天然砂颗粒级配试验的分析

葛文军 ，李小超，晏 姝

(1.黑龙江省农垦宝泉岭管理局水务局，黑龙江 宝泉岭 154211;2.华北水利水电学院 资源与环境学院，郑州 450000)

天然砂作为水利水电工程主要的天然建筑材料，其各项物化指标不仅影响工程质量，同时，对工程造价也有重要意义。砂料颗粒级配作为一项重要物理指标对评定砂料品质和施工质量控制起着关键作用。本次试验所采用的天然砂来自洛阳市洛宁县渡洋河砂场(简记为1#)和洛河河漫滩砂场(简记为2#)。

1 试验过程

试验过程按2个方式进行，具体为:

1.1 试验1

按照《SL352—2006 水工混凝土试验规程》［1］中2.1 节砂料颗粒级配试验要求，将两种砂样分别通过10 mm筛，充分拌匀后，用四分法缩分至每份≥550 g的砂样4 份，分别记为1#－1、1#－2、2#－1 和2#－2，在105 ±5 ℃下烘至质量恒定，冷却至室温后，分别称取500 g砂样，置于公称直径由上到下依次为5、2.5、1.25、0.63、0.315 mm和0.16 mm的标准方孔套筛上，在摇筛机上摇动10 min后，分别称量各号筛上的质量，计算分计筛余百分率和累计筛余百分率，最后计算细度模数和平均粒径，结合级配曲线评定砂的品质。

1.2 试验2

由含泥量实验可知，1#砂含泥量为18.0% ＞5%，2#砂含泥量为5.12%略高于5%(若不做含泥量实验，可在实验1 中加上0.075 mm的筛子，＜0.075的颗粒为黏粒，近而估算含泥量，此值肯定要比实际含泥量实验测值小些)。

按照《JGJ 52—2006 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中6.1 节砂料颗粒级配试验要求，先将试样水洗，然后烘干至恒重，再进行筛分并计算细度模数和平均粒径，结合级配曲线评定砂的品质［1－2］。具体筛分方法同实验1。

1.3 实验说明

在实验室中只有孔宽为4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm的标准方孔筛，孔径为5、2.5、1.25、0.63、0.315 mm和0.16 mm的标准筛为圆孔筛。规范《SL 352—2006》虽未明确说明，但规范《JGJ 52—2006》却给出了两者的对应关系，见表1，同时指出两种筛对砂的级配曲线和细度模数无明显差异。因此按现行标准统一要求使用方孔筛。

表1 砂筛孔径(公称直径)与方孔筛筛边长的对应关系 mm

2 砂细度的划分

根据《JGJ 52—2006》，按细度模数和平均粒径［4］，可将天然砂分为以下4 种，见表2。

表2 天然砂细度划分表

3 细度模数和平均粒径的计算

细度模数和平均粒径的计算按2 种方式表达:

3.1 按我国现行标准计算

按我国现行标准《SL 352—2006 水工混凝土试验规程》、《JGJ 52—2006 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定，砂子的细度模数按下式计算:

式中:FM 为砂料细度模数;A1，A2，A3分别为5.0、2.5、1.25 mm各筛上的累计筛余百分数;A4，A5，A6分别为0.63、0.315、0.16 mm各筛上的累计筛余百分数。

在实验1 的基础上，按照式(1)可计算出1#和2#砂的细度模数，见表3 和表4。

由式(1)算出来的FM 的物理意义是:在不考虑粒径＞5.0 mm和粒径＜0.16 mm的颗粒的情况下，其它各粒径累计筛余百分率之和，它是砂料粗细程度的直观描述，FM 的值越大，砂子越粗。

显然，＞5.0 mm(同时＜10 mm)颗粒对混凝土配置、施工都是无害的，尤其是对配置砂浆反倒是有利的，可以显著提高其强度;考虑到成品砂料的筛分生产一般要加水，在水洗筛分的过程中，使得部分细颗粒(可以认为是粒径＜0.16 mm的粉黏粒)被冲洗掉，因此细颗粒的含量在计算细度模数时将是一个值得注意的问题，当细颗粒的含量较高时(一般认为＞10%)，式(1)算出的FM 是不符合生产实际的。

式中:FM' 为实用砂料细度模数;A1'，A1'，A1' 分别为5.0、2.5、1.25 mm 各筛上的累计筛余百分数;A4'，A5'，A6' 分别为0.63、0.315、0.16 mm各筛上的累计筛余百分数。

同时笔者通过实验2 对比了规范《JGJ 52—2006》要求试样水洗烘干后再次筛分试验结果与此种计算方法的差异。对比结果见表5，表6。

对比分析表3 和表5，表4 和表6，我们有以下结论:

1)由表3 可见，FM 为1.10－1.12，按细度模数应为特细砂，平均粒径为0.26，按平均粒径应为细砂，显然存在矛盾。表5 经过综合考虑的实用细度模数与平均粒径均在细砂范围之内，最终确定1#砂在生产中可经过处理作为细砂使用。由表3 和表5可见，FM'－FM=0.93～0.88 ＞0.2，我们知道在配置混凝土时，细度模数如有0.2 以上的变化时，就要改变配合比，否则混凝土的稠度就会发生变化。可见这种情况下对细度模数的影响是不容忽视的。

2)由表6 可见，按实用细度模数，2#砂为粗砂，由于其平均粒径为0.41～0.43 在中砂范围之内，说明其0.16～0.63 mm的颗粒含量较多;由表4 和表6可见，FM'－ FM=0.17～0.15 ＜0.2 。

表3 1#砂颗粒级配结果统计表

表5 1#砂FM 与FM' 的对比

表6 2#砂FM 与FM' 的对比

3)当含泥量＞5%时，按规范《JGJ 52—2006》要求试样经水洗烘干再次筛分后，与实用细度模数比较，由表5 和表6 可知两者相差不大，实用细度模数的计算是合理的。

3.2 按《SL 251—2000 水利水电天然建筑材料勘察规程》计算

按《SL 251—2000 水利水电天然建筑材料勘察规程》中关于细度模数的计算公式为:

式中:FM 为砂料细度模数;A25，A125分别为2.5、1.25mm各筛上的累计筛余百分数;A0.63，A0.315，A0.158分别为0.63、0.315、0.16 mm各筛上的累计筛余百分数。

通过上述分析可知:当含泥量较大时，用该式计算出来的细度模数与生产实际的相比会偏小，因此建议具体计算时可以采用以下两种方法:

1)按《SL 352—2006》试验，采用实用细度模数公式(2)进行计算，从形式上来看式(2)与式(3)相同，但应注意两者在计算筛余百分率时，总质量是不同的，如果＞5.0 mm粒径的颗粒不是很多，式(2)也可不计算A' 。

2)按《JGJ 52—2006》规定，先将试样水洗后烘干至恒重，再进行筛分试验，再按式(1)进行计算细度模数。

4 结论与建议

1)各种形式的细度模数计算式本质都是一样的，都是累计筛余百分率之和，只是考虑因素存在细微差异。

2)在计算细度模数时，如果＞5 mm，＜10 mm的颗粒含量≤10%时，可将其考虑进去，这样可提高砂料的细度模数，同时，对工程实际也是有利的。

3)如果细颗粒(＜0.16 mm)含量＞5%，建议在计算细度模数时，采用实用细度模数计算式进行计算，或者先将试样水洗烘干后再进行筛分试验。

4)在参照规范《SL 352—2006》进行筛分试验时，应注意结合规范《JGJ 52—2006》中相关的说明或要求。

［1］刘蜀岷.浆砌石用砂粒径模数分析［J］.东北水利水电，2010(01):41－42.

［2］白庆武.关于混凝土细骨料试验中砂细度模数问题的探讨［J］.工程科技，2011(28):316.