淺析砂率對C50混凝土和易性及強度的影響

文/廣東省長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40.7km，共有橋梁33座長8482m,預制梁板2380片，混凝土設計強度為C50。為了提高預制梁的混凝土質量，通過研究固定水灰比和膠凝材料用量條件下，砂率對不同強度等級混凝土的工作性與強度的影響規律，固定工作性范圍的砂率對強度和需水量的影響，以及水灰比對混凝土強度和工作性的影響，確定了混凝土配合比主要設計參數，為C50混凝土的配制及施工等提供了有力的技術支持。

砂率的優選

固定水灰比混凝土砂率試驗

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

原材料：水泥(C)：華潤水泥（封開）P·O42.5 ；外加劑(WR)：廣東強仕牌JB-ZSC聚羧酸高效減水劑，減水率25%；粗集料(G)：恒光石場5～25連續級配碎石；細集料(S)：西江河砂，細度模數2.8～3.2。

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

表1 固定水灰比下砂率對C50混凝土的影響

固定坍落度混凝土砂率實驗

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

原材料：水泥(C)：華潤水泥（封開）P·O42.5 ；外加劑(WR)：廣東強仕牌JB-ZSC聚羧酸高效減水劑，減水率25%；粗集料(G)：恒光石場5～25連續級配碎石；細集料(S)：西江河砂，細度模數2.8～3.2。

C50強度等級機制砂混凝土在設計坍落度（165±5mm）的條件下，砂率在36%～44%之間變化時，存在一個最優砂率（40%），在此砂率時混凝土需用水量（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性，機制砂中的粉料也促進了漿體合理的流動性和整個混凝土合適的凝聚性，有利于坍落度的提高，且7d及28d強度均較其他砂率強度要高。因為在一個合適的砂率條件下，粗集料處于比較好的分散狀態，砂漿本身的流動性好，因而有一個比較好的工作性。而強度在此砂率條件也出現最大值，這和較低的水灰比和合理的砂率有關。

從固定水灰比和固定坍落度（相對固定）的實驗研究可以看出：最大強度依然出現在40%砂率，此時混凝土具有較高的強度和滿意的工作性。從不同砂率的混凝土的強度來看，當砂率一旦大于40%后，強度的降低變得非常明顯，相反如果砂率低于最優砂率，強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量控制，混凝土不會由于砂率的波動而導致質量的不穩。

表2 固定坍落度下砂率對C50混凝土的影響

表3 水灰比對C50混凝土性能的影響

水灰比的優選

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

圖1　水灰比對C50混凝土性能的影響

由表3可以看出：對于C50混凝土，坍落度隨水灰比的逐漸增大而增大。在初期出現不太明顯的增加，隨后線性下降。對于C50混凝土水灰比為0.32時具有最佳的工作性和強度。水泥用量相同時，隨水灰比的逐漸增大，坍落度呈現增長趨勢，工作性得到改善；強度隨水灰比的增進總體呈下降趨勢，但在水灰比小于0.32時，隨水灰比的增進強度有比較小的增長，隨后強度隨水灰比的增加線性降低。因為C50混凝土中膠凝材料比較大，起初隨水灰比逐漸增大，混凝土內部的漿體黏度隨水灰比的增進而降低，而且漿體數量也相應地增加，對混凝土內部的集料的流動起到很好的潤滑作用；但水灰比較高后，漿體黏度降低，難以帶動其中的粗集料一起流動，混凝土凝聚性變差，坍落度試驗時集料容易起拱，坍落度的增長變得不再明顯。當水灰比較低（0.30）時，混凝土過黏，成型后有少量大孔氣泡，強度反而比0.32的混凝土略低，當水灰比增進，會降低漿體的黏度，氣孔排得比較充分，混凝土強度反而略有增進，隨后水灰比的增進混凝土對應齡期的強度降低。

結語

廣佛肇高速公路C段預制梁用的C50混凝土配合比，通過對砂率、水灰比等參數及混凝土的主要性能的影響進行了研究，得出以下結論：綜合考慮強度和坍落度，固定水灰比和減水劑摻量時，本工程混凝土砂率為40%時最優，控制坍落度條件下的最優砂率與固定水灰比條件下的最優砂率相同；在最優砂率為40%時，固定水灰比條件下坍落度最大、強度最高，在固定坍落度條件下則具有最低的需水量，強度最高；通過C50混凝土水灰比與強度關系的分析可以看出：固定水泥用量和最優砂率時，隨水灰比的逐漸增大，坍落度呈現增長趨勢，強度則先略有增長后線性降低；結合設計要求與實踐經驗，配制C50機制砂混凝土時選取水灰比為0.32，砂率40%，水150kg，水泥470kg,砂724kg，碎石1101kg，減水劑1.2%。