天然砂顆粒級配試驗的分析

葛文軍 ，李小超，晏 姝

(1.黑龍江省農墾寶泉嶺管理局水務局，黑龍江 寶泉嶺 154211;2.華北水利水電學院 資源與環境學院，鄭州 450000)

天然砂作為水利水電工程主要的天然建筑材料，其各項物化指標不僅影響工程質量，同時，對工程造價也有重要意義。砂料顆粒級配作為一項重要物理指標對評定砂料品質和施工質量控制起著關鍵作用。本次試驗所采用的天然砂來自洛陽市洛寧縣渡洋河砂場(簡記為1#)和洛河河漫灘砂場(簡記為2#)。

1 試驗過程

試驗過程按2個方式進行，具體為:

1.1 試驗1

按照《SL352—2006 水工混凝土試驗規程》［1］中2.1 節砂料顆粒級配試驗要求，將兩種砂樣分別通過10 mm篩，充分拌勻后，用四分法縮分至每份≥550 g的砂樣4 份，分別記為1#－1、1#－2、2#－1 和2#－2，在105 ±5 ℃下烘至質量恒定，冷卻至室溫后，分別稱取500 g砂樣，置于公稱直徑由上到下依次為5、2.5、1.25、0.63、0.315 mm和0.16 mm的標準方孔套篩上，在搖篩機上搖動10 min后，分別稱量各號篩上的質量，計算分計篩余百分率和累計篩余百分率，最后計算細度模數和平均粒徑，結合級配曲線評定砂的品質。

1.2 試驗2

由含泥量實驗可知，1#砂含泥量為18.0% ＞5%，2#砂含泥量為5.12%略高于5%(若不做含泥量實驗，可在實驗1 中加上0.075 mm的篩子，＜0.075的顆粒為黏粒，近而估算含泥量，此值肯定要比實際含泥量實驗測值小些)。

按照《JGJ 52—2006 普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》中6.1 節砂料顆粒級配試驗要求，先將試樣水洗，然后烘干至恒重，再進行篩分并計算細度模數和平均粒徑，結合級配曲線評定砂的品質［1－2］。具體篩分方法同實驗1。

1.3 實驗說明

在實驗室中只有孔寬為4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm的標準方孔篩，孔徑為5、2.5、1.25、0.63、0.315 mm和0.16 mm的標準篩為圓孔篩。規范《SL 352—2006》雖未明確說明，但規范《JGJ 52—2006》卻給出了兩者的對應關系，見表1，同時指出兩種篩對砂的級配曲線和細度模數無明顯差異。因此按現行標準統一要求使用方孔篩。

表1 砂篩孔徑(公稱直徑)與方孔篩篩邊長的對應關系 mm

2 砂細度的劃分

根據《JGJ 52—2006》，按細度模數和平均粒徑［4］，可將天然砂分為以下4 種，見表2。

表2 天然砂細度劃分表

3 細度模數和平均粒徑的計算

細度模數和平均粒徑的計算按2 種方式表達:

3.1 按我國現行標準計算

按我國現行標準《SL 352—2006 水工混凝土試驗規程》、《JGJ 52—2006 普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》規定，砂子的細度模數按下式計算:

式中:FM 為砂料細度模數;A1，A2，A3分別為5.0、2.5、1.25 mm各篩上的累計篩余百分數;A4，A5，A6分別為0.63、0.315、0.16 mm各篩上的累計篩余百分數。

在實驗1 的基礎上，按照式(1)可計算出1#和2#砂的細度模數，見表3 和表4。

由式(1)算出來的FM 的物理意義是:在不考慮粒徑＞5.0 mm和粒徑＜0.16 mm的顆粒的情況下，其它各粒徑累計篩余百分率之和，它是砂料粗細程度的直觀描述，FM 的值越大，砂子越粗。

顯然，＞5.0 mm(同時＜10 mm)顆粒對混凝土配置、施工都是無害的，尤其是對配置砂漿反倒是有利的，可以顯著提高其強度;考慮到成品砂料的篩分生產一般要加水，在水洗篩分的過程中，使得部分細顆粒(可以認為是粒徑＜0.16 mm的粉黏粒)被沖洗掉，因此細顆粒的含量在計算細度模數時將是一個值得注意的問題，當細顆粒的含量較高時(一般認為＞10%)，式(1)算出的FM 是不符合生產實際的。

式中:FM' 為實用砂料細度模數;A1'，A1'，A1' 分別為5.0、2.5、1.25 mm 各篩上的累計篩余百分數;A4'，A5'，A6' 分別為0.63、0.315、0.16 mm各篩上的累計篩余百分數。

同時筆者通過實驗2 對比了規范《JGJ 52—2006》要求試樣水洗烘干后再次篩分試驗結果與此種計算方法的差異。對比結果見表5，表6。

對比分析表3 和表5，表4 和表6，我們有以下結論:

1)由表3 可見，FM 為1.10－1.12，按細度模數應為特細砂，平均粒徑為0.26，按平均粒徑應為細砂，顯然存在矛盾。表5 經過綜合考慮的實用細度模數與平均粒徑均在細砂范圍之內，最終確定1#砂在生產中可經過處理作為細砂使用。由表3 和表5可見，FM'－FM=0.93～0.88 ＞0.2，我們知道在配置混凝土時，細度模數如有0.2 以上的變化時，就要改變配合比，否則混凝土的稠度就會發生變化?？梢娺@種情況下對細度模數的影響是不容忽視的。

2)由表6 可見，按實用細度模數，2#砂為粗砂，由于其平均粒徑為0.41～0.43 在中砂范圍之內，說明其0.16～0.63 mm的顆粒含量較多;由表4 和表6可見，FM'－ FM=0.17～0.15 ＜0.2 。

表3 1#砂顆粒級配結果統計表

表5 1#砂FM 與FM' 的對比

表6 2#砂FM 與FM' 的對比

3)當含泥量＞5%時，按規范《JGJ 52—2006》要求試樣經水洗烘干再次篩分后，與實用細度模數比較，由表5 和表6 可知兩者相差不大，實用細度模數的計算是合理的。

3.2 按《SL 251—2000 水利水電天然建筑材料勘察規程》計算

按《SL 251—2000 水利水電天然建筑材料勘察規程》中關于細度模數的計算公式為:

式中:FM 為砂料細度模數;A25，A125分別為2.5、1.25mm各篩上的累計篩余百分數;A0.63，A0.315，A0.158分別為0.63、0.315、0.16 mm各篩上的累計篩余百分數。

通過上述分析可知:當含泥量較大時，用該式計算出來的細度模數與生產實際的相比會偏小，因此建議具體計算時可以采用以下兩種方法:

1)按《SL 352—2006》試驗，采用實用細度模數公式(2)進行計算，從形式上來看式(2)與式(3)相同，但應注意兩者在計算篩余百分率時，總質量是不同的，如果＞5.0 mm粒徑的顆粒不是很多，式(2)也可不計算A' 。

2)按《JGJ 52—2006》規定，先將試樣水洗后烘干至恒重，再進行篩分試驗，再按式(1)進行計算細度模數。

4 結論與建議

1)各種形式的細度模數計算式本質都是一樣的，都是累計篩余百分率之和，只是考慮因素存在細微差異。

2)在計算細度模數時，如果＞5 mm，＜10 mm的顆粒含量≤10%時，可將其考慮進去，這樣可提高砂料的細度模數，同時，對工程實際也是有利的。

3)如果細顆粒(＜0.16 mm)含量＞5%，建議在計算細度模數時，采用實用細度模數計算式進行計算，或者先將試樣水洗烘干后再進行篩分試驗。

4)在參照規范《SL 352—2006》進行篩分試驗時，應注意結合規范《JGJ 52—2006》中相關的說明或要求。

［1］劉蜀岷.漿砌石用砂粒徑模數分析［J］.東北水利水電，2010(01):41－42.

［2］白慶武.關于混凝土細骨料試驗中砂細度模數問題的探討［J］.工程科技，2011(28):316.