機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)篩分標(biāo)準(zhǔn)值的確定方法

寧鵬森 聶憶華 陳陽(yáng) 向志亨

（湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院）

細(xì)度模數(shù)是評(píng)價(jià)砂是否可用于工程當(dāng)中的主要基本指標(biāo)之一，在我國(guó)的相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中，細(xì)集料根據(jù)其細(xì)度模數(shù)的差異，可以相應(yīng)的把砂分為粗砂（3.7～3.1）、中砂（3.0～2.3）、細(xì)砂（2.2～1.6）三類，這個(gè)值越大，說明砂越粗。

美國(guó)阿布侖早在1918 年就提出了使用細(xì)度模數(shù)來評(píng)價(jià)估包括砂子、石子的粗細(xì)狀況，接下來1943 年蘇聯(lián)的斯克拉姆塔耶夫提出用平均粒徑來評(píng)價(jià)砂子的粗細(xì)狀況。1975 年戴鎮(zhèn)潮［1］通過了對(duì)砂的細(xì)度模數(shù)與平均粒徑進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)了細(xì)度模數(shù)是集料（包括細(xì)集料和粗集料）的幾何平均粒徑的對(duì)數(shù)函數(shù)，它有著清晰明確的物理意義，并且計(jì)算簡(jiǎn)便。細(xì)度模數(shù)計(jì)算過程和所應(yīng)用的篩分曲線圖是相應(yīng)的。通過細(xì)度模數(shù)來衡量砂子粗細(xì)程度，可得到與混凝土坍落度、含砂率有對(duì)應(yīng)規(guī)律的關(guān)系。用細(xì)度模數(shù)來評(píng)價(jià)砂子粗細(xì)的指標(biāo)正確的。1991年邰宏秋［2］對(duì)砂的篩分實(shí)驗(yàn)稱量方法進(jìn)行了改進(jìn)，免去了取出套篩再稱量使得樣品丟失幾乎為零，免去取出套篩再稱量的過程很大程度上節(jié)省了時(shí)間。1996 年田文玉［3］對(duì)細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行了修正，修正后的公式可以更為全面表達(dá)細(xì)度模數(shù)所包含的物理意義。2013 年王迪［4］對(duì)細(xì)度模數(shù)的影響因素進(jìn)行了研究，提出了要獲得較為確切的細(xì)度模數(shù)值，試驗(yàn)樣品的過程就肯定需要注重考慮顆粒分布的均勻性。同時(shí)，他認(rèn)為如若僅以細(xì)度模數(shù)來作為衡量砂的基本性質(zhì)的指標(biāo)，則不能達(dá)到想要的預(yù)期效果，因此應(yīng)該充分考慮砂的真實(shí)情況，從多個(gè)方面對(duì)砂進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。2017 黃文景［5］采用了干式制砂篩分系統(tǒng)空氣篩，與傳統(tǒng)的砂石篩分體系相比較，該方法有益效果如下：提高了篩分效率，還能杜絕成品砂多余石粉；同時(shí)，利用粒度調(diào)整技術(shù)使產(chǎn)品砂的細(xì)度模數(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)；減少篩分過程的粉塵和噪音，確保綠色環(huán)保。2019年王甲春等人［6］對(duì)普通混凝土用砂料的細(xì)度模數(shù)所對(duì)應(yīng)的物理意義進(jìn)行了討論，主要內(nèi)容如下：①用試驗(yàn)砂的細(xì)度模數(shù)進(jìn)行分析，能從砂的質(zhì)量平均粒徑計(jì)算公式、砂的算術(shù)平均粒徑計(jì)算公式，得出的結(jié)論：細(xì)度模數(shù)的含義可以理解為是砂的篩上質(zhì)量平均粒徑。②砂的細(xì)度模數(shù)與砂的質(zhì)量平均粒徑及砂算術(shù)平均粒徑之間均存在多解性，從而表明砂的級(jí)配不能夠只依賴細(xì)度模數(shù)，還有砂的級(jí)配曲線的影響。③在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，砂的算術(shù)平均粒徑值與細(xì)顆粒的質(zhì)量相關(guān)性較大，而砂的質(zhì)量平均粒徑值與粗顆粒的相關(guān)性較大。施工當(dāng)中常用的有河砂以及機(jī)制砂，河砂細(xì)度模數(shù)通常只有一種，且其存在問題為資源有限、恢復(fù)周期長(zhǎng)、限制開采等問題，反觀機(jī)制砂具有細(xì)度模數(shù)可根據(jù)需求、價(jià)低質(zhì)優(yōu)、國(guó)家提倡等優(yōu)點(diǎn)。而機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)用篩分法測(cè)定需投入較多的人力和時(shí)間，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作誤差使細(xì)度模數(shù)不準(zhǔn)確，本文要論述的是確定機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作誤差的原因，通過分析誤差出現(xiàn)原因整理出可準(zhǔn)確地測(cè)定機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的方法，避免因結(jié)果的不合理而重復(fù)實(shí)驗(yàn)，減少人力節(jié)約時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 主要儀器設(shè)備

主要儀器設(shè)備如如表1、圖1所示。

圖1 儀器圖

圖2 實(shí)驗(yàn)用砂

表1 儀器表

注：另需搪瓷盤，硬、軟毛刷等。

1.2 實(shí)驗(yàn)用砂制備

對(duì)于實(shí)驗(yàn)用砂的要求是公稱粒徑不可大于10.0mm，故在烘干之前可進(jìn)行初步篩分，將實(shí)驗(yàn)用砂先通過公稱直徑為10mm 的篩網(wǎng)。將實(shí)驗(yàn)用砂放入搪瓷盤中，在(105±5)℃的條件下進(jìn)行烘干到恒重取出冷卻，當(dāng)其溫度到達(dá)室溫之后，稱取1200g 裝袋備用，保存于干燥通風(fēng)處、保持通風(fēng)良好。

1.3 篩分實(shí)驗(yàn)需要注意的要點(diǎn)

⑴篩分之前需要測(cè)定樣品的含泥量，樣品的含泥量大于5%須通過水洗，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒重，才能進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)；

⑵無搖篩機(jī)時(shí)。可改用手篩；

⑶在手篩結(jié)束之后將各篩余量分別倒入電子天平稱量(精確至1g),所有各篩的篩余量和底盤中的剩余量之和與篩分前的試樣做對(duì)比，兩者相差不可超過1%，否則重新進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)；

⑷在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意儀器的功能是否正常，如發(fā)現(xiàn)故障請(qǐng)及時(shí)向生產(chǎn)廠家或?qū)嶒?yàn)部門報(bào)告并尋求幫助。

1.4 細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的評(píng)定

砂料的細(xì)度模數(shù)宜采用計(jì)算，并數(shù)據(jù)精確至0.01：

式 中 ：A1、A3、A3、A4、A5、A6：4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm篩的累計(jì)篩余。

注：篩分后可將2 次測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值作為測(cè)定值精確到0.10。2 次實(shí)驗(yàn)得到的細(xì)度模數(shù)差值在0.20 以上，進(jìn)而說明試驗(yàn)結(jié)果的誤差不符合規(guī)范要求，應(yīng)重新拿該樣品重新進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)過程的影響因素

在對(duì)20 袋實(shí)驗(yàn)用砂進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)有三種產(chǎn)生誤差的影響因素。表2、表3 中實(shí)驗(yàn)編號(hào)為1、3、5 為影響因素所造成數(shù)據(jù)，而實(shí)驗(yàn)編號(hào)為2、4、6 為修正影響因素后重新進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

表2 篩分相關(guān)數(shù)據(jù)

表3 篩分細(xì)度模數(shù)結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)用砂取樣過程的影響

由表2、表3 的實(shí)驗(yàn)編號(hào)為1 的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：該組實(shí)驗(yàn)用砂的細(xì)度模數(shù)誤差相差0.3，由現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定砂篩分的兩次試驗(yàn)結(jié)果的細(xì)度模數(shù)不可超過0.2已超過規(guī)范所規(guī)定的限值，須再次重新篩分。

在實(shí)際人為操作中用四分法在攤鋪成圓形的過程易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用砂的顆粒分布不均勻的現(xiàn)象，而且粒徑較大的砂子會(huì)出現(xiàn)堆積在實(shí)驗(yàn)用砂上面的現(xiàn)象，然后分成相等的四份之后也會(huì)出現(xiàn)顆粒分布不均勻的現(xiàn)象，所以在實(shí)驗(yàn)過程中需注意在分樣和取樣時(shí)應(yīng)盡量保證顆粒分布均勻，通過減少因人工四分法的操作不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

取該組樣品重新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)編號(hào)為2，在人為四分法分樣、取樣的過程都使實(shí)驗(yàn)用砂顆粒均勻地分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范，細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的結(jié)果為2.9。

2.2 套篩上實(shí)驗(yàn)用砂殘留的影響

由表2、表3 的實(shí)驗(yàn)編號(hào)為3 的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：①同一組的實(shí)驗(yàn)用砂的細(xì)度模數(shù)相差0.3，已超過規(guī)范所規(guī)定的限值，須再次重新篩分。②第一次篩分之后總計(jì)已經(jīng)超過樣品質(zhì)量，會(huì)對(duì)最后的細(xì)度模數(shù)結(jié)果造成影響。③2.36mm 的篩余量、300μm 的篩余量?jī)纱魏Y分結(jié)果相差較大會(huì)加劇兩個(gè)細(xì)度模數(shù)結(jié)果。

由于在手篩過程中會(huì)出現(xiàn)篩網(wǎng)有樣品殘留、容易堵篩的情況，導(dǎo)致下次篩分后的質(zhì)量增加，而篩余量?jī)纱魏Y分結(jié)果相差較大，進(jìn)而影響了細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。為了避免類似情況的發(fā)生，需要將每個(gè)篩網(wǎng)盡量清理干凈，減少樣品的殘留，可降低對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的影響。

在該組實(shí)驗(yàn)重新進(jìn)行之前對(duì)套篩進(jìn)行了徹底地清理，之后進(jìn)行對(duì)該組實(shí)驗(yàn)用砂的篩分實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為實(shí)驗(yàn)編號(hào)4 數(shù)據(jù)，去除殘留實(shí)驗(yàn)試樣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的結(jié)果為2.9。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

由表2、表3 的實(shí)驗(yàn)編號(hào)為5 的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：同一組的實(shí)驗(yàn)用砂的細(xì)度模數(shù)雖然符合標(biāo)準(zhǔn)，但是第二組數(shù)據(jù)中篩分實(shí)驗(yàn)前后的樣品質(zhì)量對(duì)比，相差已超過1%，不符合實(shí)驗(yàn)要求須重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過分析上述實(shí)驗(yàn)情況的原因：由于對(duì)篩網(wǎng)進(jìn)行逐一手篩時(shí)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)樣品灑出，導(dǎo)致最后分計(jì)篩余量和底盤中的剩余量之和的減少。

對(duì)該組實(shí)驗(yàn)用砂重新進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果為實(shí)驗(yàn)編號(hào)6 所示，可判定該組實(shí)驗(yàn)用砂的細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為2.9，且每個(gè)孔徑尺寸的篩余量相差較小，說明篩分實(shí)驗(yàn)在手篩的過程中需要注意不能夠出現(xiàn)試樣灑出的情況。

2.4 修正后的實(shí)驗(yàn)步驟

處理套篩→取樣→篩分→手篩→記錄數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)步驟具體操作：

⑴處理套篩：對(duì)每一個(gè)篩網(wǎng)都要把樣品殘留清理干凈；

⑵取樣：將已裝袋的1200g 試樣倒入搪瓷盤中，利用人工四分法將顆粒分布均勻，再稱取兩組500g 的試樣，進(jìn)行篩分；

⑶篩分：倒入按篩孔大小順序排列(大孔在上、小孔在下)的套篩的最上一只篩（孔徑為4.75mm 的方孔篩)上，將套篩裝入搖篩機(jī)內(nèi)固定，篩分10min后取出套篩；

⑷手篩：再按篩孔由大到小的順序，在清潔的淺盤上逐一進(jìn)行手篩，手篩注意控制搖篩幅度避免試樣灑出，直至每分鐘的篩出量不超過試樣總量的0.1%時(shí)為止。通過的顆粒并入下一只篩子，并和下一只篩子中的試樣一起進(jìn)行手篩。按這樣順序依次進(jìn)行，直至所有的篩子全部篩完為止；

⑸記錄數(shù)據(jù)：記錄并分析兩組數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)了誤差出現(xiàn)的原因，在原有篩分法的基礎(chǔ)上需要注意以下幾點(diǎn)：

⑴在實(shí)際操作中要注意樣品的顆粒分布均勻；

⑵取每個(gè)篩網(wǎng)以及將樣品放入天平中稱量時(shí)不要將樣品灑落；

⑶在進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)之前要將每個(gè)篩清理干凈。最后整理的篩分方法減少影響因素降低誤差，可使所測(cè)機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)準(zhǔn)確、可靠。