浅析砂率对C50混凝土和易性及强度的影响

文/广东省长大公路工程有限公司 郭有阳

广东省广佛肇高速公路C段四公司施工段长40.7km，共有桥梁33座长8482m,预制梁板2380片，混凝土设计强度为C50。为了提高预制梁的混凝土质量，通过研究固定水灰比和胶凝材料用量条件下，砂率对不同强度等级混凝土的工作性与强度的影响规律，固定工作性范围的砂率对强度和需水量的影响，以及水灰比对混凝土强度和工作性的影响，确定了混凝土配合比主要设计参数，为C50混凝土的配制及施工等提供了有力的技术支持。

砂率的优选

固定水灰比混凝土砂率试验

采用固定水泥用量、水灰比和减水剂掺量，砂率在36%～44%范围内以2%为步长逐步增加，研究砂率对混凝土拌和物的和易性及强度的影响，试验配合比如表1所示。

原材料：水泥(C)：华润水泥（封开）P·O42.5 ；外加剂(WR)：广东强仕牌JB-ZSC聚羧酸高效减水剂，减水率25%；粗集料(G)：恒光石场5～25连续级配碎石；细集料(S)：西江河砂，细度模数2.8～3.2。

由表1可以看出：水灰比相同时，C50混凝土坍落度先随砂率的增加而增加，到40%时坍落度达到最大值，随后坍落度随砂率的增大出现明显的降低；砂率对C50强度也呈现先增后减的趋势，在砂率为40%时强度最高，28天强度69.46MPa。在混凝土中当砂率较低时，砂浆量不足以分散粗骨料并形成合适的润滑作用，混凝土出现离析倾向，混凝土砂浆的粗砂悬浮在水泥浆体中，不合理的细观结构使得混凝土强度相对较低；当砂率过大时，混凝土中粗骨料含量相对降低，集料的比表面积增加，砂浆中水泥比例较低，拌和物的内摩擦力增加使得流动性降低，致使混凝土中砂浆黏聚性较差和密实度减小，从而导致和易性变差，坍落度相对降低，由于机制砂带入的粉料增多，也增加了机制砂混凝土的泌水倾向，浆体与骨料之间的黏结强度和骨料骨架作用降低，强度也有所降低。

表1 固定水灰比下砂率对C50混凝土的影响

固定坍落度混凝土砂率实验

采用固定坍落度范围（165mm±5mm），砂率在36%～44%范围内以2%为步长逐步增加，配制不同砂率的混凝土，来讨论固定坍落度下砂率对混凝土拌和物的和易性及强度的影响，试验配合比如表2所示。

原材料：水泥(C)：华润水泥（封开）P·O42.5 ；外加剂(WR)：广东强仕牌JB-ZSC聚羧酸高效减水剂，减水率25%；粗集料(G)：恒光石场5～25连续级配碎石；细集料(S)：西江河砂，细度模数2.8～3.2。

C50强度等级机制砂混凝土在设计坍落度（165±5mm）的条件下，砂率在36%～44%之间变化时，存在一个最优砂率（40%），在此砂率时混凝土需用水量（水灰比）最低，在合理的砂率条件下混凝土中砂浆具有较好的流动性，机制砂中的粉料也促进了浆体合理的流动性和整个混凝土合适的凝聚性，有利于坍落度的提高，且7d及28d强度均较其他砂率强度要高。因为在一个合适的砂率条件下，粗集料处于比较好的分散状态，砂浆本身的流动性好，因而有一个比较好的工作性。而强度在此砂率条件也出现最大值，这和较低的水灰比和合理的砂率有关。

从固定水灰比和固定坍落度（相对固定）的实验研究可以看出：最大强度依然出现在40%砂率，此时混凝土具有较高的强度和满意的工作性。从不同砂率的混凝土的强度来看，当砂率一旦大于40%后，强度的降低变得非常明显，相反如果砂率低于最优砂率，强度随砂率的降低而降低的幅度比较平缓。因此选择砂率略低于40%将有利于混凝土的质量控制，混凝土不会由于砂率的波动而导致质量的不稳。

表2 固定坍落度下砂率对C50混凝土的影响

表3 水灰比对C50混凝土性能的影响

水灰比的优选

采用固定水泥用量和40%的砂率，水灰比从0.30以0.02步长依次递增到0.36，研究水灰比对C50混凝土性能的影响关系，配合比如表3所示，水灰比对混凝土工作性及其强度的关系曲线如图1所示。

图1　水灰比对C50混凝土性能的影响

由表3可以看出：对于C50混凝土，坍落度随水灰比的逐渐增大而增大。在初期出现不太明显的增加，随后线性下降。对于C50混凝土水灰比为0.32时具有最佳的工作性和强度。水泥用量相同时，随水灰比的逐渐增大，坍落度呈现增长趋势，工作性得到改善；强度随水灰比的增进总体呈下降趋势，但在水灰比小于0.32时，随水灰比的增进强度有比较小的增长，随后强度随水灰比的增加线性降低。因为C50混凝土中胶凝材料比较大，起初随水灰比逐渐增大，混凝土内部的浆体黏度随水灰比的增进而降低，而且浆体数量也相应地增加，对混凝土内部的集料的流动起到很好的润滑作用；但水灰比较高后，浆体黏度降低，难以带动其中的粗集料一起流动，混凝土凝聚性变差，坍落度试验时集料容易起拱，坍落度的增长变得不再明显。当水灰比较低（0.30）时，混凝土过黏，成型后有少量大孔气泡，强度反而比0.32的混凝土略低，当水灰比增进，会降低浆体的黏度，气孔排得比较充分，混凝土强度反而略有增进，随后水灰比的增进混凝土对应龄期的强度降低。

结语

广佛肇高速公路C段预制梁用的C50混凝土配合比，通过对砂率、水灰比等参数及混凝土的主要性能的影响进行了研究，得出以下结论：综合考虑强度和坍落度，固定水灰比和减水剂掺量时，本工程混凝土砂率为40%时最优，控制坍落度条件下的最优砂率与固定水灰比条件下的最优砂率相同；在最优砂率为40%时，固定水灰比条件下坍落度最大、强度最高，在固定坍落度条件下则具有最低的需水量，强度最高；通过C50混凝土水灰比与强度关系的分析可以看出：固定水泥用量和最优砂率时，随水灰比的逐渐增大，坍落度呈现增长趋势，强度则先略有增长后线性降低；结合设计要求与实践经验，配制C50机制砂混凝土时选取水灰比为0.32，砂率40%，水150kg，水泥470kg,砂724kg，碎石1101kg，减水剂1.2%。