天然砂顆粒級(jí)配試驗(yàn)的分析

葛文軍 ，李小超，晏 姝

(1.黑龍江省農(nóng)墾寶泉嶺管理局水務(wù)局，黑龍江 寶泉嶺 154211;2.華北水利水電學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)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(xiàng)物化指標(biāo)不僅影響工程質(zhì)量，同時(shí)，對(duì)工程造價(jià)也有重要意義。砂料顆粒級(jí)配作為一項(xiàng)重要物理指標(biāo)對(duì)評(píng)定砂料品質(zhì)和施工質(zhì)量控制起著關(guān)鍵作用。本次試驗(yàn)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(yàn)過程

試驗(yàn)過程按2個(gè)方式進(jìn)行，具體為:

1.1 試驗(yàn)1

按照《SL352—2006 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》［1］中2.1 節(jié)砂料顆粒級(jí)配試驗(yàn)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)方孔套篩上，在搖篩機(jī)上搖動(dòng)10 min后，分別稱量各號(hào)篩上的質(zhì)量，計(jì)算分計(jì)篩余百分率和累計(jì)篩余百分率，最后計(jì)算細(xì)度模數(shù)和平均粒徑，結(jié)合級(jí)配曲線評(píng)定砂的品質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)2

由含泥量實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，可在實(shí)驗(yàn)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(shí)際含泥量實(shí)驗(yàn)測值小些)。

按照《JGJ 52—2006 普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中6.1 節(jié)砂料顆粒級(jí)配試驗(yàn)要求，先將試樣水洗，然后烘干至恒重，再進(jìn)行篩分并計(jì)算細(xì)度模數(shù)和平均粒徑，結(jié)合級(jí)配曲線評(píng)定砂的品質(zhì)［1－2］。具體篩分方法同實(shí)驗(yàn)1。

1.3 實(shí)驗(yàn)說明

在實(shí)驗(yàn)室中只有孔寬為4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm的標(biāo)準(zhǔn)方孔篩，孔徑為5、2.5、1.25、0.63、0.315 mm和0.16 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩為圓孔篩。規(guī)范《SL 352—2006》雖未明確說明，但規(guī)范《JGJ 52—2006》卻給出了兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表1，同時(shí)指出兩種篩對(duì)砂的級(jí)配曲線和細(xì)度模數(shù)無明顯差異。因此按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)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(duì)應(yīng)關(guān)系 mm

2 砂細(xì)度的劃分

根據(jù)《JGJ 52—2006》，按細(xì)度模數(shù)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(xì)度劃分表

3 細(xì)度模數(shù)和平均粒徑的計(jì)算

細(xì)度模數(shù)和平均粒徑的計(jì)算按2 種方式表達(dá):

3.1 按我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算

按我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《SL 352—2006 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、《JGJ 52—2006 普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，砂子的細(xì)度模數(shù)按下式計(jì)算:

式中:FM 為砂料細(xì)度模數(shù);A1，A2，A3分別為5.0、2.5、1.25 mm各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù);A4，A5，A6分別為0.63、0.315、0.16 mm各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)。

在實(shí)驗(yàn)1 的基礎(chǔ)上，按照式(1)可計(jì)算出1#和2#砂的細(xì)度模數(shù)，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(jì)篩余百分率之和，它是砂料粗細(xì)程度的直觀描述，F(xiàn)M 的值越大，砂子越粗。

顯然，＞5.0 mm(同時(shí)＜10 mm)顆粒對(duì)混凝土配置、施工都是無害的，尤其是對(duì)配置砂漿反倒是有利的，可以顯著提高其強(qiáng)度;考慮到成品砂料的篩分生產(chǎn)一般要加水，在水洗篩分的過程中，使得部分細(xì)顆粒(可以認(rèn)為是粒徑＜0.16 mm的粉黏粒)被沖洗掉，因此細(xì)顆粒的含量在計(jì)算細(xì)度模數(shù)時(shí)將是一個(gè)值得注意的問題，當(dāng)細(xì)顆粒的含量較高時(shí)(一般認(rèn)為＞10%)，式(1)算出的FM 是不符合生產(chǎn)實(shí)際的。

式中:FM' 為實(shí)用砂料細(xì)度模數(shù);A1'，A1'，A1' 分別為5.0、2.5、1.25 mm 各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù);A4'，A5'，A6' 分別為0.63、0.315、0.16 mm各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)。

同時(shí)筆者通過實(shí)驗(yàn)2 對(duì)比了規(guī)范《JGJ 52—2006》要求試樣水洗烘干后再次篩分試驗(yàn)結(jié)果與此種計(jì)算方法的差異。對(duì)比結(jié)果見表5，表6。

對(duì)比分析表3 和表5，表4 和表6，我們有以下結(jié)論:

1)由表3 可見，F(xiàn)M 為1.10－1.12，按細(xì)度模數(shù)應(yīng)為特細(xì)砂，平均粒徑為0.26，按平均粒徑應(yīng)為細(xì)砂，顯然存在矛盾。表5 經(jīng)過綜合考慮的實(shí)用細(xì)度模數(shù)與平均粒徑均在細(xì)砂范圍之內(nèi)，最終確定1#砂在生產(chǎn)中可經(jīng)過處理作為細(xì)砂使用。由表3 和表5可見，F(xiàn)M'－FM=0.93～0.88 ＞0.2，我們知道在配置混凝土?xí)r，細(xì)度模數(shù)如有0.2 以上的變化時(shí)，就要改變配合比，否則混凝土的稠度就會(huì)發(fā)生變化?？梢娺@種情況下對(duì)細(xì)度模數(shù)的影響是不容忽視的。

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

表3 1#砂顆粒級(jí)配結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表5 1#砂FM 與FM' 的對(duì)比

表6 2#砂FM 與FM' 的對(duì)比

3)當(dāng)含泥量＞5%時(shí)，按規(guī)范《JGJ 52—2006》要求試樣經(jīng)水洗烘干再次篩分后，與實(shí)用細(xì)度模數(shù)比較，由表5 和表6 可知兩者相差不大，實(shí)用細(xì)度模數(shù)的計(jì)算是合理的。

3.2 按《SL 251—2000 水利水電天然建筑材料勘察規(guī)程》計(jì)算

按《SL 251—2000 水利水電天然建筑材料勘察規(guī)程》中關(guān)于細(xì)度模數(shù)的計(jì)算公式為:

式中:FM 為砂料細(xì)度模數(shù);A25，A125分別為2.5、1.25mm各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù);A0.63，A0.315，A0.158分別為0.63、0.315、0.16 mm各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)。

通過上述分析可知:當(dāng)含泥量較大時(shí)，用該式計(jì)算出來的細(xì)度模數(shù)與生產(chǎn)實(shí)際的相比會(huì)偏小，因此建議具體計(jì)算時(shí)可以采用以下兩種方法:

1)按《SL 352—2006》試驗(yàn)，采用實(shí)用細(xì)度模數(shù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算，從形式上來看式(2)與式(3)相同，但應(yīng)注意兩者在計(jì)算篩余百分率時(shí)，總質(zhì)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(jì)算A' 。

2)按《JGJ 52—2006》規(guī)定，先將試樣水洗后烘干至恒重，再進(jìn)行篩分試驗(yàn)，再按式(1)進(jìn)行計(jì)算細(xì)度模數(shù)。

4 結(jié)論與建議

1)各種形式的細(xì)度模數(shù)計(jì)算式本質(zhì)都是一樣的，都是累計(jì)篩余百分率之和，只是考慮因素存在細(xì)微差異。

2)在計(jì)算細(xì)度模數(shù)時(shí)，如果＞5 mm，＜10 mm的顆粒含量≤10%時(shí)，可將其考慮進(jìn)去，這樣可提高砂料的細(xì)度模數(shù)，同時(shí)，對(duì)工程實(shí)際也是有利的。

3)如果細(xì)顆粒(＜0.16 mm)含量＞5%，建議在計(jì)算細(xì)度模數(shù)時(shí)，采用實(shí)用細(xì)度模數(shù)計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，或者先將試樣水洗烘干后再進(jìn)行篩分試驗(yàn)。

4)在參照規(guī)范《SL 352—2006》進(jìn)行篩分試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意結(jié)合規(guī)范《JGJ 52—2006》中相關(guān)的說明或要求。

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

［2］白慶武.關(guān)于混凝土細(xì)骨料試驗(yàn)中砂細(xì)度模數(shù)問題的探討［J］.工程科技，2011(28):316.