普通混凝土用砂的粗细和级配对混凝土强度及性能的影响

刘洪中

摘 要： 砂石最为混凝土的重要原材料，在混凝土强度和性能方面发挥着重要的作用。在本文中，根据实际的试验方式，在控制不同砂率和级配的条件对混凝土性能进行比对，得出砂率和级配对混凝土造成的影响，并详细介绍了设计配合比中最佳的砂率和级配。并根据实际情况提出确定合理砂率和级配的基本原则，充分遵循实际施工的需要得出最优的配合比。

关键词： 砂率；级配；混凝土强度；坍落度

砂石作为混凝土中的细骨料主要起到填充和密实的作用，但是由于施工环境不同，砂石采挖的条件不同，导致混凝土用砂的粗细和级配不相同，以至于后期配置的混凝土强度不同。为了更好的了解砂石的特性，应对现阶段砂石短缺的因素，在混凝土研究中深入对原材料控制的方法探索，从不同角度出发，了解砂石材料对混凝土的影响。

一、混凝土用砂基本概况

骨料在混凝土中占比达到60%以上，骨料的特性和性能的优劣直接影响混凝土的强度和耐久性，直接表观的影响就是混凝土的密实度。在不同的施工环境中，砂石来源不同，对细骨料的级配和密度无法进行保证。要保证混凝土的强度和耐久性，对砂石的控制必须从以下几个方面控制。一是在混凝土的配合比中充分考虑砂石粒径对拌合中混凝土和易性的影响。二是砂石的颗粒级配对混凝土密度的影响。三是不同的级配对混凝土力学性能的影响。下面就通过理论分析和试验验证的方式对砂石的粗细和级配改变，了解对混凝土产生的性能影响。

二、试验相关情况

混凝土拌合试验中选用水泥为P42.5硅酸盐水泥，Ⅰ级粉煤灰和粒径为5-25mm三级配的碎石，外加剂选用高羧酸减水剂。根据测算，碎石的含泥量为0.5%。细骨料采用细度模数2.5，含泥量控制在1%以内。根据砂石的颗粒级配不同，对混凝土的配合比进行调整比对，将砂石的级配分成五个等级，分别是800kg/m3、810kg/m3、820kg/m3、830kg/m3、840kg/m3，定义组别为1、2、3、4、5。不同的砂石粒径拌合出的混凝土制作试件。在搅拌中观察混凝土成型情况，并对样品情况进行记录。在达到初凝强度后，测算五组试件的坍落度，并根据试件的和易性进行比对记录。

根据实验结果比对，不同粗细和级配的细骨料进行对比，表现出从810-840 kg/m3砂石的和易性一般，坍落度数值逐渐增加，7天强度和28天强度也呈现上升趋势。利用数据统计的方法得出细骨料最佳级配和合适的砂率配，能够有效的保证混凝土的和易性和力学性能。

三、试验结果分析

在试验中，主要区别砂石不同之处在于颗粒级配和粗细成都，不同的细度模数存在不同的试验结果。利用不同的搭配结果，得到不同的混凝土性能。根据结果表明，细度模度在2.6左右，利用人工控制的方式能够保证混凝土有好的流动性，根据承载力试验，该指标下的混凝土有较好的力学性能。同时根据数据指标能够了解混凝土中砂石的参数随着细度模度增加而增大。

在粉煤灰的使用上定量的情况下，砂率的变化对混凝土性能影响较小，在低强度等级的混凝土中，由于变形过程中是由水泥与骨料相互连接处发生拉压破坏，砂石发挥的作用较小。当粉煤灰的含量增加后，砂率对混凝土的影响较大，在破坏变形方式上发生了改变。因此，在上述两种变形破坏中，由于砂率的不同和粉煤灰使用含量的不同，导致的破坏结果不同。如在设计中选用较粗的砂，骨料的表面积增大，使得混凝土内部粘合程度降低，有时在不均匀振捣拌和的情况下，会出现崩裂的情况发生，在后期的混凝土抗压时，造成局部的受力不均形成破坏，严重时影响结构物的稳定。在砂率过小时，水泥浆含量较多，直接影响混凝土泌水性，泌水含量增加导致表面出现泌水道，空气与混凝土接触氧化，形成破坏。此外泌水道的产生会使得混凝土内部受力不均匀，可见砂率对混凝土的性能有着关键作用。

砂率和级配对结构物的承载力都会存在一定影响。级配不同会导致耐久度下降。级配较大时，混凝土在浇筑过程中出现不密实情况，后期施工中加大振捣能够缓解，但是局部区域因为级配原因难以振捣均匀，出现模板内外出现空洞的情况，在外观上出现蜂窝麻面，内部结构中出现空腔的情况。当级配较小时，与砂率小的情况相似，会出现泌水道，在内部形成空洞较多，水道之间相互连接，使得混凝土的耐久性和抗渗性严重下降，直接影响结构安全稳定。根据大量实验证明，混凝土砂率和级配直接影响抗渗性能，而抗渗性能直接决定混凝土的耐久性。抗渗性能越好，混凝土内部越密实，强度越高，抗氧化能力越强，同时对抗外界腐蚀的能力越强。反之抗渗性不佳，影响混凝土受力，对一些预应力材料中的钢绞线会出现腐蚀破坏。

四、确定合理的砂率和级配

坍落度为10 mm -60mm 的混凝土， 其砂率可根据粗骨料的品种、最大公称粒径及水胶比依据《普通混凝土配合比设计规程》（J G J 5 5-2011） 中提供的数值， 采用内插法计算确定。坍落度小于10mm的混凝土， 及坍落度大于60mm的混凝土， 且又缺乏砂率的历史资料时，其砂率应根据试验等方法确定。

配制混凝土时易优先选用砂率好的砂。应适当提高砂率， 因为砂子越粗， 比表面积越小， 其吸入水分和涵养水分的能力降低， 使混凝土容易出现分层离析和泌水现象， 影响混凝土的均匀性， 同时砂子与水泥桨之间的粘接界面的面积减小， 对混凝土强度不利； 同时宜适当降低砂率， 并增加水泥桨的用量， 以满足混凝土施工和易性和强度要求。只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时， 砂率应适当增大。

根据上述原则和实际的试验结果。还应根据施工方式或施工条件， 確定合理砂率， 以满足施工所要求的和易性。如抗渗混凝土， 以尽量减小骨料间的空隙为着眼点， 在粗骨料周围形成一定厚度的砂桨包裹层， 把粗骨料彼此隔开，从而减少粗骨料之间的渗水通道。为了使混凝土具有较高的抗渗能力， 除了采取其他必要的措施外， 确定合理砂率亦为重要， 砂率宜为25% -30%。再如， 泵送混凝土，其拌合物必须具有良好的和易性， 才具备较好的可泵性。泵送混凝土除应掺加泵送剂或高效减水剂等材料外， 其砂率应比普通混凝土高一些， 通常控制在35 % -45%。由此可见， 合理砂率的确定还要考虑施工方式等因素。总之，在能够合理控制粉煤灰和水泥用量的情况下，并能够保证原材料质量，加强混凝土胶质材料的使用，尽可能通过使用较小的砂率来保证材料之间的粘结，使得混凝土强度在初凝阶段快速上升，并在后期中达到设计强度指标。

五、结束语

综上所述，砂率的变化和级配的变化对混凝土性能有很大的影响，过高或者过低的砂率和级配都会使混凝土拌合时和易性受到影响，后期耐久度方面也会有一定的影响。当砂率选择在比较适中的范围内， 能使混凝土拌合物获得良好的和易性， 易于搅拌均匀， 易于浇筑成型，形成较密实的混凝土，且能提高混凝土的强度和耐久性。因此， 在混凝土配合比设计过程中， 应综合各种因素， 确定出较为合理的砂率和级配，在保证混凝土质量的同时， 获得较好的经济效益。

参考文献

[1]何锦云， 李瑞憬， 王继宗.砂率对混凝土和易性及强度影响的试验研究[J].河北建筑科技学院学报，2 0 1 2，1 2 （ 1 2 ）：11-12.

[2]袁俏.影响混凝土强度的几个主要因素[ J].广东建材， 2014，2（6） ： 28-29

[3]黄劲，吕寅 ，张丽，等.不同细度模数人工砂应用于混凝土的性能研究[J].商品混凝土，2015.2（5）：18-20.