周梦晗详解砂子粗细和级配对混凝土的影响-中国砂浆网
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周梦晗
由于条件不同，如沙滩在河道中的位置、采挖地点在沙滩中的位置、采挖和生产方式不同等，天然砂的粗细（以细度模数表示）和级配都会不同，有时差异还很大。
砂子的粗细和级配不同，对混凝土的流动性、成分配合有显著的影响。特别是在施工过程中，砂子有时粗有时细，难以保持混凝土流动度稳定，给质量控制造成困难。为此，需进行砂子粗细和级配对混凝土影响的试验，并根据试验结果采取有效措施，消除施工过程中砂子粗细不稳定对混凝土的影响。现将砂子粗细和级配对混凝土影响的试验结果分述于下。
01
砂子粗细对混凝土的影响
1.1对抗压强度和抗渗性的影响
将表1试验的混凝土，同时制作试件，测得不同粗细砂子混凝土的抗压强度列于表3。
由表3可得，砂子细度模数变化，混凝土抗压强度变化幅度不大且无规律，这主要是由试验误差造成的。表4为同时测得的混凝土强度的盘间试验误差。表3的变异系数与表4的相比，也证明表3中的强度变化是由试验误差造成的，砂子粗细不影响混凝土的抗压强度。同时表明，坍落度变化（1.5~16.0cm，见1）对混凝土抗压强度也无影响。
在施工过程中，当砂子比预定的细时，拌出的混凝土坍落度偏小。为保证施工操作需保持预定的坍落度，往往简单地（也是错误地）采取多加水的办法来解决，结果增大了水灰比导致强度降低。这易使人们产生细砂混凝土强度低于粗砂混凝土强度的误解。实际上，只要保持水灰比不变，和有一定的流动度（即有足够的水泥浆填充砂子空隙和包裹砂子表面）砂子粗细就不会影响混凝土强度。
表5为流溪河水力发电工程局测得的砂子粗细对混凝土抗渗性的影响，表明细砂混凝土的抗渗性优于粗砂混凝土。
注：（1）水灰比0.70，砂率37%，试验龄期19天。
（2）摘自电力部流溪河水力发电局技术资料汇编第六辑，502拱坝混凝土配合比选择，1957年12月。
1.2对成分配合的影响
表1及图1的试验结果已证明，原使用较粗砂的混凝土，改用较细砂，坍落度将减小，甚至无法施工；原使用较细砂的混凝土，改用较粗的砂，则坍落度将增大，但易泌水、离析，甚至不能捣实（砂浆不足）。要获得相同强度和相同流动度的混凝土，当砂子粗细不同时，固定水灰比以保持强度不变，同时调整砂率来保持流动度（坍落度）大致相同。结果是砂粗则砂率大，砂细则砂率小。主要是粗砂对粗骨料（石子）的“干涉”作用大，砂粒挤开粗骨料的程度大，使粗骨料的空隙率明显增大（示意于图2），于是填充粗骨料空隙的砂子就要增多，否则砂浆将不能填满被挤开的粗骨料空隙，混凝土不能振捣密实；细砂则相反，对粗骨料的“干涉”作用小，用较少的砂，砂浆即能填满粗骨料的空隙。故砂子粗细对混凝土成分配合有相当大的影响。按照设计、选择混凝土成分配合的原则，即在保证强度和施工性能（即水灰比和坍落度）不变的前提下，尽量降低或不增加用水量，不同细度模数砂子的混凝土成分配合列于表2。
表2表明，水灰比0.6，砂子细度模数在一定范围(2.0~3.0)内时，调整砂子和石子用量，可不改变用水量和水泥用量，而不影响混凝土强度和施工性能（即水灰比不变和坍落度大体相同）。砂子细度模数每增减0.1，砂用量约增减2%，相应地减增石子用量，以保持混凝土体积不变。当细度模数大于3.0，虽然混凝土的水泥用量稍可减小，但饱水性差，极易离析、泌水，影响施工质量；当细度模数小于2.0时，因砂子对粗骨料的“干涉”作用的减小程度降低，而其表面积则显著增大，需较多的水泥来包裹其表面，否则将不能达到要求的流动度，因此就要增加用水量和水泥用量，砂子细度模数每减小0.1，用水量和水泥用量约增加1.2%。
根据以上试验结果，当水灰比为0.6时，砂子细度模数的适用范围为2.0~3.0。当水灰比增大时，则此适用范围将下移；当水灰比减小时，适用范围则上推。具体范围需通过试验来确定。
表2中混凝土砂率与砂子细度模数亦呈较好的线性关系，现将与另一次补充试验的结果一并绘于图3。
1.3对坍落度和泌水率的影响
试验用不同粗细砂子，由粗砂和特细砂按不同比例配合而成，细度模数分别为3.18、2.96、2.52、2.08、1.63，试验保持成分配合不变：水泥250kg/m3、砂795kg/m3、5~20mm卵石458 kg/m3、20~40mm卵石686kg/m3、水163kg/m3，其坍落度和泌水率及外观描述见表1。
表1的结果及另一次补充试验的结果绘于图1。图1十分有规律地表明，混凝土坍落度随砂子细度模数减小而成比例降低，两者近线性关系。砂子细度模数每减小0.1，坍落度约降低1cm。这主要由于砂子变细，表面积增大，包裹砂子表面后剩下起润滑作用的水泥浆减少造成的。此外，粗砂表面积小，饱水性差，混凝土易泌水、离析，显得粗糙，和易性及粘性差；细砂混凝土则饱水性好，几乎不泌水，和易性好，也不易离析。
02
砂子级配对混凝土的影响
砂子固定三种细度模数：3.0、2.5、2.0，以水灰比0.4和0.7选定共六种混凝土成分配合，列于表6。砂子先水力分级、后人工筛分成粒径为5~2.5mm、2.5~1.2mm、1.2~0.6mm、0.6~0.3mm、0.3~0.15mm的五种颗粒，分别配成细度模数为3.0、2.5、2.0的各十种不同级配的砂子，按表6的成分配合拌制成混凝土，测得坍落度和抗压强度及统计结果分列于表7、8、9。
表7、8、9结果表明：
（1）细度模数固定，级配变化的砂子，对混凝土坍落度有一定的影响。在水灰比大的(0.7)混凝土中的影响大于在水灰比小的(0.4)混凝土中的影响。这是因为水灰比大的混凝土中，水泥用量少，砂子用量相对较多，故其级配变化对坍落度的影响较大；水灰比小的混凝土，水泥用量多，砂子用量相对较少，故其级配变化对坍落度的影响较小。
（2）一些特殊级配对坍落度影响较大。如某一级含量超过60%（编号3.0-4、3.0-5、2.5-8、2.0-2）和某相邻两级的含量超过70%（编号3.0-8、3.0-9、2.0-3）的级配拌制的混凝土坍落度偏小较多；而间断级配（编号3.0-6、3.0-7、3.0-10、2.5-6、2.5-7），则使混凝土坍落度偏大（说明间断级配优于连续级配）。除去这些特殊的级配后，砂子级配变化对坍落度的影响就很小了。实际中，几乎不可能出现这些特殊级配。所以，在施工中只要控制砂子细度模数稳定即可，不需要同时控制级配。同时也证明，用细度模数衡量砂子的粗细是符合实际的，是合理的。
（3）细度模数固定，级配不同的砂子，制成的混凝土抗压强度的差异不大（虽然坍落度的差异较大），其变异系数均小于表4强度试验误差，说明只要混凝土水灰比不变，砂子级配变化（及坍落度变化）对抗压强度也是没有影响的。
03
结论
（1）砂子粗细和级配对混凝土的坍落度、砂率有明显的影响，且有规律；但对强度没有影响；对抗渗性，细砂略优于粗砂。
（2）当细度模数固定，砂子级配变化对坍落度有一些影响，但剔除实际中不可能出现的特殊级配（某一级或某相邻两级含量过多的级配和间断级配）后，级配变化对坍落度的影响就很微小了。这就说明，只要控制砂子细度模数，就可保持混凝土坍落度不变，而不需同时控制级配。这也说明，细度模数是衡量砂子粗细的好指标。
（3）砂子细度模数变化在一定“范围”内（水灰比0.6时为2.0~3.0），可以调整砂子或石子用量来保持水泥用量、用水量和坍落度不变。当水灰比增大时，细度模数的“范围”将下移；水灰比减小时，细度模数的“范围”将上推，具体数值需经试验确定。细度模数大于“范围”上限的砂子拌制的混凝土饱水性差，易泌水离析；细度模数小于“范围”下限的砂子拌制的混凝土，需增加用水量和水泥用量，才能达到预定的坍落度。
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