建筑材料细骨料选择及有害物质控制表

1.分类与规格

细骨料按照产源分为天然砂和人工砂。由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒叫做天然砂，包括河砂、湖砂、海砂和山砂。由机械破碎、筛分制成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒叫做机制砂；由机制砂和天然砂混合制成的砂叫做混合砂，机制砂、混合砂统称为人工砂。

河砂、湖砂在天然水域中长期受水流的冲刷，颗粒表面圆滑、清洁，含泥量较少，分布面积广，是我国混凝土用砂的最主要来源。海砂中由于含有较多的盐分，对钢筋混凝土中的钢筋有严重的腐蚀作用，使用前需进行去盐处理，工艺复杂，成本较高，目前基本没有使用；山砂是岩体风化后在山间适当地形中堆积下来的岩石碎屑，颗粒棱角多，表面粗糙，含泥量较多。机制砂用天然碎石破碎而成，可人为控制颗粒的粗细，富有棱角，表面粗糙，且含泥量少，有利于混凝土强度，但是破碎加工需要消耗能量，成本较高。目前我国混凝土用砂以河砂的使用量最大。

砂子按照细度模数分为粗砂、中砂和细砂三种规格。按照技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，其性能和质量依次降低。Ⅰ类砂质量最高，适用于强度等级大于或等于C60的混凝土；Ⅱ类砂宜用于强度等级为C30～C60、以及有抗冻、抗渗或有其他要求的混凝土；Ⅲ类砂宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。在应用时应根据混凝土的强度等级和性能要求选用合适类别的细骨料。

2.技术性质与要求

（1）含泥量、泥块含量、石粉含量。砂中粒径小于75μm的尘屑、淤泥等颗粒的质量占砂子质量的百分率称为含泥量。砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量称为泥块含量。人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量称为石粉含量。

砂中的泥土或石粉包裹在颗粒表面，阻碍水泥凝胶体与砂粒之间的粘结，降低界面强度，降低混凝土的强度及耐久性，并增加混凝土的干缩性。泥块本身强度很低，浸水后溃散，干燥后收缩，在混凝土中增加薄弱点，同时增大混凝土的收缩量。所以国家标准对各类天然砂及人工砂的含泥量、泥块含量以及石粉含量均有一定要求，不符合要求的砂子要进行冲洗等处理。表5-3所示为天然砂的含泥量和泥块含量要求。

表5-3　天然砂的含泥量和泥块含量要求

（2）有害物质。砂中的有害物质包括云母、轻物质、有机物、硫化物（例如FeS2）及硫酸盐（例如CaSO4·2H2O）、氯盐，以及草根、树叶、煤块、炉渣等杂物。这些物质对混凝土或砂浆的性能均有不良影响。例如云母是一种具有层状结构的硅酸盐类矿物，呈薄片状，表面光滑，容易沿着解理面裂开，并且与水泥石的粘结性差，影响界面强度。轻物质是指表观密度小于2000kg/m3的物质，质地软弱，容易使混凝土内部出现空洞，影响混凝土内部组成的均匀性。硫化物与硫酸盐将对硬化的水泥凝胶体产生硫酸盐侵蚀作用。有机质通常是植物的腐烂产物（主要是鞣酸和它的衍生物），并以腐殖土或有机土壤的形式出现，它的危害作用主要是妨碍、延缓水泥的正常水化，降低混凝土的强度。氯盐的危害主要是引起混凝土中的钢筋锈蚀，从而破坏钢筋与混凝土中的粘结，使保护层混凝土开裂最终导致结构破坏。为了获得性能优良、满足结构设计要求的混凝土，对混凝土用细骨料中的各种有害物质的含量要有数量上的限制，如表5-4所示。

表5-4　砂中有害杂质含量的限值

（3）粗细程度及颗粒级配。砂子由大小不一的颗粒组合而成，其粒径范围在150μm～9.5mm。砂的粗细程度指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度，按照粗细程度分为粗砂、中砂和细砂三种。砂子的颗粒级配指粒径大小不一的颗粒相互组合搭配情况，级配好坏直接影响砂子的堆积密度以及形成的骨架的密实程度。

砂子的粗细程度根据细度模数划分，通过筛分析试验和计算得到。试验所用设备为一套标准筛，筛孔孔径依次为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm。筛分前将砂样烘干至恒重，筛除大于9.50mm的颗粒，并计算其筛余百分率。称取烘干砂试样G＝500g放入标准筛中，经筛分后称取各筛上的筛余质量（gi），占试样总量的百分率叫做该号筛上的分计筛余百分率（ai）；各筛上分计筛余百分率与大于该号筛的所有筛之分计筛余百分率之和叫做该号筛的累计筛余百分率（Ai），分计筛余百分率和累计筛余百分率的计算分别如式（5-1）和式（5-2）所示，砂子的细度模数按照公式（5-3）计算：

式中　Mx——细度模数；(www.xing528.com)

A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率。

按照细度模数，将砂子分为粗砂、中砂和细砂，其细度模数范围分别为：粗砂Mx＝3.7～3.1，中砂Mx＝3.0～2.3，细砂Mx＝2.2～1.6。

砂的细度模数只反应砂子总体上的粗细程度，并不能反应级配的优劣。细度模数相同的砂子其级配可能有很大差别。砂子的颗粒级配好坏直接影响堆积密度，各种粒径的砂子在量上合理搭配，可使堆积起来的砂子空隙达到最小，因此，级配是否合格是砂子的一个重要技术指标。根据各筛上的累计筛余百分率范围将细骨料划分为三个级配区，国家标准对各个级配区、各筛上的累计筛余百分率范围进行了规定，如表5-5所示，将表5-5所示的各级配区、各筛所对应的累计筛余百分率范围画出图线称为砂的标准级配区曲线，如图5-3所示。将试验测得的各筛上的累计筛余百分率在标准级配区曲线图上画出，称为砂样的筛分析曲线，如果砂样的筛分析曲线落在某一标准级配区内则该砂样级配合格。由表5-5和图5-3可见，三个级配区在600μm筛上所对应的累计筛余范围是不相交的，因此，首先可通过砂样在600μm筛上的累计筛余百分率值判断该砂样属于哪个级配区，其他筛上的累计筛余百分率数值允许少量超过所在的标准级配区，但超出总量不超过5％，否则为级配不合格。

级配反映了砂中不同粒径颗粒的组合搭配情况，级配合格的砂子堆积起来空隙率低，用于混凝土中可形成良好的骨架，即可节约水泥，又能获得和易性好、较密实的混凝土。而级配不合格的砂子，堆积起来空隙率大，不能形成密实的骨架，级配不合格的砂，不能直接用于混凝土中，要进行适当的掺配，调整使其达到级配合格。

表5-5　砂的标准级配区范围

注　1.砂的实际级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。
2.1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。

图5-3　砂的标准级配区曲线

砂子的粗细程度和颗粒级配反映混凝土中的细骨料所具有的总的表面积和空隙率的大小。在混凝土中，砂子的空隙是由水泥浆来填充的。级配好的砂子，空隙率小，则所需填充的水泥浆量少，达到同样和易性的混凝土拌合物所需的水泥浆量就少，可以节约水泥。而砂子的粗细程度影响砂子总体的表面积。砂子越粗，比表面积越小，则细骨料总的表面积小，需要包裹的水泥浆量减少，可以节省水泥，经济性能好；但是砂子过粗，总的表面积过小，细骨料涵养水分的能力降低，容易产生离析和泌水现象，同时砂与水泥浆体之间的界面面积减少，对混凝土强度也不利。因此，普通混凝土用细骨料宜采用中砂，且级配一定要合格。

（4）颗粒形状及表面特征。山砂或人工砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好。而河砂、海砂的颗粒多呈球形，表面光滑，与水泥的粘结性较差。因而在水泥和水的用量相同的情况下，采用山砂或人工砂拌制的混凝土流动性较差，但强度较高，而采用河砂拌制的混凝土和易性好，节省水泥，但强度较低。

（5）坚固性。坚固性反映骨料的坚固程度和耐久性。天然砂采用硫酸钠溶液法检验，按标准规定的方法筛分试样，各粒级取相应的试样量，烘干后将试样在饱和硫酸钠溶液中浸泡、烘干，共经5次循环后，测量试样的质量损失，作为衡量骨料坚固性的指标。该方法的原理是Na2SO4饱和溶液渗入砂子颗粒内部孔隙中，形成结晶膨胀力，对砂粒具有破坏作用，其原理与冻融循环试验相似。人工砂采用压碎指标法检验其坚固性，该方法直接对骨料施加压力，软弱的颗粒将被压碎，粒径减小，在一定的压力下被压碎的颗粒越多，则压碎指标值越大，骨料的坚固性越差。

（6）碱活性物质。碱活性物质是指骨料中含有的能与水泥凝胶体或环境中的碱性物质（Na2O，K2O等）发生化学反应，生成膨胀性凝胶体的物质，通常是活性氧化硅（SiO2）、活性硅酸盐及碳酸盐类物质。碱骨料反应一般在骨料与水泥凝胶体的界面进行，反应物堆积在骨料表面，膨胀作用对骨料周围的水泥凝胶体施加压力，破坏骨料与水泥凝胶体之间的界面强度，其结果导致混凝土表面开裂。所以在水泥的技术性质中，规定水泥中的碱性物质含量不能超过一定的数值（Na2O＋0.685K2O≤0.6％）。同时，对骨料中的碱活性物质含量也要进行检验。

骨料的碱活性是否在允许的范围之内，或者是否存在潜在的碱骨料反应的危害可通过碱骨料反应试验方法来检验。将骨料试样筛分，按规定各粒级取一定的量掺配，采用碱含量大于1.2％的高碱水泥，按水泥∶砂＝1∶2.25的比例，加水拌制成胶砂流动度为105～120mm的砂浆，制成尺寸为25mm×25mm×280mm、端部带有不锈钢质测头的试件，在20°C±2°C温度下养护24h脱模，并测量试件的长度作为基准长度。然后将试件在40°C±2°C温度下养护，分别测定14d、1个月、2个月、3个月、6个月龄期的试件长度，求出各龄期的膨胀率。如果试件表面无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，且6个月龄期的膨胀率小于0.10％，则判定为该骨料无潜在的碱-硅酸反应危害，反之则判定为有潜在的碱-硅酸反应危害。根据需要也可测定更长龄期的膨胀率。