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确定混凝土配合比中砂石用量的新方法

目前，通常确定砂率的方法 方法主要有以下几种方法：
1）堆积确定，2）计算确定，3）经验确定[1]。工程技术人
员 在长期试验、应用的过程中逐渐积累一定的经验，而砂率
的确定方法也以经验为主。人们认可这样一个现 象：砂率的
确定是依据经验或半定量的，大小随混凝土强度等级的增加
而降低。但是，无论人们 采用哪一种方法确定砂率，都要面
对同样的问题：我们在确定砂率时最初以哪一个混凝土强度
等 级为标准呢？人们在长期的实验中，对于如何确定砂率积
累了一定的经验，但是对于毫无经验的初学者来 说，如何确
定砂率将是一个困难的问题。如今，我们面临另外一个问题：
过去的砂率确定方法是 否适用于骨料多样化以及混凝土大
流态化的今天。以往人们在设计塑性混凝土配合比采用优质
河 砂时，砂率具有一定的适用性。如今，天然优质骨料逐渐
减少，机制骨料越来越多应用在混凝土中。大多 是天然、机
制砂混合使用，砂含石率严重超标，有的已经超过35%，过
去的砂率方法已经不再 适用。
那么，是否有一种新的砂石确定方法，既可以满足工作性，
又能适应骨料的变化，同时 有利于初学者掌握？·1 方法的
提出 ·
根据大量的工程经验总结、实验室试验表明，现代 普通预拌

混凝土配合比设计中石子体积随着混凝土强度等级变化不
大，且随着混 凝土强度等级提高而增加。另外，由于混凝土
中石子体积变化范围不大，所以我们可以假设混凝土中石子
体积在很小的范围内变化，浆体体积与砂子体积呈此消彼长
状态。现代预拌混凝土用原材料中， 石子堆积标准规定混凝
土用石子表观密度大于1300kgm 3[2] ，而普通混凝土配合
比设计中石子用量一般不超过1200kgm 3 。所以，现代混
凝土中，每立方米混凝土中石子的用量在自然堆积状态下体
积小于1m 3 。根据以上总结，我们推出，现代普通预拌混
凝土中，石子呈悬浮状态，如图1 [2] 。基于以上论 证，本
论文将混凝土拌合物分为两个部分：砂浆与石子，每立方米
混凝土体积由砂浆体积与石子 体积组成，即那么，在混凝土
配合比计算过程中，首先根据胶凝材料用量与水胶比计算浆
体体积 ，然后根据混凝土强度等级与石子空隙率选择石子体
积，最后根据绝对体积法求得砂子体积。至此，混凝 土初步
配合比确定。根据大量实验总结，本论文给出混凝土配合比
设计中石子体积选择表，见表 1。本表以优质天然骨料为基
础，针对不同种类骨料时，根据注解部分进行调整。注: 1.
同 一强度等级混凝土中石子体积选择方法：石子随石子空隙
率减小而增加；2.在使用机制骨料时，体积可 在此基础上降
低0.01m 3 ；使用天然卵石时，粒径超过40mm时，体积在
此基础上降低0.01m 3 ；3.使用天然砂，如 果天然砂含石量

超过10%时，含石10%～20%时，等体积从石子中减去砂中
含石超过10%的部分，同时将砂增加等石子体积部分。20%
以上时，将砂中含石10%以上部分的 一半从石子中等体积减
去，同时在砂中等体积增加石子中减少的部分。清华大学廉
慧珍教授曾提 出“石子松堆空隙率越小，砂石比可越小
[3] ”，也就是说混凝土配合比中，在浆体体积确定后， 石子
的用量与其空隙率呈反比。即与本表注解部分第一条规定殊
途同归。·2 实验与结果分析 ·
2.1 机制骨料混凝土配合比设计2.1.1 原材料及设计步骤水
泥：金隅P.O 4 2.5；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰；矿粉：S95级；
砂：机制砂，Ⅱ区中砂，细度模数Mx=2.8，表观 密度2650kgm
3 ；石：碎石，紧密堆积空隙率为38.2%，表观密度2680kgm
3 ，减水剂：萘系减水剂，减水率15%。本组实验以机制骨
料为主，混凝土设计强度等级选 取C20、C30、C40、C50四
个等级，水胶比依次为0.48、0.45、0.38、0.32 ，胶凝材料用
量分别为350kg、370kg、423kg、473kg，具体掺合料掺量见
表2。确定浆体体积之后，根据混凝土强度等级、石子空隙
率与种类选取石子体积，计算石子质量，最后 根据绝对体积
法计算砂体积及质量，以C30为例：按表1选取石子体积，
因本实验材料所用骨 料为机制骨料，故选取石子体积时在表
1的基础上降低0.01m 3 ，C30选取石子体积为0.375m 3 ，
最终计算石子质量:C30石子质量：0.375m 3 ×2680kgm 3

=1005kg根据绝对体积法计算砂体积及质量，砂体积按式 1
计算：根据式1计算砂体积为0.312m 3 ，砂质量为：0.312m
3 ×2650kgm 3 =827kg。外加剂掺量按胶凝材料质量的2.0%
掺加，最终掺量按工作性 调整。至此，混凝土初步配合比确
定，具体配合比、工作性、强度见表2，图2、图3。其中
C 20、C40、C50等级混凝土石子体积为0.368m 3 、0.380m 3 、
0.395m 3 。2.2 天然骨料混凝土配合比设计2.2.1 原材料及
设计步骤水泥：新疆头屯河水泥P.O 42.5、P.C 32.5R，粉煤
灰：Ⅱ级粉煤灰；砂：天然河砂，Ⅱ区中砂，Mx=2.9，表观
密度2655kgm 3 。石：天然卵石，5mm～20mm：空隙率
36.6%。20mm ～40mm：空隙率40%；20mm～40mm与5mm～
20mm粒径石子按6:4混合后空隙率： 39%，表观密度
2700kgm 3 。减水剂：聚羧酸减水剂，减水率21%。本组实
验以 天然骨料为主，混凝土设计强度等级选取C25、C35、
C45、C55四个等级，水胶比依次为0. 48、0.41、0.35、0.30，
胶凝材料用量分别为350kg、398kg、448kg、4 98kg，具体掺
合料掺量见表3。确定浆体体积之后，根据混凝土强度等级、
石子空隙率与种 类选取石子体积，计算石子质量，最后根据
绝对体积法计算砂体积及质量，以C35为例。按表1选取石
子体积，因本实验材料所用骨料为天然卵石，且粒径超过
40mm，故选取石子体积时在表1的 基础上降低0.01m 3 ，
C35选取石子体积为0.378m 3 ，最终计算石子质量：0.378m

3 ×2700kgm 3 =1020kg根据绝对体积法计算砂体积及质
量，按式1计算砂体积为0.315m 3 ，砂质量为：0.315m 3 ×
2655kgm 3 =837kg，外加剂掺量按胶凝材料的0. 85%掺，最
终掺量按工作性调整。至此，混凝土初步配合比确定，具体
配合比、工作性、强度 见表3，图4、5。其中C25、C45等
级混凝土石子体积最终为0.370m 3 、0.385m 3 。C55等级
混凝土用石子粒径为5mm～20mm，故体积不需要调整，取
0.400m 3 。注：C25、C35用水泥为P.C 32.5R，C45、C55
用水泥为P.O 42.5。2.3 生产验证2.3.1 原材料与试验步骤在
大量实验的基础上，本方法原材料、结构 部位进行工程实际
验证。原材料：水泥：P.O 42.5、P.C 32.5R，粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰；砂：天然河砂，Mx=3.4，Ⅰ区粗砂，含泥量3.1%，
含石量28%，表观密度265 5kgm 3 。石：天然卵石，5mm～
20mm：空隙率36.6%。20mm～40mm：空隙率 40%，针片
状含量5%，超40mm石子5%。减水剂：减水率21%。调整
石子体积：由于 本次试验所用天然砂含石量超过10%，故需
要在按表1确定砂石用量基础上对砂石用量进行调整。砂中
包含的石子部分粒径为5mm～10mm，故仅需调整5mm～
20mm粒径石子，按表1规定 ，从中减去砂中含石超过10%
以上的一半体积。以C30为例，首先确定水胶比为0.48，胶
凝材料用量为350kg，具体掺合料掺量见表6。确定浆体体
积后，根据表1选择石子体积为，具体 步骤如下：1）初步

确定砂石用量，根据表1选取石子体积为0.370m 3 ，质量
1000g；其中5mm～20mm粒径石子400g，20mm～40mm粒
径600g，浆 体体积为0.301m 3 。按式1计算砂体积为0.319m
3 ，砂质量为：
0.319m 3×2655kgm 3 =848kg。2）调整石子体积：从5mm～
20 mm粒径石子中减去砂含石超过10%以上的一半部分。因
为砂含石量为28%，超过10%的部分为1 8%，从石子中减去
18%的一半，同时在砂中等体积增加石子中减少的部分。小
石子最终用量 为：400-[（848×9%）2655]×2700=314kg砂
最终用量为：848+[（40 0-314）2700]×2655=932kg最终砂
石用量为：砂：932kg，5mm～20mm 粒径石子：314kg，20mm～
40mm粒径石子600kg，调整前后骨料变化见表4、图5。表
5中砂与5mm～20mm粒径石子调整以等体积调整为原则，
20mm～40mm粒径石子无 变化。其余等级混凝土砂石调整步
骤与C25等级混凝土相同，此处无需再详解。最终混凝土配
合比见表6。部分现场图见图6、图7。注：C35以下等级用
水泥为P.C 32.5R，C40以上用水泥为P.O 42.5。2.4 结果分
析从三组试验结果分析，本次试验 的主要目的是验证新方法
的适用性，从不同种类的骨料出发，针对不同骨料情况进行
试验分析。 第一组试验中使用的骨料均为机制骨料，根据表
1选择石子体积时进行适当调整的原因为，由于机制骨料 的
表面特征对于混凝土新拌合物的工作性有不利的影响，故在

选择石子体积时， 相对于天然骨料降低0.01m 3 ，等体积提
高砂体积有利于其工作性。第二组试验用骨料为天然骨 料，
其中石子的粒径超过40mm，调整石子体积的主要原因同样
为对混凝土新拌合物工作性的 影响。第三组试验主要针对细
度模数较大或含石量较高的粗砂，调整方法为降低石子体
积，增加 砂浆体积，调整过程中，胶凝材料体积不变，即传
统调整砂率的方法。另外，按本方法进行混凝土配合比 设计
时，确定石子体积后，根据和新拌合物工作性砂浆包裹石子
情况进行调整，如果包裹情况良 好，无石子明显裸露现象时，
工作性根据减水剂调整。有石子明显裸露现象时，调整石子
体积。 在针对不同骨料情况时，本方法提出不同的调整方法，
试验结果及生产验证结果证明本方法简单易懂、容 易操作。
结论（1）本文提出的确定砂石用量的方法，针对不同原材
的应用及调整符合实际。（ 2）本方法思路简单明确，可操作
性强，给工作人员提供给一种新的思路，工程中具有应用前
景 。（3）本方法解决了以往工作人员选择砂率时的误区，同
时解决了确定砂率的不能准确定量的问题。