砂率对C60、C80、C100 混凝土新拌性能与抗压强度的影响

王少寅

（苏州交通工程集团有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

砂作为混凝土中的细骨料， 约占混凝土总体积的30%左右， 石子约占混凝土总体积的30%～50%，砂、石构成混凝土主要骨架。砂率是指混凝土中砂子质量占砂、石总质量的比例。 砂率变化会导致骨料总表面积、 骨料堆积孔隙率及粗骨料含量发生变化， 从而影响新拌混凝土的工作性和硬化后混凝土的强度、耐久性[1]。

目前关于砂率对高强度等级混凝土性能的影响研究较少， 且未系统地分析砂率对不同强度等级高强混凝土性能影响的差异性。 本试验针对C60、C80、C100 强度等级混凝土，探究了砂率对其工作性、抗压强度的影响以及影响差异性。

1 原材料与试验设计

1.1 原材料

胶凝材料： 采用海螺公司P·O 42.5 水泥和P·O 52.5 水泥，矿物掺合料选择一级粉煤灰（FA）、S95 级矿粉（GGBS）和硅灰（SF）。

骨料：细骨料采用天然砂，细度模数2.3，表观密度 2 660 kg/m3；粗骨料（CA）采用 2.36～25 mm 的连续级配玄武岩碎石，表观密度2 740 kg/m3，骨料颗粒级配曲线见图1。

减水剂（SP）：采用聚羧酸型高性能减水剂，固体含量25%，减水率35%。

水（W）：拌和水为洁净自来水。

图1 骨料颗粒级配曲线

1.2 试验设计

试验详细配合比如表 1 所示，C60、C80、C100强度等级混凝土砂率分别设计为35.0%、36.5%、38.0% 、39.5% 、41% ，33.5% 、35.0% 、36.5% 、38.0% 、39.5%、41.0%和 33.5%、35.0%、36.5%、38.0%、39.5%、41.0%，通过调整减水剂掺量，使 C60、C80、C100 强度等级混凝土在不同砂率下达到基本相同的坍落扩展度， 试验控制 C60、C80、C100 混凝土扩展度分别在 520～550 mm、530～570 mm 和 560～600 mm，坍落度基本均控制在220 mm 左右。

表1 试验配合比 kg/m3

依据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》，测试新拌混凝土坍落度、扩展度、含气量和表观密度。 根据GBT 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》成型100 mm×100 mm×100 mm 立方体试件测试混凝土 3 d、7 d、28 d 标准养护的抗压强度。

2 结果与讨论

2.1 砂率对混凝土新拌性能的影响

对于高强或超高强度等级混凝土， 由于混凝土中胶材含量高，同时水胶比也较低，因此浆体粘度较高， 所以对于 C60、C80、C100 强度等级混凝土，当砂率较低时并不会出现泌水、离析等现象，这是区别于中低强度等级混凝土的。 但是砂率较低时， 由于混凝土中的砂浆屈服应力降低和砂浆体积相对减少，导致砂浆对粗骨料包裹性变差。 由图2 可知，随着砂率增加，减水剂掺量逐渐增加，砂率增加导致骨料总表面积显著增加， 需水量也增加，因此需要更多减水剂来释放自由水，使混凝土达到相应的工作性，同时砂浆体积增加，对粗骨料包裹性也逐渐改善。

试验研究的最大砂率为41%， 主要是由于砂率过大时细骨料表面吸水作用显著增强， 同时需要更多浆体去包裹骨料， 导致混凝土工作性反而变差。 此外，砂率过大时减水剂需求量显著增加，使得混凝土不经济，混凝土体积稳定性也会变差。

砂率对混凝土含气量和容重的影响如图3 所示，可以明显发现，C100 混凝土在不同砂率下的含气量均高于C60 和C80，含气量处于2.0%～2.5%，而C60 和C80 混凝土含气量处于同一个水平 （1.0%～1.6%）。 这主要是由于C100 混凝土胶凝材料多，水胶比低，显著增加了减水剂掺量，而减水剂本质上属于表面活性剂，具有一定引气效果。 C100 混凝土粘度显著增大，导致引入气体无法顺利排出，因此C100 混凝土含气量较高[2]。 此外，砂率变化对C60、C80、C100 混凝土含气量无显著影响， 砂率变化对混凝土表观密度也无显著影响，C60 混凝土表观密度在 2 450～2 500 kg/m3波动，而 C80、C100 混凝土表观密度在2 530～2 580 kg/m3波动。

图2 砂率对混凝土减水剂掺量的影响

图3 砂率对混凝土含气量、容重的影响

2.2 砂率对混凝土抗压强度的影响

砂率对C60、C80 和C100 混凝土抗压强度的影响如图4 所示。随着砂率的增加，C60 强度等级混凝土3 d、7 d、28 d 抗压强度呈现逐渐增加的趋势，砂率从 35.0%增加到 41%，3 d、7 d、28 d 抗压强度分别从 47.4 MPa、61.5 MPa、77.8 MPa 增加到 50.1 MPa、72.6 MPa、86.5 MPa。 对于 C80 强度等级混凝土，砂率在33%～40%时3 d 强度影响不明显，但是当砂率超过40%后，对强度是不利的，当砂率从33%增加到36.5%，C80 的7 d 和28 d 抗压强度呈现增加趋势，但是当砂率超过36.5%后，抗压强度反而下降。对于C100 强度等级混凝土， 砂率变化时3 d 强度在（70±3） MPa 范围波动，7 d 强度在（92.5±3） MPa范围波动，28 d 抗压强度在 （105±3 ） MPa 范围波动，即在本实验条件下，砂率在33%～41%时对C100强度等级混凝土的抗压强度影响不显著。

图4 砂率对C60、C80、C100 混凝土抗压强度的影响

3 结论

（1）C60、C80、C100 混凝土黏度大， 泌水现象很少发生， 但是砂率偏低时会导致对粗骨料包裹性不良， 增加砂率后需要提高减水剂掺量才能达到相应工作性，对粗骨料包裹性也逐渐改善。

（2）砂率对 C60、C80、C100 混凝土的含气量和表观密度无明显影响，但C100 混凝土含气量明显高于 C60、C80。

（3）随着砂率的增加，C60 混凝土抗压强度呈现逐渐增加的趋势，C80 混凝土抗压强度呈现先增加后降低的趋势，砂率在36.5%时抗压强度最高，砂率对C100 混凝土抗压强度影响不显著。