水灰比和砂率对混凝土工作性的影响

1.水泥浆量与水泥浆稠度

水泥浆是由水泥和水拌合而成的浆体，具有流动性和可塑性，是混凝土拌合物和易性的决定性组分。在混凝土中，水泥浆填充砂子的空隙，并包裹砂粒表面组成砂浆。砂浆填充于石子空隙之间，并包裹在石子表面，使混凝土拌合物整体上具有流动性和可塑性。如果骨料颗粒之间直接接触，相互之间摩擦力较大，不易流动。所以，除必须有足够的水泥浆填充骨料的空隙外，还需要有一些富余的浆体包裹在骨料周围，使骨料颗粒之间有一定厚度的水泥浆润滑层，以减少骨料颗粒之间的摩阻力，在水泥浆稀稠程度不变的前提下，水泥浆量越多，拌合物的流动性越大。但是水泥浆量过多，骨料的含量相对减少，容易出现流浆和泌水现象，使拌合物的粘聚性和保水性变差。由于水泥用量多，不仅经济成本高，还会对混凝土的强度及耐久性产生不利的影响。所以，水泥浆量以使拌合物达到要求的流动度为宜。

水泥浆的稀稠程度决定水泥浆的粘聚力，水泥浆越稠，混凝土拌合物的流动性就越小。在水泥用量不变的情况下，水泥浆的稀稠程度是由水灰比所决定的。水灰比即混凝土用水量与水泥用量之比。水灰比越小，水泥浆越干稠，则拌合物的流动性越低，但水灰比过大，又会造成拌合物的粘聚性下降和保水性不良，产生流浆、泌水或离析现象，严重影响硬化后混凝土的性能。

水灰比是决定混凝土强度的重要因素，所以在实际工程中，水灰比是根据所要求的混凝土强度和耐久性确定的。然后流动性指标要求确定用水量，在水灰比确定的前提下，用水量越多，相应的水泥浆量越多，拌合物的流动性也就越大。因此，在进行混凝土配合比设计时，首先根据所要求的流动性指标（坍落度值或维勃稠度）来合理地确定用水量，如表5-13和表5-14所示。

表5-13　塑性混凝土的用水量　单位：kg/m3

注　本表用水量系采用中砂时的平均取值。采用细砂时，1m3混凝土用水量可增加5～10kg；采用粗砂时，则用水量可减少5～10kg，掺用各种外加剂时或掺合料时，用水量应相应调整。

表5-14　干硬性混凝土的用水量　单位：kg/m3

当流动性要求过大，例如坍落度超过140mm以上时，通常仅靠增加用水量及水泥浆量，仍不能获得所要求的流动性，或者流动性过大却难以保证粘聚性和保水性，这时可以通过掺入外加剂来明显地提高混凝土流动性，同时又不过多增加水泥浆量。

2.砂率

砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率，即

式中　Sp——砂率，％；

S——单方混凝土中砂的质量，kg；

G——单方混凝土中石子的质量，kg。

砂率影响混凝土拌合物中的砂浆含量、粗细骨料的相对含量以及骨料总的表面积，从而影响拌合物的工作性。在混凝土中，砂浆应填满石子的空隙，并把石子颗粒包裹起来。为了减小粗骨料之间的摩阻力，砂浆应在粗骨料颗粒周围形成有一定厚度的砂浆层，起润滑作用。砂率过小，混凝土中砂浆的含量不足，不能保证粗骨料之间有足够的砂浆润滑层，因此降低拌合物的流动性。同时砂率过小，骨料的总表面积小，拌合物涵养水分的能力和粘聚力变差，容易出现离析、泌水、水泥浆流失，甚至溃散等现象，严重降低拌合物的和易性。(www.xing528.com)

但是，砂率过大，细骨料含量相对增多，骨料的总表面积明显增大，包裹砂子颗粒表面的水泥浆层显得不足，砂粒之间的摩阻力增大成为混凝土拌合物流动性的主要矛盾。这时，随着砂率的增大流动性将降低。所以，在用水量及水泥用量一定的条件下，存在着一个最佳砂率（或合理砂率值），使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持粘聚性及保水性良好，如图5-8所示。

在保持流动性一定的条件下，砂率还影响混凝土中水泥的用量，如图5-9所示。当砂率过小时，必须增大水泥用量，以保证有足够的砂浆量来包裹和润滑粗骨料；当砂率过大时，也要加大水泥用量，以保证有足够的水泥浆包裹和润滑细骨料。在最佳砂率时，水泥用量最少。

图5-8　砂率与混凝土拌合物坍落度的关系

图5-9　砂率与水泥用量的关系

当混凝土中采用的粗骨料最大粒径较大、表面较光滑的卵石，以及级配良好的条件下，粗骨料的总表面积和空隙率较小，可以采用较小的砂率。当采用的砂子细度模数较小，即砂子颗粒较细时，混凝土的粘聚性容易得到保证，且砂子本身的总表面积较大，应采用较小的砂率，以保证砂率本身的流动性。当所配制的混凝土水灰比小时，拌合物比较粘稠，可采用较小的砂率。当施工要求拌合物的流动性较大时，粗骨料易产生离析，为保证粘聚性和保水性，需采用较大的砂率。考虑上述因素的影响，可根据混凝土的水灰比、粗骨料的种类、最大粒径等因素，按照表5-15的数据确定合理砂率的范围。

表5-15　混凝土的砂率　单位：％

注　1.本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率。
2.只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。
3.对薄壁构件，砂率取偏大值。

表5-15　适用于水灰比在0.4～0.7、坍落度值在10～60mm范围内的混凝土。对于坍落度超出该范围的混凝土，可在表5-15的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1％的幅度予以调整。对于水灰比超出表中范围的混凝土，可根据试验确定。对于大规模混凝土工程，需经过试验找出本工程的合理砂率，并做出砂率-流动性指标曲线。

3.水泥品种与骨料性质

与普通硅酸盐水泥相比，采用矿渣水泥、火山灰水泥的混凝土拌合物流动性较小。矿渣水泥泌水性大，所以采用矿渣水泥的混凝土容易产生离析与泌水现象。

在水灰比、用水量条件不变的条件下，采用碎石、山砂等表面粗糙、富有棱角的骨料，则混凝土的流动性差；而采用卵石、河砂等粒表面光滑、没有棱角的骨料则混凝土的流动性较好。

4.外加剂的影响

进入20世纪80年代以来，混凝土中普遍开始使用减水剂、高效减水剂、引气剂等改善混凝土流动性的化学外加剂，使混凝土在较低水灰比、较小用水量的条件下仍能获得很高的流动性。例如根据工程需要，在水灰比小于0.3的条件下，通过掺入高效减水剂可使混凝土的坍落度值达到200mm以上，这可以说是100多年来混凝土技术的突破性进展。