1引言

砂率指混凝土中砂的用量占砂、石總用量的百分率，是混凝土配合比設計三個基本參數之一。砂、石總用量為混凝土骨料用量。骨料用量的多少及砂率的大小直接影響混凝土的性能。縱觀不同性能的普通混凝土，雖然膠凝材料用量及水膠比有大的差異，但骨料用量占混凝土體積量基本保持在70％~80％左右或以上。如此大的骨料用量，對節約膠凝材料、提高混凝土體積穩定性(限制收縮與徐變)和耐磨性等起至關重要的作用。亦即，混凝土中的骨料用量維持在較高的水平，是有利的，也是研究者所追求的。然而，將骨料用量盡可能維持在較高的水平，只是選擇骨料的技術手段之一。骨料中砂石用量關系(用砂率表示)決定骨料總體的級配、空隙率、總表面積、骨架作用等。

合理的砂率，骨料總體級配好、空隙率小，能賦予混凝土更好的和易性與節約膠凝材料漿進而提高混凝土的體積穩定性；合理的砂率，能賦予骨料與水泥石恰如其分的膠結面，提高混凝土強度。因此，砂率對混凝土的性能及經濟性十分重要。特殊施工方法的自密實混凝土、噴射混凝土等砂率選擇有其特殊性，應按相應的規則進行選擇。本文只述及適用于坍落度為10～60mm的低塑性、塑性混凝土的幾種砂率的選擇方法，并指出各自優缺點。

2合理砂率的選擇方法

2.1試驗法

2.1.1試驗法的基本方法

普通混凝土配合比設計時，由混凝土設計強度與耐久性要求確定初步水膠比；由混凝土拌合物設計和易性根據“恒定用水量法則”按查表法或根據經驗確定初步用水量。試驗探求合理砂率時，水膠比采用初步水膠比、用水量采用初步用水量，再根據經驗選擇至少五組以上的砂率(砂率組距可取0.8％～1.0％)，拌制成拌合物，測出每組拌合物的和易性。

繪制砂率與坍落度的關系曲線(見圖1，.曲線的虛線部分表示拌合物粘聚性、保水性差)。從圖1中定出拌合物粘聚性、保水性好，坍落度最大所對應的砂率，即為合理砂率。若圖1中合理砂率所對應的坍落度小于坍落度設計值，則將合理砂率適當減小(通常減小不大于1個組距)(將圖1的合理砂率適當左移)，以降低砂率獲得坍落度的提高：若合理砂率所對應的坍落度大于設計值，則將合理砂率適當增大(將合理砂率適當右移)或減少膠凝材料漿用量以節約膠凝材料。

2.1.2試驗法的優缺點

試驗是研究混凝土技術的基本方法。采用混凝土的原材料，利用試驗方法獲得的合理砂率，涵蓋了原材料性能對合理砂率選擇的影響因素，獲得的合理砂率可直接用于混凝土配合比設計，適用性強，這是試驗法最顯著的優點。同時，根據確定合理砂率的試驗，可掌握應用具體原材料時砂率對混凝土性能(這里主要指和易性)的影響規律，在混凝土性能檢驗與調整時可利用該規律調整砂率以最終滿足混凝土的性能。缺點是：比較麻煩，且應注意每次試驗時原材料取樣的代表性、稱量的準確性、操作的規范性與一致性，否則，試驗結果的重復性和再現性差。

2.2查表法

2.2.1查表選擇砂率

JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》中，當已知混凝土的水膠比與石子的最火公稱粒徑，可由表1查得合理砂率。表1揭示了水膠比、石子最大公稱粒徑影響合理砂率選擇的規律性，對于實踐經驗較少的人員，該表具有很好的導向作用。

表1只給出了查合理砂率的兩項約束條件(水膠比與石子的最大公稱粒徑)，理論上，按兩項約束條件查得的合理砂率不會因人而異(取區間值的中間值)。但儀按兩項約束條件查得的合理砂率配制混凝土，會發現混凝土的性能并非能達到預期的技術經濟效果。究其原因，兩項約束條件只是影響合理砂率選擇的主要因素，其背后還隱藏著豐富的影響因子。對于骨料而言，約束條件石子的最大公稱粒徑只是影響合理砂率的主要因素之一，砂石骨料的粒形、表面狀態、級配、細粉含量、含泥量都影響合理砂率的選擇。

砂石骨料的粒形接近球形、少棱角、表面致密光滑、針片狀顆粒含量少、級配良好，合理砂率可選表1中區間值的下限值或略低于下限值，以獲得混凝土的經濟性；反之，可取上限值或略高于上限值，以獲得混凝土的技術性。水膠比影響砂率的選擇，水泥與摻合料的品種、摻合料的摻量、膠凝材料的整體細度與級配也影響合理砂率的選擇。采用普通水泥或礦渣水泥、摻入具有減水作用的粉煤灰作為摻合料、摻合料的摻量適當，砂率可靠近區間值的下限值選取2.2.2查表選擇砂率的優缺點顯然，查表法的優點是：直觀、明了、簡單，可為混凝土初步(理論)配合比設計時提供初選砂率，也可為試驗法等其它方法提供砂率的大致選擇范圍，以減少試驗法等選擇砂率的盲目性。查表法的缺點已在上述內容中涵蓋，不重復。

2.3計算法

2.3.1砂率計算公式的推導

根據“填充包裹原理”即可計算合理砂率。設滿足混凝土填充包裹要求砂用量為m_s，石子用量為m_g，由混凝士.填充包裹原理”可得：

2.3.2計算法的優缺點

計算法的優點是：按“砂石填充包裹原理”計算合理砂率理論較嚴謹；計算法間接地考慮了砂石的整體級配，比查表法顯得優越；計算法所涉及的砂石性能參數也不多，簡便易行；從計算法的原理與合理砂率推導過程來看，合理砂率與混凝土的水膠比、石子最大公稱粒徑等無關，也未涉及到砂石的粒形、級配等性能，計算法適用性廣。但用計算得到的砂率配制混凝土也非十全十美，說明計算法也有自身的缺點，表現在：“砂石填充包裹原理”僅考慮了混凝土各組成材料的填充包裹要求，顯然這是必需的，但未考慮為獲得混凝土設計要求的技術經濟性，砂率與水膠比、砂率與石子最大公稱粒徑、砂率與砂石級配、砂率與砂石細粉(通常指粒徑小于160um)含量等對混凝土性能影響的聯動性，這是計算法的最大缺點；撥開系數K的取值也是人為的，經驗性強，其取值大小直接決定計算所得砂率是否合理；同一砂石，即使在完全相同的試驗條件下，由于單個砂石粒形的多樣性及粒徑分布非均勻性等原因，不同試驗中砂石的嵌固、填充效果不一樣，使得按JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》測得的砂石堆積密度測定值有偏差，進而使得計算得到的合理砂率有偏頗。

2.4砂石整體級配法

2.4.1砂石整體級配法選擇合理砂率的基本思路

在技術規程或標準中，沒有“砂石整體級配法”這個術語，是筆者姑且的稱法。一些技術人員往往僅強調砂、石各自的級配，而忽視了砂、石混合料的整體級配。實際上，考慮到混凝土的經濟性和體積穩定性，需要用少量膠凝材料漿把盡可能多的粗、細骨料顆?？障短畛洳⑺鼈冋辰Y在一起，這意味著骨料應具有從砂到石子的連續分布的顆粒群，以減少混合后的空隙。亦即，混凝土除需考慮粗、細骨料獨自的級配外，還應考慮粗、細骨料整體的級配。

砂石整體級配法計算合理砂率的基本思想是：砂石混合料堆積密度最人時砂石混合料的整體級配最好。具體做法是：①根據混凝士設計的和易性、強度等，結合砂石的性能檢測指標，初步經驗選取5組以上的砂率值；②將每組砂率換算成砂石比；③按砂石比將砂石混合均勻，測出砂石混合料的堆積密度；④繪制砂率(砂石比)與砂石混合料堆積密度關系曲線(圖2)；⑤從關系曲線上找出堆積密度最大所對應的砂率(砂石比，即為合理砂率。

砂石混合不均勻會導致砂石整體級配失真，因此，砂石整體級配法的關鍵是將砂石混合均勻。試驗發現，若將砂石混合料直接在鋼板上混合，會出現砂沉底現象導致混合不均勻，用鐵鏟裝料時鐵鏟周圍會出現流砂現象也會導致混合不均勻。同時還發現，砂石混合料越少，砂石分離沉底現象越嚴重。這些現象致使測得的砂石堆積密度重現性差。為使砂石混合盡量均勻，以用砂石混合料的堆積密度反映砂石的整體級配，我們采用如下的混合裝料方法：①采用30L的容量筒(內徑360mm、凈高H=294mm)，稱空筒的重量，記為G0并將容量筒固定在混凝土振動臺上；②將砂石料分三層裝入稱容量筒。裝第一層時，先稱取小于10L(約7L)石予的重量，再按砂石比稱取砂，將砂石交替倒入容量筒，并用鏝刀將砂石稍稍翻拌，開動振動臺，振30S；再如法裝第二層與第三層(第二、三層只翻拌本層混合料)；③第三層振畢后，仔細整平表面，量取砂石表面距筒頂的距離h；④稱筒與混合料的重量，計為G1；⑤.按式(5)計算砂石混合料的堆積密度ρ_混。

采用以上砂石混合料裝料方法，減弱了混合不均勻導致砂石整體級配失真的影響，且混合料的堆積密度重現性較好。

從圖2看出，砂率小于合理砂率時，隨砂率增人，砂石混合料堆積密度增大，.當砂率增大至合理砂率值時，堆積密度達大到最火值；砂率人于合理砂率值增大時，堆積密度變化微小。亦即砂率有“飽和點”現象，合理砂率即為“飽和點”?？梢赃@樣理解，合理砂率時，砂剛好填滿石子的空隙，使石子空隙達到“飽和狀態”。理論上，按合理砂率將砂石混合，砂石混合料整體級配最優，填充其所需的膠凝材料漿最少，骨架作用也越強。然而，混凝土的形成既需各組成材料的相互填充，還需相互包裹。砂漿除填滿石子的空隙外，還需在石子表面形成足夠的砂漿層，以賦予混凝士拌合物的流動性與膠結性。因此，按合理砂率拌制混凝士，拌合物流動性小、干澀、離析，現場試拌的試驗結果也證實了這種現象。為獲得較好的和易性，通常在合理砂率的基礎上結合砂石性能情況再增加約5％～8％。比如，合理砂率為29.3％，可取29.3％+6％=35.3%

2.4.2砂石整體級配法選擇砂率的優缺點

砂石整體級配法的最大優點，就是考慮了砂石混合料的整體級配，它克服了儀單獨考慮砂石各自級配的某些缺點，將砂石級配銜接起來，同時為砂石級配與膠凝材料級配的銜接起橋梁作用。關于它的其它優點及缺點，類似于計算法。

3合理砂率選擇方法的適宜條件

相比較而言，查表法適合于砂石級配良好(特別是石子)時選擇合理砂率；其它方法不管砂石級配是否良好都可用于選擇合理砂率。以上的選擇合理砂率方法，都有自身的優缺點，在使用時，可根據混凝.土原材料情況、混凝土設計性能要求，彌補缺點、發揮優點。

4結倍

(1)介紹的幾種合理砂率選擇方法均可用于混凝土配合比設計。應用時，應揚長避短，綜合考慮影響合理砂率選擇的因素，較準確地選擇合理砂率，以達到混凝土的技術經濟性?；炷良夹g的試驗與實踐性強，無論采用何種方法選擇合理砂率，最終需進行現場試拌檢驗與調整。

(2)涉及到合理砂率選擇的邊界條件十分復雜，原材料的性能、混凝土的設計性能、操作的熟料程度、甚至外界溫濕度等條件都影響合理砂率的選擇，加之影響合理砂率選擇的條件經常在變化且相互制約，使合理砂率的選擇在遵循一定的基本方法外還需依賴豐富的實踐經驗。

(3)各種合理砂率的選擇方法并非相互獨立。比如，可用查表法、計算法獲得的合理砂率為試驗法、砂石整體級配法提供砂率的選擇基準，試驗法、砂石整體級配法也可反過來驗證查表法、計算法的準確性。

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