砂率對(duì)C60、C80、C100 混凝土新拌性能與抗壓強(qiáng)度的影響

王少寅

（蘇州交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

砂作為混凝土中的細(xì)骨料， 約占混凝土總體積的30%左右， 石子約占混凝土總體積的30%～50%，砂、石構(gòu)成混凝土主要骨架。砂率是指混凝土中砂子質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的比例。 砂率變化會(huì)導(dǎo)致骨料總表面積、 骨料堆積孔隙率及粗骨料含量發(fā)生變化， 從而影響新拌混凝土的工作性和硬化后混凝土的強(qiáng)度、耐久性[1]。

目前關(guān)于砂率對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能的影響研究較少， 且未系統(tǒng)地分析砂率對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)高強(qiáng)混凝土性能影響的差異性。 本試驗(yàn)針對(duì)C60、C80、C100 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，探究了砂率對(duì)其工作性、抗壓強(qiáng)度的影響以及影響差異性。

1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

膠凝材料： 采用海螺公司P·O 42.5 水泥和P·O 52.5 水泥，礦物摻合料選擇一級(jí)粉煤灰（FA）、S95 級(jí)礦粉（GGBS）和硅灰（SF）。

骨料：細(xì)骨料采用天然砂，細(xì)度模數(shù)2.3，表觀(guān)密度 2 660 kg/m3；粗骨料（CA）采用 2.36～25 mm 的連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石，表觀(guān)密度2 740 kg/m3，骨料顆粒級(jí)配曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

減水劑（SP）：采用聚羧酸型高性能減水劑，固體含量25%，減水率35%。

水（W）：拌和水為潔凈自來(lái)水。

圖1 骨料顆粒級(jí)配曲線(xiàn)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)詳細(xì)配合比如表 1 所示，C60、C80、C100強(qiáng)度等級(jí)混凝土砂率分別設(shè)計(jì)為35.0%、36.5%、38.0% 、39.5% 、41% ，33.5% 、35.0% 、36.5% 、38.0% 、39.5%、41.0%和 33.5%、35.0%、36.5%、38.0%、39.5%、41.0%，通過(guò)調(diào)整減水劑摻量，使 C60、C80、C100 強(qiáng)度等級(jí)混凝土在不同砂率下達(dá)到基本相同的坍落擴(kuò)展度， 試驗(yàn)控制 C60、C80、C100 混凝土擴(kuò)展度分別在 520～550 mm、530～570 mm 和 560～600 mm，坍落度基本均控制在220 mm 左右。

表1 試驗(yàn)配合比 kg/m3

依據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試新拌混凝土坍落度、擴(kuò)展度、含氣量和表觀(guān)密度。 根據(jù)GBT 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》成型100 mm×100 mm×100 mm 立方體試件測(cè)試混凝土 3 d、7 d、28 d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 砂率對(duì)混凝土新拌性能的影響

對(duì)于高強(qiáng)或超高強(qiáng)度等級(jí)混凝土， 由于混凝土中膠材含量高，同時(shí)水膠比也較低，因此漿體粘度較高， 所以對(duì)于 C60、C80、C100 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，當(dāng)砂率較低時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)泌水、離析等現(xiàn)象，這是區(qū)別于中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的。 但是砂率較低時(shí)， 由于混凝土中的砂漿屈服應(yīng)力降低和砂漿體積相對(duì)減少，導(dǎo)致砂漿對(duì)粗骨料包裹性變差。 由圖2 可知，隨著砂率增加，減水劑摻量逐漸增加，砂率增加導(dǎo)致骨料總表面積顯著增加， 需水量也增加，因此需要更多減水劑來(lái)釋放自由水，使混凝土達(dá)到相應(yīng)的工作性，同時(shí)砂漿體積增加，對(duì)粗骨料包裹性也逐漸改善。

試驗(yàn)研究的最大砂率為41%， 主要是由于砂率過(guò)大時(shí)細(xì)骨料表面吸水作用顯著增強(qiáng)， 同時(shí)需要更多漿體去包裹骨料， 導(dǎo)致混凝土工作性反而變差。 此外，砂率過(guò)大時(shí)減水劑需求量顯著增加，使得混凝土不經(jīng)濟(jì)，混凝土體積穩(wěn)定性也會(huì)變差。

砂率對(duì)混凝土含氣量和容重的影響如圖3 所示，可以明顯發(fā)現(xiàn)，C100 混凝土在不同砂率下的含氣量均高于C60 和C80，含氣量處于2.0%～2.5%，而C60 和C80 混凝土含氣量處于同一個(gè)水平 （1.0%～1.6%）。 這主要是由于C100 混凝土膠凝材料多，水膠比低，顯著增加了減水劑摻量，而減水劑本質(zhì)上屬于表面活性劑，具有一定引氣效果。 C100 混凝土粘度顯著增大，導(dǎo)致引入氣體無(wú)法順利排出，因此C100 混凝土含氣量較高[2]。 此外，砂率變化對(duì)C60、C80、C100 混凝土含氣量無(wú)顯著影響， 砂率變化對(duì)混凝土表觀(guān)密度也無(wú)顯著影響，C60 混凝土表觀(guān)密度在 2 450～2 500 kg/m3波動(dòng)，而 C80、C100 混凝土表觀(guān)密度在2 530～2 580 kg/m3波動(dòng)。

圖2 砂率對(duì)混凝土減水劑摻量的影響

圖3 砂率對(duì)混凝土含氣量、容重的影響

2.2 砂率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

砂率對(duì)C60、C80 和C100 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如圖4 所示。隨著砂率的增加，C60 強(qiáng)度等級(jí)混凝土3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，砂率從 35.0%增加到 41%，3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度分別從 47.4 MPa、61.5 MPa、77.8 MPa 增加到 50.1 MPa、72.6 MPa、86.5 MPa。 對(duì)于 C80 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，砂率在33%～40%時(shí)3 d 強(qiáng)度影響不明顯，但是當(dāng)砂率超過(guò)40%后，對(duì)強(qiáng)度是不利的，當(dāng)砂率從33%增加到36.5%，C80 的7 d 和28 d 抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但是當(dāng)砂率超過(guò)36.5%后，抗壓強(qiáng)度反而下降。對(duì)于C100 強(qiáng)度等級(jí)混凝土， 砂率變化時(shí)3 d 強(qiáng)度在（70±3） MPa 范圍波動(dòng)，7 d 強(qiáng)度在（92.5±3） MPa范圍波動(dòng)，28 d 抗壓強(qiáng)度在 （105±3 ） MPa 范圍波動(dòng)，即在本實(shí)驗(yàn)條件下，砂率在33%～41%時(shí)對(duì)C100強(qiáng)度等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不顯著。

圖4 砂率對(duì)C60、C80、C100 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

（1）C60、C80、C100 混凝土黏度大， 泌水現(xiàn)象很少發(fā)生， 但是砂率偏低時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)粗骨料包裹性不良， 增加砂率后需要提高減水劑摻量才能達(dá)到相應(yīng)工作性，對(duì)粗骨料包裹性也逐漸改善。

（2）砂率對(duì) C60、C80、C100 混凝土的含氣量和表觀(guān)密度無(wú)明顯影響，但C100 混凝土含氣量明顯高于 C60、C80。

（3）隨著砂率的增加，C60 混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，C80 混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，砂率在36.5%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，砂率對(duì)C100 混凝土抗壓強(qiáng)度影響不顯著。