运用多组分混凝土强度理论确定机制砂混凝土最佳砂率的试验研究

运用多组分混凝土强度理论确定机制砂混凝土最佳砂率的试验研究

姜鹏

本钢建设公司混凝土分公司  辽宁本溪 117000

摘要：应用多组分混凝土强度理论确定机制砂混凝土最佳砂率，通过试验验证了此种方法的可行性，与传统方法相比，节省试验时间与人力，快速确定混凝土最佳砂率。

关键词：砂率；最佳砂率；机制砂混凝土；多组分混凝土强度理论

砂率是混凝土中“砂”的质量与“砂和石”总质量之比。一般用βs表示，βs=砂/（砂+石）。砂率对泵送混凝土的工作性有着双重影响。首先，在一定范围内，增大砂率能够加强砂浆所引起的润滑作用，从而提高泵送混凝土拌合物的和易性。但是，若砂率超过一定范围，由于细集料总表面积增大，其表面所需的湿润水增多，在一定用水量的条件下，砂浆会变得过黏，从而使泵送混凝土拌合物的流动性变差。相反，若砂率过小，骨料间的孔隙变大，需较多的浆体填充空隙面，使润滑浆体减少，这就减弱了胶结浆体的润滑作用，同样会使泵送混凝土拌合物的流动性变差，而且会出现可泵性差，造成不易泵送，甚至堵泵等现象。因此，对一定的集料、水胶比、坍落度的泵送混凝土，砂率对其工作性的影响有个最佳值，这就是泵送混凝土的最佳砂率。那么，如何才能确定泵送混凝土的最佳砂率呢？

传统混凝土配合比设计JGJ55-2011中，首先根据强度等级要求，确定混凝土水胶比，然后根据坍落度要求查表或根据经验推定用水量，进一步确定胶凝材料用量，最后根据水胶比及石子种类查表或凭借经验确定砂率。还需要进行多组配合比试验确定最佳砂率。整个配合比设计过程中，依据试验者主观经验判断环节较多，不同的试验人员，经验丰富程度也不同，容易产生很大的偏差，且配合比调整过程费时费力。

笔者采用朱效荣教授的多组分混凝土强度理论来确定机制砂混凝土的最佳砂率，多组分混凝土强度理论认为，砂子用量的确定方法是首先测得砂子的紧密堆积密度和石子的空隙率，由于混凝土中的砂子完全填充于石子的空隙中，每立方米混凝土中砂子的准确用量为砂子的紧密堆积密度乘以石子的空隙率求得。

全新的方法确定最佳砂率，并通过试验进行验证，确定其可行性，节省最佳砂率确定的时间与人力。

1.试验原材料

水  泥：坚霸P·O42.5级普通硅酸盐水泥，

减水剂：聚羧酸减水剂，减水率20%，掺量2%

机制砂：铁石机制砂，细度模数3.1，

石  子：5~25mm连续级配铁尾矿石

水：自来水

2.试验方法与思路

根据多组分混凝土强度理论中提出的确定混凝土中砂子用量的方法，首先确定普通C30混凝土配合比中的用砂量，以此组砂率作为基准，进行上下调整砂率及用水量，同时保持其他材料用量不变，混凝土坍落度保持在180~200mm之间，制作混凝土标准抗压试件，测定不同砂率的混凝土的抗压强度进行对比，验证此种确定砂子用量的方法是否能快速确定混凝土的最佳砂子用量即最佳砂率。

3.试验过程

通过标准方法测定机制砂的干表观密度为1840kg/m³，铁尾矿石的空隙率为45%，按照多组分混凝土强度理论求得：

砂子用量=1840*0.45=828kg，测得机制砂含水率2.5%，在配合比实验中机制砂用量调整为：828/（1-0.025）=850kg，将此组用砂量作为基准组，分别增大与降低砂率，进行配合比试验。

表1 试验配合比及试验数据

4.试验结果分析

①随着砂率由低到高的变化，混凝土的强度呈现先上升后下降的变化趋势。②在保持坍落度基本不变的同时，随着砂率由低到高的变化，混凝土的用水量呈现先下降后上升的变化趋势。③在砂率达到45%时，强度出现最大值，用水量出现最小值，符合最佳砂率的变化规律。

5.结论与启示

①在生产中确定并使用最佳砂率可以最大限度的提高混凝土强度，节约原材料成本。②试验用机制砂的最佳砂率为45%，混凝土在达到最佳砂率时强度最好。③通过多组分混凝土强度理论确定的机制砂用量，经过试验验证，与最佳砂率相符，此方法可以用于快速确定混凝土的最佳砂率。