細骨料對SCC等效砂漿工作性能的影響

馬昆林，莫文波，徐占軍，張威振，于連山，謝清泉，龍廣成

(1.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙，410075；2.湖南中大設計院有限公司，湖南 長沙，410075；3.中鐵二十一局集團第六工程有限公司，北京，101111)

自密實混凝土(self-compacting concrete,SCC)是一種不需外界振搗僅依靠自身重力就能流動且均勻密實的混凝土[1]。由于SCC具有高流動性的特點，常用于填充形狀復雜、鋼筋網密集和難以振搗的結構，如目前我國高鐵的CRTSⅢ型板式軌道結構中，就是采用SCC 作為充填層結構材料[2-3]。SCC 配合比設計中膠凝材料用量大，礦物摻合料和減水劑摻量大，砂率大，粗骨料體積分數小[4]。實踐表明，SCC中砂子用量通常不少于800 kg/m3，但由于砂子來源不穩定，顆粒級配和粒徑分布多變，在施工過程中出現的離析、泌水以及坍損等工作性不穩定問題都與砂子的性能密切相關，因此，掌握砂子相關參數變化對SCC 工作性影響及控制SCC 的施工穩定性、確保施工質量具有重要的意義。細度和級配是砂子的重要性能指標，對混凝土性能有重要影響。砂細度模數小，混凝土黏聚性較好，但流動性小，在流動性相同時混凝土拌合物需水量增大[5]。砂細度模數大，混凝土黏聚性較差，漿體對粗骨料的包裹性降低，混凝土離析風險增大[6-7]。ALI[8]制備了不同細度模數河砂的SCC，發現隨細度模數增加，高強和普通SCC的流動性能、通過性能和抗離析性能均降低。邢福燕等[9]采用不同細度模數和級配的砂制備了混凝土，發現當細骨料級配集中于某一粒級或兩相鄰粒級或出現間斷級配時，對混凝土的工作性將產生明顯影響。ZHANG等[10]采用砂比表面積表征砂級配，研究了砂級配和砂率對SCC 凈漿流變閾值的影響，根據WU等[11]的研究，提出了基于砂級配和不同砂率雙因素凈漿流變閾值預測公式。混凝土中均勻分布的微小氣泡具有滾珠軸承效應，不僅可以減小顆粒間摩擦力，提高流動性，而且能增大漿體體積，提高漿體黏度，有利于提高混凝土穩定性[12-14]。砂的級配和細度模數對SCC 含氣量也有較大影響。混凝土中含氣狀態也受混凝土自身工作性能的影響，混凝土黏度大有利于氣泡的均勻分散，不容易形成大氣泡而破裂，若流動性大，則氣泡易聚結且破裂的可能性增大[15-16]。KOSTRZANOWSKA-SIEDLARZ 等[17]建立了描述SCC 擴展度和擴展時間對殘留含氣量影響的回歸模型。李煒等[18]采用人工配制的不同級配河砂制備普通混凝土，發現0.30 mm以下粒徑顆粒質量分數對含氣量影響較大。

目前，人們主要針對細度模數和砂率等對混凝土流動性的影響進行了研究，實際上，砂子級配、細度以及顆粒質量分數等參數對SCC 穩定性有重要影響。為此，本文作者基于等效砂漿原理[19-20]，研究河砂的細度、級配、0.60 mm以下粒徑顆粒質量分數和砂率對SCC 等效砂漿經時擴展度、含氣量和表面質量的影響，以期為制備高穩定性SCC提供技術支持。

1 試驗

1.1 原材料及配合設計

1.1.1 原材料

1)水泥(cement，簡稱C)，為中聯水泥有限公司出品的P·I 42.5 水泥，符合GB-175 標準，其化學性質和物理性質如表1所示。

表1 水泥的化學性質和物理性質Table1 Chemical and physical properties of cement

2)河砂(sand，簡稱S)，為湖南省汨羅江河砂，河砂基本物理性能指標見表2。

表2 天然河砂主要性能指標Table 2 Main performance indexes of natural river sand

3)水(water，簡稱W)，為試驗拌合用水(自來水)。

4)外加劑， 為聚羧酸高性能減水劑(polycarboxylate superplasticizer，簡稱SP)，固含量為33.5%。

1.1.2 配合比設計

1)等效砂漿原理。本文采用等效砂漿法(concrete-equivalent mortar，簡稱CEM)進行試驗。該原理是采用一定量的砂取代混凝土中的粗骨料，取代用砂的表面積與配比中粗骨料表面積相等[19]。設計配合比時，將河砂篩分，取該粒級上下兩篩孔孔徑平均值作為砂的直徑，計算本粒級砂的表面積，將各粒級表面積相加得到砂的總表面積，最后根據總表面積相等的原則，將配比中粗骨料替換為砂。計算單個砂粒表面積時，將顆粒簡化為球形。

2)配合比設計。SCC原始配合比是膠凝材料、砂、粗骨料、水質量比，為1∶1.54∶1.54∶0.33，除粗骨料被一定量的細骨料替代外，SCC 等效砂漿配合比與SCC 原始配比相同，等效砂漿中細骨料用量采用原混凝土配比中的砂率表示。

方案1 中，減水劑用量為膠凝材料質量的0.8%；方案2和方案3中，減水劑用量為0.7%。其中，粗骨料被等效量的砂替代，其余組分比例不變。

方案1研究砂子細度模數對SCC工作性能的影響，配制細度模數分別為3.19，2.90，2.62，2.35和2.11 的砂。根據GB/T 14684—2011“建設用砂”，配制的砂級配均處于Ⅱ區砂上、下限之間，砂級配曲線見圖1，砂各粒級顆粒篩余百分率見表3。表4所示為SCC 等效砂漿配合比，砂率均為50%。

表4 不同細度模數砂等效砂漿配合比Table 4 Equivalent mortar mix ratio with different fineness modulus sand %

圖1 不同細度模數砂累計篩余曲線Fig.1 Grading curves of sand with different fineness modulus

表3 不同細度模數砂分計篩余百分率Table 3 Different fineness modulus sand Percentage retained %

方案2研究砂子級配對SCC等效砂漿工作性能的影響，制備6組不同級配的砂進行試驗。圖2所示為不同級配砂的級配曲線，其中，EMS2，EMS3，EMS4，EMS5 組用砂0.60 mm 以上粒徑顆粒級配完全相同，而在(0,0.60]mm 范圍內各粒級顆粒質量分數不同。EMS1 和EMS6 以及另外4 組用砂各粒級顆粒質量分數均不相同。表5所示為EMS1，EMS2，…，EMS6組用砂的分計篩余百分率，表6所示為不同級配砂等效砂漿的配合比，砂率均為50%。

表5 不同級配砂分計篩余百分率Table 5 Residual percentage of sieve for different grades of sand distribution

表6 不同級配砂等效砂漿配合比Table 6 Equivalent mortar mix ratio of different grades of sand %

圖2 不同級配砂累計篩余曲線Fig.2 Grading curves of different grading sand

方案3研究砂率對SCC等效砂漿的影響，分別采用細度模數為2.90 和2.35 的砂(EM2 組和EM4組)，用不同的砂率制備等效砂漿，這2 種砂的級配曲線如圖1所示，表7所示為不同砂率等效砂漿配合比。

表7 不同砂率等效砂漿配合比Table 7 Equivalent mortar mix ratio of different sand ratios

1.2 試驗方法

1.2.1 砂漿擴展度試驗

按照GB/T 7671制備砂漿拌合物，砂漿擴展度測試參照JGJ/T 70“建筑砂漿基本性能試驗方法標準”進行。

1.2.2 砂漿含氣量試驗

本試驗采用內徑為7.35 cm，容積V為350 mL的圓柱形容器，空罐質量為G0。試驗時，將砂漿勻速緩緩傾倒入容器中，砂漿在容器中逐漸上升，最后利用刮刀將多余砂漿刮平，稱質量，記錄砂漿質量G，砂漿實測密度計算式為

將砂漿實測密度ρ與根據各組分表觀密度和配比計算的砂漿理論表觀密度ρ0相比，可得到砂漿中含氣量q。含氣量計算式為

1.2.3 砂漿表面質量試驗

試驗前，將寬為120 mm的亞克力板作為上蓋板，固定于長×寬×高為40 mm×40 mm×160 mm 的三聯模上方，預留注漿口長×寬為40 mm×30 mm，出漿(排氣)口長×寬為40 mm×10 mm。試驗時，將砂漿從注漿口緩緩勻速注入，如圖3所示。室內養護1 d 后，揭開蓋板，用高清數碼相機拍照，采用Image-pro plus 軟件對揭板表面的氣泡形態和數量進行統計，分析等效砂漿的表面質量。

圖3 等效砂漿上表面質量試驗Fig.3 Upper surface quality test of equivalent mortar

2 試驗結果與討論

2.1 細度模數的影響

圖4所示為不同細度砂子SCC 等效砂漿靜置5 min 和90 min 的擴展度。由圖4 可知：當砂率相同時，隨細度模數降低，砂漿黏度增加，擴展度減小。對比圖4(a)和圖4(e)可知：EM1組砂漿靜置5 min和90 min時，擴展度分別為300 mm和295 mm，均發生離析泌水現象；EM5組5 min和90 min時的擴展度分別為270 mm 和245 mm，砂漿黏聚性好，流動性降低。這表明采用細砂配制砂漿黏聚性較好，但流動性降低且擴展度經時下降值增大。

圖4 不同細度砂等效砂漿擴展度Fig.4 Slump flow of equivalent mortar with different fineness sand

圖5所示為不同細度砂制備等效砂漿的擴展度隨時間的變化。由圖5可知：隨著砂子細度模數減小，砂漿5 min擴展度降低；隨靜置時間增加，各組砂漿擴展度均降低，且靜置90 min 時，擴展度下降值隨砂子細度模數減小而增加，EM1，EM2，…，EM5 組砂漿靜置90 min 時，擴展度依次下降了5，5，5，15和25 mm，這是因為砂細度模數減小，細顆粒增多，含泥量增加。圖6所示為等效砂漿擴展度隨細度變化的擬合曲線。由圖6可知：隨細度模數增加，砂漿的擴展度呈指數趨勢增加，且擬合優度R2均在0.96以上，相關性良好。

圖5 砂漿擴展度隨時間的變化Fig.5 Change of slump flow of mortar with time

圖6 砂漿擴展度與細度模數的關系Fig.6 Relationship between mortar slump flow and fineness

對等效砂漿的容重進行歸一化處理，再利用式(2)計算等效砂漿含氣量。圖7所示為不同細度模數砂漿含氣量及隨時間的變化。由圖7可知：隨靜置時間增加，各組砂漿含氣量均降低，且EM1 和EM2 組含氣量均顯著比EM3，EM4 和EM5 組的低。這是因為EM1 和EM2 組砂子細度模數較大，且在靜置過程中出現了離析泌水，氣泡難以在砂漿中穩定保持。而當砂細度模數較小時，砂漿狀態較黏稠，體系中氣泡容易保持相對穩定。靜置90 min 時，EM1 和EM2 組砂漿含氣量分別下降了1.6%和2.2%，而EM3，EM4和EM5組砂漿相對含氣量隨時間的延長分別下降了1.0%，1.3%和1.0%，表明當細度模數較大時，等效砂漿含氣狀態較不穩定，對SCC穩定性有較大影響。

圖7 砂漿含氣量隨時間的變化Fig.7 Change of sircontent of mortar with time

2.2 細顆粒質量分數的影響

2.2.1 細骨料級配變化

圖8所示為砂的顆粒級配對等效砂漿擴展度的影響。各組用砂級配曲線和分計篩余百分率分別見圖2和表6。由圖8可知：EMS1和EMS2組在粒徑為(0,0.60]mm 時顆粒級配相近，粒徑在 0.60 mm 以上時顆粒級配相差較大，但EMS1和EMS2靜置5 min的擴展度分別為290 mm和295 mm；靜置90 min時，擴展度均降低了25 mm，流動性差異不顯著。EMS2和EMS4組在粒徑為(0,0.60]mm時級配不同，而粒徑在0.60 mm 以上時顆粒級配相同，EMS2和EMS4組的5 min擴展度分別為295 mm和280 mm，靜置90 min時，擴展度分別降低了25 mm和35 mm，差異較顯著。對比EMS2，EMS4 和EMS6 組，粒徑為(0,0.60]mm 時顆粒總質量分數不變，但粒徑為(0,0.30]mm的顆粒質量分數增加，在此條件下，砂漿靜置 5 min時擴展度降低；靜置90 min時，擴展度經時下降值增加。

圖8 砂的顆粒級配對等效砂漿擴展度的影響Fig.8 Effect of grain size distribution on equivalent mortar slump flow

圖9所示為砂的顆粒對等效砂漿含氣量的影響。由圖9 可知：EMS1 和EMS2 組靜置5 min 時，含氣量分別為18.6%和19.3%，靜置90 min時，含氣量分別降低了0.74%和0.34%，含氣量及其經時下降值較低。EMS4 組和EMS6 組靜置5 min 時，含氣量分別為21.0%和21.6%，靜置90 min時，含氣量分別降低了2.3%和1.6%，含氣量及其經時下降值顯著增加。EMS1，EMS2，EMS4 和EMS6 組在粒徑為(0,0.60]mm 的顆粒總質量分數不變，粒徑為(0,0.30]mm 的顆粒質量分數依次增加，靜置5 min時，含氣量依次增加。

圖9 砂的顆粒級配對等效砂漿含氣量的影響Fig.9 Effect of grain size distribution on air content of equivalent mortar

圖8和圖9表明：河砂中在粒徑為(0,0.60]mm時，細粒部分級配對砂漿流動性和含氣量有重要影響，粒徑為0.60 mm以上的顆粒級配對砂漿性能和含氣量的影響較小。

2.2.2 0.6 mm粒徑以下細粒級配變化

圖10所示為是砂級配中細顆粒對等效砂漿擴展度的影響，EMS1，EMS2，…，EMS6 組的(0,0.60]mm粒徑顆粒質量分數不變。

圖10 砂級配中細顆粒對等效砂漿擴展度的影響Fig.10 Effect of fine particles in sand grading on equivalent mortar slump flow

由圖10可知：隨河砂(0,0.30]mm粒徑顆粒質量分數增加，砂漿靜置5 min時擴展度降低，靜置90 min 時擴展度經時下降值增加；相比EMS2 組，EMS3 組中(0.15,0.30]mm 的顆粒質量分數增加了10%，靜置5 min 和90 min 時擴展度都降低；EMS3和EMS4組砂粒徑在0.3 mm以下時顆粒質量分數相同，均為19%，且EMS3 中不含粒徑在0.15 mm 以下顆粒，但EMS4 組中含有5%粒徑小于0.15 mm 的細顆粒；EMS3 組和EMS4 組靜置5 min 時，擴展度分別為285 mm 和280 mm，但靜置90 min 時，擴展度分別為255 mm 和245 mm，擴展度分別降低10.5% 和12.5%；相比EMS1，EMS2 和EMS3 這3 組，EMS4，EMS5 和EMS6 組顆粒級配中增加了粒徑在0.15 mm以下顆粒，靜置5 min 時，擴展度均較顯著降低，靜置90 min 時，擴展度經時下降值顯著增加；EMS5 和EMS6 組砂漿靜置5 min時，擴展度分別為270 mm和250 mm，而靜置90 min 時，擴展度分別為215 mm 和185 mm，擴展度分別降低20.4%和26.0%。這說明砂子中0.30 mm 以下粒徑顆粒質量分數以及0.15 mm以下和(0.15,0.30]mm顆粒之間的質量分數比例對等效砂漿的流動性有重要影響，且相比粒徑為(0.15,0.30]mm 顆粒，0.15 mm 以下粒徑顆粒的影響作用更大。

相比EMS1 組，EMS2 組(0.15,0.30]mm 顆粒質量分數增加1%，但擴展度增大。這是因為EMS1 組砂漿中，(0.30,1.18]mm 顆粒質量占總量的77%，級配顆粒較為集中導致顆粒間摩擦力增加，且不含0.15 mm粒徑以下細粉，最終導致漿體流動性略下降。這表明調整0.30 mm以上粒徑級配對砂漿性能的提高不顯著。

圖11所示為砂級配中細顆粒對等效砂漿含氣量的影響。由圖11可知：隨(0,0.30]mm粒徑顆粒質量分數增加，砂漿含氣量增加，靜置90 min時，含氣量經時下降值整體呈現出先增大后減小的趨勢；相比EMS1，EMS2 和EMS3 這3 組，EMS4，EMS5 和EMS6 這3 組砂級配中增加了0.15 mm 粒徑以下細顆粒，靜置5 min時，含氣量增加，靜置90 min 后，含氣量損失也顯著增加。EMS3 和EMS4 組(0,0.30]mm 粒徑顆粒總質量分數均為19%，且EMS3 中不含0.15 mm 以下顆粒，但EMS4 組中含有5%粒徑在0.15 mm 以下細顆粒。試驗表明，EMS3和EMS4組靜置5 min時，含氣量分別為20.1%和21.0%，靜置90 min時，含氣量分別降低了1.0%和2.3%。EMS4靜置5 min和90 min時相對含氣量及損失均顯著比EMS3組的高，這是因為隨細顆粒質量分數增加，等效砂漿黏度增加，初始含氣量增加，但砂漿黏度仍較低，僅能減緩氣泡逸出，導致靜置90 min 后含氣量損失顯著增加。而隨著(0,0.30]mm 顆粒質量分數繼續增加，相比EMS3 和EMS4 組，EMS5 和EMS6 含氣量增加，但增加速率減緩，且含氣量經時下降值逐漸降低，EMS5 和EMS6 的含氣量分別為21.3%和21.7%。靜置90 min 時，含氣量分別下降了1.9%和1.6%，這是因為砂漿黏度進一步提高，氣泡不易上浮、聚結和破裂。

圖11 砂級配中細顆粒對等效砂漿含氣量的影響Fig.11 Effect of fine particles in sand grading on air content of equivalent mortar

由圖11 還可知：EMS1，EMS2 和EMS3 組靜置30 min 時的含氣量下降值與靜置90 min 的含氣下降值比值分別為0.84，0.21 和0.75，相比EMS1組，EMS2 和EMS3 組含氣量經時下降速度降低。相比EMS3 組，EMS4 和EMS5 組增加了(0,0.15]mm 粒徑以下細顆粒，等效砂漿黏度增加，靜置30 min 時的含氣量下降值與靜置90 min 的含氣量下降值比值分別為0.55和0.64，含氣量經時下降值減緩效果更加顯著。試驗表明，增加細顆粒質量分數有利于增加初始含氣量，減緩等效砂漿經時下降值。

2.2.3 減水劑的影響

圖12所示為EMS1，EMS2，…，EMS6 組和EM1，EM2，…，EM5 組砂子(0,0.30]mm 粒徑顆粒表面積與擴展度和擴展度經時下降值的關系，EMS 和EM 組減水劑用量分別為膠凝材料用量的0.7% 和0.8%。由圖12(a)可知：隨著粒徑為(0,0.30]mm的細顆粒表面積逐漸增加，EMS組和EM 組的擴展度均降低，EMS1 與EMS6 的擴展度差值為45 mm，EM1與EM5組擴展度差值為30 mm，EMS組的擴展度差值顯著比EM組的高，曲線的擬合優度R2均在0.90 以上，相關性較好。由圖12(b)可知：隨著粒徑為(0,0.30]mm 細顆粒表面積逐漸增加，EMS 和EM 組的擴展度經時下降值均增加，且擬合曲線斜率也增大，EMS6與EMS1組擴展度經時下降值差值為40 mm，EM5組與EM1組擴展度經時下降值的差值為20 mm，EMS 組的擴展度差值仍顯著比ES 組的高。曲線的擬合優度R2均在0.90以上，相關性較好。這表明適當增加減水劑用量可在一定程度上降低細骨料級配對SCC 等效砂漿擴展度及其經時下降值的影響。

圖12 (0,0.30]mm細顆粒表面積與砂漿流動性能的關系Fig.12 Relationship between sand fine particles(0,0.30]mm surface area and fluidity

圖13所示為EMS1，EMS2，…，EMS6 組和EM1，EM2，…，EM5 組砂子(0,0.30]mm 細顆粒表面積與相對含氣量和含氣量經時下降值擬合曲線。從圖13(a)可知：隨著粒徑為(0,0.30]mm細顆粒表面積增加，EM和EMS組等效砂漿含氣量均增加，且擬合曲線逐漸趨于平緩，EM1 與EM5 組含氣量差值為4.8%，EMS1與EMS6的含氣量差值為3.0%，EM 組的含氣量差值比EMS 組的略高。曲線的擬合優度R2均較高，相關性較好。由圖13(b)可知：隨著粒徑為(0,0.30]mm 細顆粒表面積逐漸增加，EMS和EM組含氣量經時下降值均先增加至閾值后降低，且損失閾值較相近，曲線的擬合優度R2均較高，相關性較好。這表明減水劑用量增加會使得等效砂漿在細顆粒質量分數較低時提前達到含氣經時下降閾值。

圖13 (0,0.30]mm細顆粒表面積與含氣量的關系Fig.13 Relationship between fine particles(0,0.30]mm surface area and air content

2.3 砂率的影響

2.3.1 細度模數大時的等效砂漿擴展度

當砂細度模數為2.90 時，不同砂率等效砂漿的經時擴展度見圖14(a)。由圖14(a)可知：隨砂率增加，各組砂漿靜置5 min 時，擴展度逐漸降低，靜置90 min 時擴展度下降值增加，砂率為48%，50%，52%和54%的等效砂漿靜置90 min時的擴展度分別下降了5，5，30 和25 mm，表明采用細度模數大的砂時，通過提高砂率可在一定程度上調控等效砂漿的工作性能。砂率增加，砂漿中細骨料顆粒增加，膠凝材料用量不變，包裹骨料顆粒的凈漿減少，顆粒間摩擦阻力增加，且砂級配中細顆粒質量分數增加，漿體黏性增加，這2種因素共同作用導致砂漿流動性減小。靜置不同時間時等效砂漿擴展度與砂率的關系見圖14(b)。從圖14(b)可知：隨砂率增加，等效砂漿的擴展度降低，且砂率越高，擴展度降低程度越大。曲線的擬合優度R2均較高，具有較強的相關性。

圖14 砂率對等效砂漿擴展度的影響Fig.14 Effect of sand ratio on equivalent mortar slump flow

當砂細度模數為2.90 時，不同砂率等效砂漿含氣量經時變化見圖15。由圖15 可知：當砂率為48%時，砂漿的含氣量明顯比砂率為50%和52%的等效砂漿低，而砂率為50%和52%的等效砂漿含氣量隨時間的變化相近。這主要是由于提高砂率后，砂漿的黏聚性增大，含氣量有所增大。隨靜置時間增加，各組砂漿含氣量均顯著降低。

圖15 時間對不同砂率等效砂漿含氣量的影響Fig.15 Effect of time on air content of equivalent mortar with different sand ratios

2.3.2 細度模數較小時的等效砂漿擴展度

當砂子細度模數為2.35 時，不同砂率等效砂漿經時擴展度見圖16(a)。從圖16(a)可知：隨著砂率增加，各組砂漿靜置5 min 時擴展度顯著降低，且隨靜置時間增加，各組砂漿的擴展度均下降；靜置90 min 時，擴展度依次下降了5，25，40 和20 mm。靜置不同時間時等效砂漿擴展度隨砂率變化見圖16(b)。從圖16(b)可知：隨砂率增加，流動擴展度降低，且砂率越大，擴展度降低程度越大；曲線的擬合優度R2大于0.99，相關性較好。

圖16 不同砂率的等效砂漿擴展度Fig.16 Equivalent mortar slump flow with different sand ratios

圖17所示為砂子細度模數為2.35 時，不同砂率等效砂漿含氣量經時變化。由圖17 可知：隨砂率提高，含氣量增加，砂率為48%和50%組含氣量較接近，均顯著比砂率為46%組的高。對比圖15 和17 可知：在相同砂率條件下，砂細度模數為2.35的等效砂漿含氣量均顯著高于細度模數為2.90組砂漿的含氣量，這也說明砂級配中細粒質量分數增加將導致砂漿體系內含氣量增加。

圖17 不同砂率等效砂漿的含氣量Fig.17 Relative air content of equivalent mortar with different sand ratios

細度模數為2.90、砂率為48%與細度模數為2.35、砂率為46%時，砂漿擴展度和擴展度經時下降值均較接近，但較小細度的砂漿更黏稠，而細度模數為2.90 的砂漿的較粗顆粒與漿體有較明顯分離，這表明通過適當提高(降低)砂率可在一定程度內克服砂子細度模數偏大造成的不良性能的影響，但增加砂率并不能較好地解決穩定性問題。

2.4 表面質量

圖18所示為采用不同細顆粒質量分數河砂制備的等效砂漿表面質量。由圖18 可知：EMS1，EMS2 和EMS3 組細骨料級配中不含0.15 mm 粒徑以下的顆粒，漿體黏聚性差，灌注時，流動較快達到出氣孔側壁再上升，空氣難以排除，且漿體中殘余氣泡不穩定，上浮聚集于漿體表面，形成氣泡直徑較大，數量多且形狀不規則；相比EMS1，EMS2 和EMS3 這3 組，EMS4，EMS5 和EMS6 組0～0.15 mm 粒級顆質量分數依次為5.0%，5.0%和10.0%，等效砂漿硬化后表面質量較好，殘余氣泡可在漿體中穩定分布，表面氣泡數量顯著減少且均勻分散，為較規則的圓形。

圖18 砂細顆粒質量分數對等效砂漿上表面質量的影響Fig.18 Effect of sand fine particle mass fraction on the upper surface quality of equivalent mortar

圖19所示為粒徑為(0,30]mm的砂細顆粒質量分數對砂漿試件表面質量的影響。由圖19(a)可知：隨砂細粒質量分數增加，等效砂漿上表面氣泡最大直徑呈下降趨勢，其中，EMS1，EMS2和EMS3組上表面氣孔最大粒徑均在4 mm以上。從圖19(b)可知：隨(0.15,0.30]mm 顆粒質量分數增加，EMS1，EMS2和EMS3組上表面氣泡平均直徑依次增加，并且相比EMS4組，EMS5組(0.15,0.30]mm顆粒質量分數增加10%，上表面氣泡平均直徑略降低；而對于EMS3，EMS4，EMS5 和EMS6 組，0.15 mm以下粒徑顆粒質量分數逐漸增加，依次為0，5%，5%和10%，上表面氣泡平均直徑呈現下降趨勢。結果表明，當砂級配中包括(0,0.15]mm粒徑的顆粒時，可顯著減小氣泡直徑，僅增加(0.15,0.30]mm 顆粒質量分數，不能降低氣泡直徑。

圖19 粒徑為(0,0.30]mm的砂細顆粒質量分數對上表面氣泡直徑的影響Fig.19 Effect of(0,0.30]mm sand fine particles mass fraction on upper surface bubble diameter

3 結論

1)河砂細度模數減小，SCC 等效砂漿黏聚性增大，擴展度降低，擴展度經時下降值增加。含氣量隨砂子細度模數減小而增加，且含氣量經時下降值降低。當砂子細度模數小于2.60 時，等效砂漿靜置5 min和90 min的含氣量隨細度模數變化均不顯著。

2)砂子中(0,0.15]mm 和(0.15,0.30]mm 粒徑的顆粒質量分數對SCC 等效砂漿的流動性影響起主要作用，且0.15 mm 以下粒徑顆粒影響更顯著。隨著(0,0.15]mm 粒徑顆粒質量分數增加，等效砂漿擴展度、上表面氣泡的最大直徑和平均直徑均減小，擴展度經時下降值和含氣量增加。

3)隨著細骨料砂率增加，等效砂漿擴展度降低，擴展度經時下降值增加，含氣量增加。當砂子細度模數偏大、細粒質量分數較小時，可適當提高砂率，增強SCC等效砂漿黏性，提高穩定性；當砂子細度模數偏小、細粒質量分數較大時，可適當降低砂率，降低SCC 等效砂漿黏度，也有利于提高砂漿穩定性，但僅改變砂率不能有效解決砂漿穩定性問題。