粗細砂混合級配調整及在混凝土中的應用

江堅

（臺州飛龍商品混凝土有限公司，浙江 臺州 317000）

0 前言

國民基礎設施建設的快速推進，混凝土作為重要的建筑結構材料需求量巨大，混凝土供應質量的好壞直接關乎工程結構荷載安全和服役壽命。混凝土質量的影響因素較多，原材料質量波動、生產管理乃至施工水平都會影響混凝土工程質量[1]，砂率作為混凝土的重要指標，對砂漿填充性和拌合物和易性等有重要影響，合理的砂率能夠提高混凝土和易性，提高混凝土強度，也會降低膠凝材料用量，節省生產成本。

本文根據現有集料情況，根據粗砂和細砂細度模數調整摻比，通過調整砂率來考察混凝土拌合物出機和易性，并關注混凝土強度發展情況，以期為公司生產提供技術參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

水泥采用海螺水泥有限公司生產的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的性能指標見表1。

表1 水泥的性能指標

粉煤灰：Ⅱ級，市售，45μm 方孔篩篩余 22.4%，需水比 99%，燒失量 4.0%。

礦粉：S95 級，比表面積 415m2/kg，流動度比為100%。

（2）集料

細集料有卵石制細砂和卵石制粗砂兩種，細砂細度模數為 1.9，粗砂細度模數為 3.2，混合砂為兩種不同細度模數的天然砂按一定比例混合而成。表2 為混合砂篩分結果。

表2 粗砂和細砂混合后的篩分結果

粗集料為 5～25mm 碎石，連續級配，針片狀含量在 10% 以下，壓碎值 10%。

（3）外加劑

緩凝型聚羧酸減水劑，淡黃色液體，含固量 12%，推薦摻量 1.0%～3.0%。

1.2 試驗方法

（1）砂的細度模數參照 GB/T 14684—2011《建設用砂》進行測試。

（2）混凝土坍落度和擴展度等工作性能指標按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行測試。

（3）混凝土力學性能試驗按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測定混凝土 3d、7d 和 28d 的抗壓強度。

1.3 混凝土配合比

以 C30 為例，所設計的 C30 混凝土配合見表3。

表3 C30 基礎配合比 kg/m3

2 試驗結果與討論

2.1 細砂和粗砂比例的確定

在實際生產中，采用細砂和粗砂混合搭配的形式，以滿足顆粒級配要求，但細砂和粗砂混合比例也會影響混凝土的工作性能和力學性能，因此混合砂良好的級配對混凝土性能極為重要。將粗砂和細砂按比例進行均勻混合，以測試混合砂的細度模數，結果見圖 1。

圖1 結果顯示粗砂比例降低，混合砂細度模數降低，說明砂的粗顆粒對于混合砂細度模數影響較大，粗砂在混合砂中的比例從 50% 減少至 20%，混合砂的細度模數相應從 2.5 下降至 2.2，說明采用合適的粗砂和細砂比例對于細集料的顆粒級配較為重要。

圖1 粗砂和細砂比例對混合砂細度模數的影響

為了選擇合適的粗砂和細砂比例，對混合砂配制的混凝土工作性能和強度進行測試，結果見表4。

表4 細砂和粗砂混合比例對混凝土性能影響

表4 結果顯示，當粗砂比例為 50% 時，混凝土和易性較好，初始坍落度和擴展度最好，7d 和 28d 強度發展良好，這說明此時細砂能夠有效填充粗砂和骨料孔隙，漿體得到豐富[2]，相應拌合物的勻質性也得到提高，對混凝土工作性能和強度有利，故采用粗砂和細砂比例為 1:1。

2.2 砂率對混凝土工作性能的影響

參考前述試驗結果，按照粗砂和細砂比例 1:1，所得的細度模數為 2.5，所得的混凝土配合比見表5。

表5 調整砂率后的混凝土配合比 kg/m3

采用表5 所示混凝土配合比，研究砂率調整對混凝土的工作性能的影響，結果見表6。

表6 砂率對混凝土工作性能的影響

從混凝土拌合物工作性能測試結果分析，砂率增加，混凝土坍落度和擴展度呈現先增加后降低的趨勢，當砂率在 43% 時，混凝土坍落度為 230mm，擴展度為 570mm，混凝土流動性較好，此時混凝土 1h 坍落度損失也最低。這說明合理的砂率對于混凝土工作性能的發揮影響較大。砂率不足時，漿體量不足以形成對骨料的有效包裹，空隙率增大，混凝土易出現石子堆積、泌水等問題；砂率過高，有效需水量和外加劑摻量增加，漿體較粘，流動性降低[3]。

2.3 砂率對混凝土力學性能的影響

混凝土作為建筑結構材料，要有效承重并維持結構安全和耐久，保證混凝土必要的強度極為重要。砂率的改變會影響混凝土的工作性能，對混凝土的力學性能也會造成一定的影響[4]。研究了不同砂率對混凝土不同齡期抗壓強度的影響，結果見表7 和圖 2。

表7 砂率對混凝土抗壓強度影響

圖2 不同砂率對混凝土強度的影響

砂率的改變能夠影響混凝土的顆粒級配，粗砂填充骨料堆積空隙，細砂又能夠進一步降低空隙率，使得混凝土漿骨比處在合理的區間，此時混凝土拌合物和易性優良，硬化后的混凝土密實度較高，對混凝土強度發展有利[5]。

當混凝土砂率從 39% 提高至 47% 時，混凝土 3d、7d 和 28d 抗壓強度先增加后降低，當混凝土砂率在 43% 時，混凝土各齡期強度最高。砂率過高或過低都會對混凝土的和易性造成不良影響，進而影響混凝土強度的發揮。

2.4 砂率對混凝土電通量的影響

混凝土電通量作為混凝土抵抗外界氯離子侵蝕的重要指標，一定程度上也反映了混凝土密實程度。測試了不同砂率對混凝土電通量的影響，結果見表8 和圖 3。

表8 不同砂率混凝土電通量

圖3 砂率對混凝土電通量的影響

表8 和圖 3 結果顯示，混合砂砂率的改變對混凝土電通量影響較大，當混凝土砂率在 39% 時，由于混凝土包裹性不良，無法形成對混凝土骨料的有效粘接，使得混凝土微裂紋較多，氯離子和硫酸根離子等通過溶液通過能力較強[6]，混凝土電通量較高。當混凝土砂率過高時，由于混凝土流動性減弱，硬化后的混凝土勻質性降低，內部空隙增多，混凝土抵抗外界侵蝕的能力減弱。因此適宜的砂率（43%）能夠改善混凝土工作性能和強度，從而對混凝土耐久性有利。

3 結論

（1）粗砂比例降低，混凝土細度模數下降，合理的細度模數對混凝土工作性能和強度較為重要.混合砂細度模數為 2.5 時，混凝土和易性較好，7d 和 28d 強度較高。

（2）砂率能夠影響混凝土漿骨比和勻質性，對混凝土工作性能造成影響。當砂率為 43% 時，混凝土初始坍落度和擴展度較好，和易性優良。

（3）合理的砂率對于維持混凝土強度增長十分重要，砂率過高或過低都會對混凝土強度產生不利影響。

（4）砂率為 43% 時混凝土電通量較低，混凝土抵抗外界侵蝕的能力較強。