调整混凝土砂率不是一件简单的事

砂率就是指在混凝土配合比当中每方混凝土中砂子的用量占砂子和碎石（集料）总数的百分比。每个配比只有在合适的砂率下，混凝土才能达到理想的性能。砂率作为混凝土配合比中的一个重要参数，在混凝土配合比设计时，时常需要调整砂率来改变混凝土的性能，以达到设计目标。混凝土生产过程中调整砂率也是一种常见的技术手段，同时也是稳定混凝土性能的要求。例如，粗骨料级配引起其空隙率发生变化需要调整砂率，细骨料细度模数和级配变化需要调整砂率，混凝土拌合物粘聚性、保水性、流动性不满足设计要求也常常采用调整砂率或附加别的技术手段，以获得满意的工作性。由此可见砂率在生产过程中十分重要，如何调整好砂率，更好地服务混凝土生产，就要求我们不但要理解为什么要调整砂率，也要知道砂率的改变会带来哪些影响。这就是所谓的“知其然也要知其所以然”。

要了解砂率的重要作用，首先要明白砂率中粗、细骨料的各自作用，即细骨料砂填充粗骨料石子间的空隙，使浆体不变的情况下，混凝土拌合物获得最优工作性能。如图1所示，在没有砂填充时粗骨料的空隙较多，随着细骨料（砂率）的增加，细骨料首先填充到粗骨料空隙中，细骨料（砂率）增加粗骨料总量减少（即使粗骨料不变在填充作用下），骨料的空隙率也逐渐减少，当细骨料（砂率）超过最佳点（即空隙率最小时），再继续增加细骨料（砂率），细骨料颗粒挤开粗骨料颗粒使空隙率逐渐增加。从砂率改变骨料总体空隙率的角度来说，混凝土配合比中存在一个最佳砂率。    

同时从图1也能清晰地看出，细骨料的比表面积大于粗骨料的比表面积，随着细骨料（砂率）的增加，骨料的总表面积逐渐增加。

若将混凝土拌合物看做浆体和骨料两大部分组成，其工作性性能主要受水泥浆体厚度和浆体与骨料颗粒的摩擦力影响，如图2所示。其中浆体有两个作用：一部分是填充作用，填充骨料空隙，一部分是富裕浆体用于包裹骨料表面，使拌合物获得流动性。砂率大，则骨料的空隙率和总表面积增大，如果浆体不变，那么就不会有足够的浆体包裹沙粒形成润滑作用，以至于影响混凝土的流动性。同理，砂率小，则不会有足够的砂浆填充在粗骨料间，从而影响混凝土的和易性。砂率对混凝土的和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响水泥用量，故应尽可能选用最优砂率。因此，在其他材料用量不变的情况下，最佳砂率的确定在配合比中尤其重要。

混凝土拌合物要获得满意的工作性，就需要浆体包裹在骨料表面以降低骨料间的摩擦力，即骨料表面浆体越高，浆体的润滑作用越好，骨料间摩擦力越低，越利于混凝土拌合物的流动。从上文分析可以看出，骨料无论采用何种砂率，总有骨料空隙的存在，即浆体需要先填充骨料间的空隙，再利用富裕的浆体包裹在骨料表面。填充骨料间空隙后剩余浆体越多，包裹在骨料表面浆体越后流动性越好。因此，采用合理的砂率是获得较低骨料总空隙率的手段，才能富裕较多的浆体。当然，包裹在骨料表面浆体的厚度不仅仅受骨料空隙率的影响，同时也受骨料的总比表面积影响。骨料总空隙较低，总比表面积又不大是砂率调整的主要目标，保障混凝土拌合物的工作性最佳。随着砂率的变化，骨料空隙率先降低后增加，而随着砂率增加骨料总比表面积一直增加，从分析也可以解释，混凝土拌合物的工作性先变好后变差，存在一个最佳砂率，即当超过某一数值时继续增大砂率混凝土的流动性则出现下降的情况。提高砂率带来的是细骨料的总比表面积增加，需要更多的浆体去包裹砂，如果没有足够的浆体，提高混凝土的砂率反而会使混凝土的工作性能下降，这也是砂率提高到一定程度后坍落度又下降的原因。最佳砂率并不是固定不变的，与混凝土所用骨料的级配、粒径以及浆体多少，混凝土拌合物的目标坍落度有关，试验确定最佳砂率是十分有效的手段。    

砂率的调整，也会引起用水量或者外加剂用量的变化。随着砂率的增加，骨料比表面积的增加，吸附在骨料表面外加剂及水的量也会增加。如生产中使用的细骨料砂的饱和面干吸水率约为2%，而粗骨料的饱和面干吸水率不足1%，砂率变化1%，骨料表面吸水量变化1～2kg。为了保持混凝土拌合物状态不变，改变砂率的同时，需要辅以调整外加剂用量。随着砂率增加或砂变细，砂的比表面积增大，则需水量增加，因试验是保持相同水胶比和相近坍落度进行的，所以随着砂率增加或砂细度模数的降低，减水剂掺量增加。    

在混凝土体系中，水胶比是影响混凝土强度和耐久性的主要因素，砂率对混凝土抗压强度也有影响，虽然不如水胶比那样影响直接。一般来说，随着砂率的增加，混凝土强度先增加后降低。一方面随着砂率的增加，骨料的空隙率先降低后增加，从而影响了混凝土的力学性能，当砂率超过最佳值后空隙率增加，对混凝土的强度也产生不利的影响。从图2可以直观看出骨料空隙率越低，混凝土浆体填充越密实，混凝土强度越高。细骨料填充粗骨料的空隙使空隙减小，水化产物容易将空隙填满。另一方面随着砂率增大，骨料的表面积随之增大，包裹在骨料面积的水泥浆减少，骨料的界面过渡区粘结强度降低，混凝土强度下降。这也是砂率调整对混凝土强度及耐久性影响的主要原因。在相同砂细度模数下，混凝土的28d强度均是随砂率的增加而降低的，从堆积与填充角度分析，过高的砂率对混凝土强度不利。混凝土砂率较高时，砂浆的润滑作用降低，混凝土包裹性差，骨料间的黏结差，混凝土强度降低。所以在用水量和胶凝材料用量一定的情况下应通过试验确定合理的砂率值，合理的砂率不但能使混凝土流动性、泵送性能良好，而且可使混凝土的空隙率最小，密实度最大，从而提高混凝土强度以及混凝土的抗渗性、耐久性等长期性能。

影响最佳砂率的因素主要有这么几点：    

（1）粗骨料的品种。一般说来，粗骨料表面粗糙，骨料表面之间摩擦力较大，需要较大的砂率来降低颗粒间摩擦力，因此采用碎石的砂率比采用卵石的砂率选取偏大2%左右。

（2）细骨料的粗细及级配。细骨料由于细粒较多如果级配再良好，则混凝土凝土拌合物的粘聚性及保水性就能容易得到保证，故采用细砂时砂率选取相对来说要较小。

（3）粗骨料的粒径。粗骨粒径越大，骨料表比面积越小，空隙率也越小，因此砂率选取也较小。

（4）水灰比及水泥用量。当混凝土配合比选用水胶比较小时，胶凝材料用量较多，就有足够的浆体保证混凝土粘聚性及保水性，此时砂率选取就要较小。

（5）施工工艺。当干硬性混凝土施工时由于不需要混凝土有良好的流动性故配合比选取的砂率相对较小；当采用泵送或大流动性混凝土时，为了保证混凝土的工作性能就必须要加大流动性就要采取较大的砂率来保证。