两个概念区分
孔隙率是材料中孔隙体积占总体积的比例，材料的孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，从而反映混凝土的抗渗性能。是针对单一的某种材料而言。
空隙率是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。相比孔隙率，空隙率不是指某单一材料，它指的某堆积体积中可能包含多种材料，可以是多种材料颗粒之间的空隙。
01
关于砂率与孔隙率
首先认清一点，混凝土中的0-5（单位当然应该是mm）的“石子”不叫石子，叫砂子，亦或细集料。大于5mm的才能称为石子，在这点上全世界的标准规定的都一样。 按照混凝土的孔隙率学说，混凝土越是级配合理，孔隙率越小，强度越高。
泵送混凝土砂率比空隙率高。但具体砂率要依据工程要求坍落度流动性来确定。石头大小不完全决定砂率，主要看级配合理不合理，空隙大，砂率要大。
通常来说，砂的表观密度不得小于2500kg/m3，松散密度不得小于1400kg/m3，空隙率不得大于44%。砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。
02
关于密实度与空隙率
混凝土配合比的最终目的是水泥用量最小而又能达到目标强度。因此必需使得混凝土尽量的密实，而达到最好密实度的原则是最细的颗粒满满包围较细颗粒，用包围好了的组成物又去满满包围小颗粒，裹着包围物的浆体又去满满包围较大的颗粒，直至包满粗骨料，使得所有的空隙被填充。假如砂石的颗粒级配不连续，其空隙体积就会太大，不但要浪费水泥，而且还有可能留下空隙存在于混凝土中。这样的混凝土构件必定强度更差。
一般如果确定了石子的孔隙率，就能确定沙子的用量了。做下石子的孔隙率，一般会在41%左右，这样的话， 砂率选择就大一点，一般在43左右。石的表观密度不得小于2600kg/m3，1类碎石空隙率不得大于43%，2类碎石空隙率不得大于45%，3类碎石空隙率不得大于47%。
03
确定空隙率时要综合考虑配比
在配比设计中，混凝土配比的容重与表观密度有关。堆积密度主要影响混凝土配比设计中砂率的确定。空隙率=堆积密度/表观密度。石子的空隙率越大，砂率越大，反之亦然。同理，砂子的空隙率越大，需要的胶凝材料就越多。这样才能保证混凝土的和易性。
说的空隙率，不能把它脱离整个配比环境单独说。通常在配合比中的砂石比，以一定浆骨比（或骨料总量）下的砂率表示。对级配良好的石子，砂率的选择以石子松堆空隙率与砂的松堆空隙率乘积为 0.16~0.2 为宜。
一般，泵送混凝土砂率不宜小于 36%，并不宜大于 45%。为此应充分重视石子的级配，以不同粒径的两级配或三级配后松堆空隙率不大于 42%为宜。石子松堆空隙率越小，砂石比可越小。在水胶比和浆骨比一定的条件下，砂石比的变动主要可影响施工性和变形性质，对硬化后的强度也会有所影响（在一定范围内，砂率小的，强度稍低，弹性模量稍大，开裂敏感性较低，拌和物黏聚性稍差，反之则相反）。
确定配合比的原则
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（1）按具体工程提供的《混凝土技术要求》选择原材料和配合比。
（2）注重骨料级配和粒形，按最大松堆密度法优化级配骨料，但级配后空隙率应不大于 42%。
（3）按最小浆骨比（即最小用水量或胶凝材料总量）原则，尽量减小浆骨比，根据混凝土强度等级和最小胶凝材料总量的原则确定浆骨（体积）比，按选定的浆骨比得到 1 m3 混凝土拌和物浆体体积和骨料体积；计算骨料体积所使用的密度应当是饱和面干状态下所测定的。
（4）按施工性要求选择砂石比，按《混凝土技术要求》中的混凝土目标性能确定矿物掺和料掺量和水胶比。
（5）分别按绝对体积法用浆体体积计算胶凝材料总量和用水量；用骨料体积计算砂、石用量。调整水胶比时，保持浆体体积不变。
（6）根据工程特点和技术要求选择合适的外加剂，用高效减水剂掺量调整拌和物的施工性。
（7）由于水泥接触水时就开始水化，拌和物的实际密实体积略小于各材料密度之和，则当未掺入引气剂时，可不考虑搅拌时掺入约 1%的空气。
在试配时，对于砂石的选用应该考虑到以下综合指标。对于石子，要先后考虑到品种、饱和面状态的表观密度、松堆密度、石子最大粒径、级配的比例和级配后的空隙率。对于砂子，要筛除 5 mm 以上颗粒后的细度模数、5 mm 以上颗粒含量、饱和面状态的表观密度、自然堆积密度、空隙率。
砂的颗粒的总表面积要小，在其他条件都考虑到的条件下，砂尽可能粗些。砂的颗粒级配要良好，颗粒级配是指粒径大小不同的砂相互搭配的情况。砂颗粒间大小搭配合理，达到逐级填充，减小空隙率，以实现尽可能高的密实度。用级配良好的砂配制混凝土，不仅空隙率小节约水泥，而且因水泥的用量减小，水泥石含量少，混凝土的密实度提高，从而强度和耐久性得以加强。在混凝土中，水泥浆是通过骨料颗粒表面来实现有效粘结的，骨料的总表面积越小，水泥越节约。
04
关于空隙率的分析
如考虑不透水混凝土的情况。因水分子的直径是 0.4 nm，要想使水在孔隙中不流动，假定需要的孔隙尺寸应小于 5 倍水分子直径（即 2 nm）的话，那么，要想使混凝土变得不透水，根据情况可以推断，加入如硅粉类的超细颗粒材料，将会使混凝土的配制变得更加容易。当然，只有综合考虑了不同颗粒间的相互作用，不同尺寸范围孔隙间的填充方法，考虑了界面和过渡区，建立起多尺寸范围颗粒堆积体的科学模型和分析方法后，才能真正用于混凝土的配合比设计和孔结构分析。
考虑颗粒堆积体系在自重作用下达到密实，用 PFC3D 软件模拟颗粒堆积体，同时计算其孔隙率，通过所建立的方法近似计算颗粒堆积体孔隙的连通性，在研究颗粒体系的粒径范围内（最大与最小粒径的比值小于 16），计算结果表明：
（1）球形颗粒在重力作用下堆积体系的孔隙率大约在 20%~ 45%之间。
（2）符合 Fuller 粒径分布曲线的颗粒堆积体具有相对低的孔隙率。
（3）颗粒形状对堆积体系的孔隙率有影响，球形颗粒能够得到孔隙率较低的堆积体。
（4）模拟颗粒堆积体的孔隙连通性接近 100%。
（5）要想使混凝土变得不透水，在混凝土中掺入超细颗粒（纳米量级）材料将更容易实现。
05
砂石密度孔隙率试验操作步骤及注意事项
通过对砂石表观密度、堆积密度的测定，计算出砂石的孔隙率及空隙率，从而了解材料的构造特征，便于试配出最佳状态。
一、实验仪器
1、测定砂的表观密度：
容量瓶法：容量瓶（500mL），电子秤、铝制料勺、浅盘、滴管等。
2、测定石子的表观密度：
广口瓶法：广口瓶、玻璃片、天平、浅盘、毛巾、电子秤等。
液体比重天平法：静水天平、配套器具、烘箱等。
3、测定砂松堆密度：下料漏斗、标准容器、台秤等。
4、测定石松堆密度：标准容器、小铲、台秤等。
二、实验操作
（一）砂表观密度
1、称取烘干砂300g。
2、在容量瓶内注入水至瓶颈刻度线，擦干瓶外水分，称其质量。
3、倒出容量瓶内部分水，剩余至约球部高度的1/3。将300g砂全装入容量瓶，倾斜约45度摇转容量瓶，使试样在水中充分搅动（排除气泡）。静置一段时间后用滴管添水至瓶颈刻度线，擦干瓶外水分，称其质量。
（二）石子的表观密度（广口瓶法）
1、称取烘干石。
2、将水注满广口瓶，用玻璃片封住瓶口，擦干瓶外水分后称其质量。
3、倒出广口瓶内水约1/2，倾斜放置广口瓶，将石装入其中。然后注满水，用玻璃片覆盖瓶口，以上下左右摇晃的方法排除气泡。再静置一段时间，将水注满广口瓶，用玻璃片封住瓶口，擦干瓶外水分，称其质量。
（三）石子的表观密度（液体比重天平法）
1、称取烘干石。
2、将干石装入吊篮，并浸入生水容器，同时上下升降吊篮排除气泡。
3、调整好容器中水的高度后，称量出吊篮及石子在水中的质量。
4、调整好容器中水的高度后，称量出吊篮在水中的质量。
5、测量水温。
（四）堆积密度实验
1、砂松散堆积密度
（1）称取标准容器的质量，测定标准容器的体积 (V)。将标准容器置于下料漏斗下面，使下料漏斗对正中心。
（2）用铝制料勺将试样装入下料漏斗，打开活动门，使试样徐徐落入标准容器直至试样装满并超出标准容器筒口，移开漏斗。
（3）用直尺将多余的试样沿筒口中心线向相反方向刮平，称其质量。
2、石松散堆积密度
（1）称取标准容器的质量及测定标准容器的体积(V)。
（2）取一份试样，用小铲将试样从容量筒上方50mm处加入，至容器上部试样呈锥体且四周溢满时。
（3）使表面凸起部分体积和凹陷部分体积大致相等，称取总质量。
三、数据处理
（一）砂表观密度
1、按公式计算砂的表观密度，精确至10kg/m3。
不同水温对砂的表观密度影响的修正系数如下对应：
水温/℃：15、 16 、17、 18、 19、 20、 21、 22 、23、 24 、25
0.002、 0.003、 0.003、 0.004、 0.004、 0.005、 0.005、 0.006、 0.006、 0.007 、0.008
2、以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3 ，否则重做。
（二）石表观密度
1、计算石子的表观密度，精确至10kg/m3。
不同水温对砂的表观密度影响的修正系数2、以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3 ，否则重做。对于颗粒材质不均匀的材料，两次测定结果差值若大于该值，可取4次试验结果的算术平均值。
（三）堆积密度试验
1、砂松散堆积密度
（1）计算试样的散堆积密度，精确至10kg/m3。
（2）以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果，精确至10kg/m3。
2、石子松散堆积密度试验
（1）计算试样的松散堆积密度，精确至10kg/m3。
（2）以两次试验结果的算术平均值作为最后结果。
（四）空隙率
1、空隙率，精确至1％。
注意公式中 ρ1——材料的松散堆积密度；ρ2——材料的表观密度。
2、以两次试验结果的算术平均值作为最后结果。
四、实验注意事项
1、砂表观密度试验时：
1）加砂后应将粘在容量瓶颈内壁冲洗进容量瓶。
2）水 砂 瓶和水 砂两次称量注意瓶塞。
3）赶气泡时间尽量延长，5min以上。
2、石表观密度试验时：
1）加石时应将广口瓶倾斜。
2）水应加到瓶口高出，盖玻璃板应水平推移。
3）升降吊篮排除气泡时，石子不得露出液面。
3、砂堆积密度试验时：注意不要振动容器筒。
4、实验的步骤和方法与标准方法中有所差异。《建设用砂》GB/T14684标准中，测定砂表观密度，水温应在15~25℃，砂 水 容量瓶的质量要静置 24小时后进行称量。《建设用卵石、碎石》GB/T14685标准中，测定石子表观密度，水温应在15~25℃，石子和吊篮在水中的质量要静置24小时后进行称量。
06
实例分析
（1）原材料的选取
水泥：常州金坛盘固水泥集团生产的盘固牌P.042.5级水泥。其理化性能见表1。
粉煤灰：镇江谏壁电厂生产的华源牌Ⅰ级粉煤灰。其理化性能见表2。
砂：产地江西赣江，细度模数2.2，2.6，2.9三种，含泥量均＜1.0%。
碎石：浙江湖州花岗岩；粒径5mm～16mm，5mm～25mm偏粗两种规格，含泥量0.4%，压碎值6. 7%。
外加剂：江苏博特新材料有限公司产JM-9高效缓凝减水剂。其性能见表3。
（2）试验内容
混凝土的工作性也称为和易性，是指砼拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的砼的性能。它是一项综合技术性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面。所谓的拌合物和易性良 好，就是使这三方面的性能，在某种具体条件下得到统一，达到均为良好的状况。
以下试验就是从工作性、强度、抗渗性等角度出发，来简要阐明骨料孔隙率对混凝土性能的 影响。
试验固定其他因素，以最常用的C30泵送砼为基准配合比：
以此材料配制的混凝土工作性、强度如下：
（3） 试验结果及分析
从以上结果可以看出，骨料孔隙率对混凝土工作性的影响很明显，第3、4、5组混凝土基本 无法泵送施工；对混凝土强度的影响最大也达到5MPa，说明骨料孔隙率应当在配合比设计时作为重要参数加以分析；对混凝土抗渗强度影响非常明显，最大和最小值相差一倍以上。仔细分析坍落度和强度数据，还可得到几点规律：
① 砂的细度模数越小，混凝土强度越低，但砂的细度过粗导致混凝土离析时强度明显下 降；
② 碎石的级配明显影响骨料孔隙率，单级配时强度提高，但工作性很差；
③ 孔隙率最小时，工作性和强度达到最佳平衡点；
④ 骨料孔隙率越小，抗渗等级越大。
（4） 结语
骨料空隙率大小，反映了骨料各个粒级的搭配情况。连续粒级时，混凝土工作性好，拌合物均匀，抗渗等级就高，这和以往人们认为骨料比表面积越小，抗渗等级越高不同，由此说明在混凝土设计时不应仅仅考虑理论规律，更应根据试验调整配合比达到最佳的工作性，使拌合物均匀，没有捷径，空隙率和孔隙率的把控也是从试配中来，没有哪家的秘方是最好的，只有你的是不是最合适的。这才是使混凝土各个性能达到均衡的要义所在。
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