合理的砂率和級配

坍落度為10 mm -60mm 的混凝土， 其砂率可根據(jù)粗骨料的品種、最大公稱粒徑及水膠比依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（J G J 5 5-2011） 中提供的數(shù)值， 采用內(nèi)插法計算確定。坍落度小于10mm的混凝土， 及坍落度大于60mm的混凝土， 且又缺乏砂率的歷史資料時，其砂率應(yīng)根據(jù)試驗等方法確定。

配制混凝土?xí)r易優(yōu)先選用砂率好的砂。應(yīng)適當(dāng)提高砂率， 因為砂子越粗， 比表面積越小， 其吸入水分和涵養(yǎng)水分的能力降低， 使混凝土容易出現(xiàn)分層離析和泌水現(xiàn)象， 影響混凝土的均勻性， 同時砂子與水泥槳之間的粘接界面的面積減小， 對混凝土強度不利； 同時宜適當(dāng)降低砂率， 并增加水泥槳的用量， 以滿足混凝土施工和易性和強度要求。只用一個單粒級粗骨料配制混凝土?xí)r， 砂率應(yīng)適當(dāng)增大。

根據(jù)上述原則和實際的試驗結(jié)果。還應(yīng)根據(jù)施工方式或施工條件， 確定合理砂率， 以滿足施工所要求的和易性。如抗?jié)B混凝土， 以盡量減小骨料間的空隙為著眼點， 在粗骨料周圍形成一定厚度的砂槳包裹層， 把粗骨料彼此隔開，從而減少粗骨料之間的滲水通道。為了使混凝土具有較高的抗?jié)B能力， 除了采取其他必要的措施外， 確定合理砂率亦為重要， 砂率宜為25% -30%。再如， 泵送混凝土，其拌合物必須具有良好的和易性， 才具備較好的可泵性。泵送混凝土除應(yīng)摻加泵送劑或高效減水劑等材料外， 其砂率應(yīng)比普通混凝土高一些， 通?？刂圃?5 % -45%。由此可見， 合理砂率的確定還要考慮施工方式等因素?？傊?，在能夠合理控制粉煤灰和水泥用量的情況下，并能夠保證原材料質(zhì)量，加強混凝土膠質(zhì)材料的使用，盡可能通過使用較小的砂率來保證材料之間的粘結(jié)，使得混凝土強度在初凝階段快速上升，并在后期中達到設(shè)計強度指標(biāo)。

五、結(jié)束語

綜上所述，砂率的變化和級配的變化對混凝土性能有很大的影響，過高或者過低的砂率和級配都會使混凝土拌合時和易性受到影響，后期耐久度方面也會有一定的影響。當(dāng)砂率選擇在比較適中的范圍內(nèi)， 能使混凝土拌合物獲得良好的和易性， 易于攪拌均勻， 易于澆筑成型，形成較密實的混凝土，且能提高混凝土的強度和耐久性。因此， 在混凝土配合比設(shè)計過程中， 應(yīng)綜合各種因素， 確定出較為合理的砂率和級配，在保證混凝土質(zhì)量的同時， 獲得較好的經(jīng)濟效益。

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