淺析砂率對混凝土性能的影響

發(fā)布時間：2024-12-26　　　　字號：【大 中 小】

0 引言

砂率是指混凝土中砂子的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分比。砂子和石子相比較，砂子具有很大的比表面積，和水泥組成水泥漿后，在混凝土拌合物中起到填充石子間隙并包裹其表面的作用。因此，砂率的變化會導(dǎo)致骨料總的表面積、空隙率及骨料相對含量均發(fā)生變化，從而影響到混凝土拌合物的和易性、硬化后混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

1 砂率對混凝土強(qiáng)度的影響

砂率，砂率對混凝土的抗壓強(qiáng)度有顯著影響。一方面，適當(dāng)增加砂率可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度；另一方面，過高或過低的砂率都可能導(dǎo)致強(qiáng)度降低。特別是在使用特定類型的骨料（如機(jī)制砂）時，砂率的優(yōu)化對于達(dá)到最佳強(qiáng)度至關(guān)重要。雖然其對混凝土強(qiáng)度的影響不如水膠比顯著，但仍然是一個不容忽視的因素。砂率的變化會在一定程度上影響混凝土的強(qiáng)度，這種影響程度與水膠比的大小密切相關(guān)。

當(dāng)水膠比大于0.4時，混凝土的受壓破壞主要發(fā)生在水泥石自身及其與骨料的粘接界面。在這種情況下，水泥石的強(qiáng)度以及其與骨料的粘接強(qiáng)度主要取決于水泥的強(qiáng)度和水膠比。因此，在水膠比較大時，砂率對混凝土強(qiáng)度的影響相對較小，表現(xiàn)得并不明顯。

然而，當(dāng)水膠比小于0.40時，情況就有所不同了。此時，水泥石和粘結(jié)強(qiáng)度會有較大的提高，混凝土的抗壓破壞除了發(fā)生在水泥石自身和與骨料的粘接面以外，還包含骨料自身的破壞。在這種情況下，砂率的選擇就顯得尤為重要。

在配合比設(shè)計時，如果選用的砂率過大，就會增加粗、細(xì)骨料的總表面積。這不僅會使混凝土拌合物的粘聚性嚴(yán)重變差，甚至可能出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土的各組成材料之間的結(jié)合力下降，從而影響混凝土硬化后的強(qiáng)度。

相反，如果砂率過小，漿體就會變得過于富余。在混凝土成型過程中，尤其是在自重及強(qiáng)力振實的條件下，更容易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。這種現(xiàn)象同樣會對混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

2 砂率對混凝土強(qiáng)度粘聚性和保水性的影響

砂率對混凝土塑性黏度的具體影響可以從幾個方面進(jìn)行分析。首先，砂率的變化會影響混凝土的工作性能和力學(xué)性能。在不添加附加水的情況下，機(jī)制砂摻率主要影響塑性混凝土拌合物的工作性能，而對其力學(xué)性能及應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響較小。這表明砂率的變化直接關(guān)聯(lián)于混凝土的流動性和易操作性。

進(jìn)一步地，當(dāng)添加附加水以調(diào)整砂率時，可以根據(jù)機(jī)制砂的泥粉含量確定達(dá)到相同塌落度的附加水用量。這意味著砂率的調(diào)整需要通過調(diào)整水分含量來實現(xiàn)，從而間接影響混凝土的塑性黏度。加入附加水后，塑性混凝土的力學(xué)性能（如彈性模量和峰值應(yīng)力）會有所下降，這可能是由于水分的增加改變了混凝土內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響其黏度特性。保水性也隨之降低，容易出現(xiàn)泌水、離析以及流漿等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了混凝土的工作性能和最終質(zhì)量。

但值得注意的是，當(dāng)砂率過大時，問題又會再次出現(xiàn)。如果一定數(shù)量的水泥漿無法充分包裹骨料表面，那么混凝土的粘聚性反而會急劇下降。這種情況下，混凝土拌合物極易發(fā)生崩坍、發(fā)散，失去應(yīng)有的粘聚性，給施工帶來極大的不便和安全隱患。

3 砂率對混凝土耐久性的影響

砂率，這一看似簡單的混凝土配合比參數(shù)，實際上與混凝土的耐久性有著千絲萬縷的聯(lián)系。雖然初看之下，砂率與混凝土耐久性之間似乎并無直接關(guān)聯(lián)，但事實上，砂率的變化會通過對混凝土拌合物工作性的影響，進(jìn)而對混凝土硬化后的耐久性產(chǎn)生顯著影響。

然而，當(dāng)砂率過大或過小時，問題就會接踵而至。過大的砂率會導(dǎo)致混凝土拌合物的流動性降低，使得混凝土在攪拌過程中難以達(dá)到均勻狀態(tài)，均質(zhì)性大打折扣。同時，在澆筑過程中，這樣的混凝土也不易被振搗密實，容易在內(nèi)部和模板內(nèi)側(cè)形成蜂窩和空洞，表面也容易出現(xiàn)麻面現(xiàn)象。這些問題都會增大硬化混凝土內(nèi)部的孔隙率，對其耐久性構(gòu)成威脅。

根據(jù)研究，砂率的增加會導(dǎo)致混凝土的干燥收縮長度變化率逐漸增大。例如，在C30再生混凝土中，隨著砂率的增加，干燥收縮長度變化率呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，盡管增加幅度較小。此外，鑄造廢砂的使用也被發(fā)現(xiàn)會增加混凝土的干燥收縮，這可能與其劣化的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。

砂率的變化同樣影響混凝土的碳化深度。鑄造廢砂的使用雖然在早期降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，但其后期強(qiáng)度逐漸趕上基準(zhǔn)混凝土，同時也顯示出與基準(zhǔn)混凝土相近的碳化深度。這表明砂率的增加可能會影響混凝土的耐久性，尤其是在碳化方面。

4 砂率對混凝土流動性的影響

在固定漿體用量的情境下，砂漿如同混凝土的“潤滑劑”，它填充并緊密包裹在骨料表面，有效減小了粗骨料之間的摩擦阻力，確保了混凝土拌合物的良好流動性。然而，當(dāng)砂率偏低時，漿體與砂子混合形成的砂漿量相對不足。這不僅使得砂漿難以充分填充粗骨料間的空隙，更無法完全包裹骨料表面，從而削弱了其潤滑效果。在這種情況下，粗骨料間的摩擦力顯著增大，導(dǎo)致混凝土拌合物的流動性明顯降低，變得更為粘稠和難以操作。隨著砂率的逐步提高，砂漿的體積也相應(yīng)增加。在一定范圍內(nèi)，這種增加顯著改善了砂漿對骨料的填充和包裹作用，進(jìn)而有效減小了骨料間的摩擦。因此，在這一階段，混凝土的流動性得到了顯著提升，變得更加易于攪拌、運輸和澆筑。

然而，當(dāng)砂率繼續(xù)增加至某一臨界點時，情況又發(fā)生了變化。隨著砂子用量的不斷增加，粗細(xì)骨料的總表面積也急劇增大。此時，固定量的漿體已無法充分填充這些新增的空隙并完全包裹骨料表面。因此，骨料間的摩擦力再次增大，導(dǎo)致混凝土的流動性重新變差。這一階段的變化提醒我們，在調(diào)整砂率時必須謹(jǐn)慎，以免過度增加砂子用量而適得其反。

如果混凝土拌合物泌水現(xiàn)象過于嚴(yán)重，將會引發(fā)一系列不良后果：

（1）大量泌水通道的形成會顯著增大混凝土內(nèi)部的孔隙率，這直接導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低，對其承重和耐久性能構(gòu)成威脅。

（2）泌水作用會在粗骨料及水平鋼筋的下緣形成水膜。隨著時間的推移，這些水膜會蒸發(fā)，留下空隙。這些空隙不僅會降低混凝土的強(qiáng)度，還會削弱混凝土與鋼筋之間的握裹力，從而影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（3）泌水還會導(dǎo)致表層混凝土的水膠比失衡，形成所謂的浮漿層。浮漿層在硬化后強(qiáng)度極低，不僅影響混凝土的外觀質(zhì)量，還可能成為結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。

（4）泌水造成的混凝土內(nèi)

部不均勻性會增加其在硬化過程中的收縮率。這種不均勻收縮同樣會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低，甚至可能引發(fā)開裂等更嚴(yán)重的問題。因此，合理選擇砂率至關(guān)重要，它不僅能使混凝土拌合物獲得良好的工作性能，還能顯著提高混凝土硬化后的強(qiáng)度，確保結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

針對于上述原因分析，在使用特定骨料（如機(jī)制砂）時，砂率對混凝土的抗壓強(qiáng)度有顯著影響?？梢钥偨Y(jié)出以下幾點：機(jī)制砂的比表面積較大，這可能會影響混凝土的坍落度，但對抗壓強(qiáng)度的影響較小。這表明，雖然機(jī)制砂的物理特性與天然砂不同，但其對混凝土抗壓強(qiáng)度的直接影響不大。當(dāng)機(jī)制砂替代天然砂的比例低于50%時，對不同強(qiáng)度等級混凝土的抗壓強(qiáng)度均無影響。對于高強(qiáng)混凝土，在低于75%的代砂率條件下，強(qiáng)度略有提高。但完全采用機(jī)制砂替代天然砂則對各強(qiáng)度等級的混凝土抗壓強(qiáng)度都不利。

在適宜的砂率下，再生骨料混凝土的28天抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而增大，但在砂率較高的情況下，抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而降低。這說明砂率是影響混凝土抗壓強(qiáng)度的一個重要因素，需要與其他因素如水灰比相結(jié)合考慮。

不同種類復(fù)合摻合料配制的機(jī)制砂混凝土顯示，當(dāng)摻入特定種類的復(fù)合摻合料時，合適的砂率可以顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。這表明通過調(diào)整砂率和摻合料的種類及占比，可以優(yōu)化混凝土的性能。

隨著機(jī)制砂替代率的增大，機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，且在7天及以后齡期，替代率為50%時的抗壓強(qiáng)度通常大于其他替代率的混凝土強(qiáng)度?？刂茩C(jī)制砂取代率小于70%，石粉含量低于15%，可以獲得較好的流動性，同時保持較好的抗壓強(qiáng)度。砂率對混凝土的抗壓強(qiáng)度有顯著影響。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的砂率，以確保混凝土具有良好的工作性能和滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的抗壓強(qiáng)度。

在使用廢玻璃粉或粉煤灰引氣技術(shù)時，砂率調(diào)整的最佳實踐和考慮因素主要包括以下幾點：

（1）粒徑選擇

根據(jù)不同的研究，廢玻璃粉的粒徑對其性能有顯著影響。例如，當(dāng)廢玻璃粉粒徑小于75μm且摻量在10%～15%時，可以較好地提高膠砂的流動性。此外，不同粒徑的廢玻璃粉對水泥膠砂的力學(xué)性能也有不同影響，如500目玻璃粉可以提高水泥膠砂的強(qiáng)度，而20目和100目玻璃粉則可能導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

（2）摻量調(diào)整

摻入廢玻璃粉的比例也是一個重要的考慮因素。適當(dāng)增加廢玻璃粉的摻量可以改善膠砂的流動性和抗裂性能，但過高的摻量可能會影響材料的最終強(qiáng)度。

（3）混合過程

混合過程中的操作也非常關(guān)鍵。例如，使用熱處理型ES添加劑可以簡化制造過程，同時保持固化材料的性能。此外，確?；旌掀髂軌蛴行У靥幚聿牧希员苊獠牧显诨旌线^程中的分層或不均勻分布是必要的。

（4）環(huán)境和條件因素環(huán)境條件如溫度、濕度等也會影響廢玻璃粉和粉煤灰的性能。在進(jìn)行實驗或?qū)嶋H應(yīng)用時，需要考慮這些環(huán)境因素，并根據(jù)具體情況調(diào)整砂率和其他參數(shù)。

（5）性能測試

在實際應(yīng)用前，進(jìn)行充分的性能測試是必不可少的。這包括對膠砂的流動性、強(qiáng)度、耐久性等方面的測試，以確保所選的砂率和添加劑比例能夠滿足工程需求。

總結(jié)來說，使用廢玻璃粉或粉煤灰引氣技術(shù)時，砂率調(diào)整應(yīng)綜合考慮粒徑、摻量、混合過程、環(huán)境條件以及通過性能測試驗證的最佳實踐。

5 結(jié)語

綜上所述，砂率不僅是混凝土配合比中的一項關(guān)鍵參數(shù)，更是對混凝土性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的要素之一。在實際的工程實踐中，我們必須全面而深刻地認(rèn)識到砂率對混凝土工作性能、強(qiáng)度發(fā)展以及耐久性等各方面的影響。通過精心選擇和調(diào)整砂率，我們可以確?；炷辆邆鋬?yōu)良的質(zhì)量和使用性能，從而滿足工程設(shè)計的各項要求。希望本文的探討能夠助力廣大工程人員更加深入地理解砂率的重要性，并在實際工作中做出科學(xué)、合理的決策，為混凝土工程的優(yōu)質(zhì)、高效施工提供有力保障。

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