在混凝土配合比的试验设计及生产过程中，为保证混凝土各组成材料比例的一致性，应随时根据砂子含水率数值的变化，及时对用砂量及用水量进行调整。由于混凝土用砂子的日益短缺，各混凝土生产企业库存量大多严重不足，生产过程中会出现随进随用现象。即便是同一砂源的砂子，如果不是同一批进场，其含水率也会存在差别，如不分批次按相同配合比进行生产，会对混凝土生产质量带来隐患。
传统检测砂含水率多采用烘干法(炒干法)，准确性高，但检测时间长，不能满足混凝土生产及时调整用砂量及用水量的需要。近年来，砂的含水率检测技术也被广泛开发和研究，目前报道的常见检测方法主要有电阻法、电容法、中子法、红外法、微波法等，但在实际使用过程中除了检测时间相对较长外，大都因为受砂本身材质等因素影响了检测的准确性，还由于以上方法对试验环境、设备仪器、操作计算过程等的严格规定，对其检测结果的可靠性也会受到较大影响。
本设计完成的混凝土砂含水率快速测定仪，是根据砂子与水比重的不同，利用相同重量不同含水量的砂子所占的体积差别来判定砂子的含水率，其操作方法简单便捷，试验结果快速准确，能够实现混凝土用砂含水率快速准确检测的目的。
一、设计原理
1、堆积状态下砂含水率与体积关系
在自然状态下堆积的砂子，其体积会随着含水率的变化而变化，一般情况下，砂的含水率2%时，体积会膨胀10%左右，当含水率在达到6%时，体积会膨胀15%。一般砂子含水率在5%～7%时，体积膨胀最大，随着含水率的持续增加，体积会逐渐减小，含水率达到17%～20%时，砂处于潮湿状态并完全被水浸泡，其内部孔隙水已饱和，且表面也有水分，这时湿砂的体积相当于绝干状态下砂的体积。这种现象主要是由水的表面张力所引起的，当砂在干燥状态时，其颗粒是相互堆积一起的，吸水后会在砂的颗粒表面形成水的薄膜层，该薄膜层的水在表面张力作用下，使砂颗粒被分散从而使体积变大，随着砂中水分的继续增加，薄膜层逐渐变厚，当形成水滴时薄膜层消失，因不存在表面张力作用，这时砂的颗粒重新堆积靠拢，砂的体积随之变小，当砂子被完全浸泡后，其体积与绝干状态下的体积基本相同。
2、绝对状态下砂含水率与体积(V总)关系
绝对状态下的体积(V总)是指砂子中纯砂体积(V砂)与纯水体积(V水)的和。由于砂子与水的比重为固定值，假设砂子的总质量一定的情况下，可以推导砂含水率与体积(V总)的关系，公式如下：
∵M总=M砂+M水
V总=V水+V砂=M水/ρ水+(M总-M水)/ρ砂
M水=(V总ρ水ρ砂-ρ水M总)/(ρ砂-ρ水)
∴a%=M水/(M总-M水)×100%
V总=ρ水ρ砂-ρ水M总)/(ρ砂M总-V总ρ水ρ砂)×100%(1)
式中：V总、M总——分别为砂子在绝对状态下的体积与重量;
V砂、V水——分别为砂子中纯砂、纯水的体积;
M砂、M水——分别为砂子中纯砂、纯水的重量;
ρ砂、ρ水——分别为砂子中纯砂、纯水的比重;
a%——砂子含水率。
通过公式(1)，可以看出，含水率与体积为正相关关系，体积会随着含水率的变化而变化。当含水率为0时，则有：
a%=(V总ρ水ρ砂-ρ水M总)/(ρ砂M总-V总ρ水ρ砂)=0
即：V总ρ水ρ砂-ρ水M总=0
V总=ρ水M总/ρ水ρ砂=M总/ρ砂
以上公式也验证了在含水率为0时，其体积仅为纯砂的体积，同时也说明含水率为0时砂的绝对体积最小。
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