混凝土配合比重要参数之砂率

砂率是指单位混凝土拌合物中砂子的质量与砂、石总质量的百分率，是混凝土配合比重要参数之一，砂率一旦确定粗细骨料比例相对确定。砂子的作用是填充石子间的空隙，用砂浆包裹在石子的外表面以减少石子间的摩擦，使混凝土具有一定的流动性。砂率的变动会使石子间的空隙率和总表面积有显著的变化，因而对混凝土拌合物的工作性产生较大的影响。砂率过大，石子间的空隙率和总表面积都会增大，在水泥浆用量不变的情况下，相对的水泥浆少了，拌合物的流动性降低；若砂率过小，又不能保证石子之间有足够的砂浆层，也会降低拌合物的流动性，并严重影响其粘聚性和保水性易造成流浆和离析现象。简言之，合理砂率可以在浆体量不变的条件下，混凝土拌合物获得较高的流动性。

（一）调整砂率对混凝土拌合物的作用

（1）砂率对密实填充作用

砂与浆体组成的砂浆填充在粗骨料的空隙内，形成混凝土拌合物的一个级配链节。随着砂率由小到大的变化，混凝土拌会依次形成骨架空隙结构、骨架密实结构、骨架悬浮结构、悬浮密实结构，悬浮密实结构是大体积混凝土的基本结构。

（2）保水粘聚作用

砂颗粒比表面积较粗骨料大，随着砂率的增加，细颗粒变多，比表面积增大，吸附在骨料表面的水分增多，起到良好的保水作用。此外，砂率增加使砂浆中的砂含量增多，在用水量不变的情况下，砂浆稠度增加，保水性能提高。

（3）流动润滑作用

浆体与砂组成的砂浆填充于粗骨料颗粒间的空隙，并包裹在粗骨料表面起润滑作用，减小粗骨料颗粒间的摩擦力，增加混凝土拌合物的流动性。当砂率偏小时，过少的砂与浆体组成的砂浆不足以包裹粗骨料表面，无法发挥所需的润滑作用。随着砂率的增加，粗骨料周围包裹的砂浆膜适中，所产生的润滑作用显著，可以提高拌合物的流动度。当砂率过大时，在浆体量固定不变的条件下，细骨料的总表面积增大，浆体数量相对减少，会削弱浆体所产生的润滑作用导致混凝土拌合物流动性降低。

（二）合理砂率

在水胶比，胶凝材料用量一定时，砂率总存在一个最佳值，即在该砂率值时，混凝土工作性相对最佳。混凝土最佳砂率应结合原材料和所配制的混凝土情况，依据试验确定，不能生搬硬套。

（1）石子最大粒径越大，最佳砂率越小；

（2）粒径相同的情况下，碎石的最佳砂率较卵石的大；

（3）砂细度模数越大，最佳砂率越大，砂细度模数越小，砂率越小；

（4）在工作性相同的情况下，浆体越大，砂率越小；

（5）石子的空隙率越小，最佳砂率也越小。连续级配的碎石的最佳砂率比单粒级石子的砂率小约2%；

（6）混凝土坍落度越大，砂率越大，坍落度变化20mm，砂率相应变化1%，用水量约多5kg左右。

（三）混凝土中粗骨料用量

粗骨料在混凝土中起到骨架作用，增加粗骨料用量，可以提高混凝土体积稳定性。粗骨料的最大粒径越大、粒形与级配越好、空隙率越小，填充空隙的砂浆越少，粗骨料用量就越大；砂细度模数大，砂的平均粒径粗，填充到粗骨料的空隙之间，挤开粗骨料的程度大，填充的砂浆体积增大，粗骨料的用量相应降低，砂细度模数小，对粗骨料的空隙的影响较小，粗骨料的用量增加。美国标准《常规、重量级和大体积混凝土选择比例的惯例》ACI211.1-91（2002年再次核准）体现了上述论述,见表1。

表1   砂细度模数不同时，每方混凝土中粗骨料的体积用量

由表1查得粗骨料捣实的堆积体积后，乘以粗骨料的捣实堆积密度，就可以得到1m3混凝土的粗骨料用量。但粗骨料的捣实密度与捣实程度有关，捣实程度很难统一，粗骨料的捣实堆积密度很难保持一致。尽管如此，可以利用砂的细度模数与粗骨料用量之间的关系，调整两者的用量比例，使混凝土获得良好的工作性。

如果把混凝土看成有粗骨料和砂浆两部分构成，粗骨料间的空隙有砂浆填充，砂浆体积与粗骨料的体积是此消彼长的关系，浆体的用量大，粗骨料的用量就小。如果砂浆刚好填满粗骨料的空隙，则混凝土没有流动性，即坍落度为0mm。为了使混凝土具有流动性，砂浆填充粗骨料的空隙并有一定的富余，多余的砂浆包裹在粗骨料的表面起润滑作用，这样，在粗骨料重力的作用下才具有运动的能力。砂浆的富余系数越大，混凝土的坍落度越大，砂浆的体积也越大，粗骨料的体积相对较小。当砂的细度模数与粗骨料的最大粒径相同时，粗骨料的单方用量与混凝土坍落度有关，粗骨料单方用量的参考值见表2。砂的细度模数变化0.1，粗骨料相应用量变化1%。

表2   不同坍落度的混凝土中粗骨料单方用量范围

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