建筑材料：细骨料技术要求解析

建设工程中混凝土用砂应满足《建设用砂》 (GB/T14684—2011)规定的技术要求,按其技术要求砂可分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三个类别。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。建设用砂的技术要求包括以下几方面。

2.1.2.1　粗细程度与颗粒级配

1. 砂的粗细程度

砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起后的总体粗细程度,用细度模数Mx表示。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格。

在相同质量条件下,砂越粗,其表面积越小,砂越细,其表面积越大。一般来说,在拌制混凝土时使用较粗的砂,则拌和用的水泥浆越少,但若砂过粗,易使混凝土拌合物产生离析、泌水等现象。因此,在选择混凝土用砂时,宜选择中砂。

2. 砂的颗粒级配

砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂混合后的搭配情况,用级配区表示。

在混凝土中,砂粒间的空隙是由水泥浆所填充的,空隙率越小所需水泥浆越少。当同等粒径的砂堆积时,空隙率最大；当多种粒径的砂堆积时,空隙率较小(图2.3)。因此,在选择混凝土用砂时,宜选择大小砂粒混合后空隙最小的砂,即级配良好的砂。

图2.3　砂的颗粒级配示意图

在拌制混凝土时,应同时考察砂的粗细程度和颗粒级配两项指标,因为砂的细度模数只能反映颗粒的粗细程度,不能反映颗粒的级配情况,即使砂的细度模数相同,其级配也可能相差很大。只有选择粗细程度适当、颗粒级配良好的砂,才能使砂的空隙率和总表面积均较小,用这样的砂来拌制混凝土,不仅可使水泥浆用量较小,还可提高混凝土的密实性和强度。

3. 砂的粗细程度和颗粒级配的评定方法

砂的粗细程度和颗粒级配通常用筛分析方法进行测定,并分别用细度模数(Mx)和级配区来表示。

筛分析方法是采用一套孔径依次为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm 、300μm、150μm 的标准方孔筛(图2.4),按照规定的试验方法称取干砂试样500g,将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分,称取各筛上的筛余量Gi,根据各筛上的干砂质量,计算各筛对应的分计筛余和累计筛余(表2.1)。根据累计筛余可计算出砂的细度模数和划分砂的级配区,用以评定砂的粗细程度和颗粒级配。

图2.4　砂的标准筛

表2.1　分计筛余与累计筛余的关系

(1)砂的粗细程度评定。砂的细度模数(Mx)按式(2.1)计算

式中　　　　Mx——砂的细度模数；

A1、A2、A3、A4、A5、A6——4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率。

细度模数(Mx)越大,表示砂越粗。砂按细度模数(Mx)的大小可分为：粗砂(Mx＝3.7～3.1)、中砂(Mx＝3.0～2.3)、细砂(Mx＝2.2～1.6)。

(2)砂的颗粒级配评定。对于细度模数在3.7～1.6的砂,根据600μm 筛孔的累计筛余量分成三个级配区(表2.2)。1区的砂属于粗砂范畴,用其拌制混凝土时,保水性差,为满足和易性要求,应提高砂率并保持足够的水泥用量；3区的砂属于细砂范畴,用其拌制混凝土时,消耗的水泥用量较多,使用时宜适当降低砂率,以保证混凝土强度；因此在拌制混凝土时宜优先选用2区的砂。

砂的颗粒级配应符合表2.2的规定,即将筛分析试验的各筛累计筛余与表2.2进行对照,来判断砂的级配是否符合要求。

表2.2　砂的颗粒级配

注　对于砂浆用砂,4.75mm 的筛孔的累计筛余量应为0。砂的实际颗粒级配除4.75mm 和600μm 筛挡外,可以略有超出,但各级累计筛余超出值总和应不大于5%。

为了直观反映砂的级配情况,也可用级配曲线来评定砂的颗粒级配。以累计筛余百分率为纵坐标,以筛孔尺寸为横坐标,按表2.2的规定值绘出1、2、3三个级配区的筛分曲线,如图2.5所示。将筛分析试验的各筛累计筛余标注在图2.5中,连线并判断此筛分曲线落在哪个级配区。

图2.5　砂的级配曲线(www.xing528.com)

【例2.1】　对某工地的用砂试样进行筛分析试验,筛孔尺寸由大到小的分计筛余量分别为20g、70g、80g、100g、150g、60g,筛底为20g,试计算其细度模数并判定级配情况。

解：(1)计算分计筛余百分率及累计筛余百分率,计算结果见表2.3。

表2.3　分计筛余与累计筛余计算结果

(2)计算其细度模数(Mx)：采用式(2.1)计算细度模数：

Mx为2.3～3.0,故此砂为中砂。

(3)评定级配：因各筛的累计筛余百分率与表2.2进行对照,可得出该砂级配属于2区范围,级配良好。

2.1.2.2　含泥量、石粉含量和泥块含量

含泥量是指天然砂中粒径小于75μm 的颗粒含量；石粉含量是指机制砂中粒径小于75μm 的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm,经水洗手捏后小于600μm 的颗粒含量。当含泥量多时,会降低骨料与水泥石的黏结力、混凝土强度和耐久性,并增加混凝土的干缩。石粉会增大混凝土拌合物需水量,影响混凝土和易性,降低混凝土强度。泥块对混凝土性能的影响比泥及石粉更大,因此泥、石粉、泥块的含量需满足表2.4的规定。

表2.4　砂的含泥量、石粉含量和泥块含量

注　本表引自《建设用砂》(GB/T14684—2011)。
①　此指标根据使用地区和用途,经试验验证,可由供需双方协商确定。

2.1.2.3　有害物质含量

砂中有害物质包括有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物、贝壳等,这些有害物质会妨碍水泥水化或降低骨料与水泥石黏附性,以及能与水泥水化产物产生不良化学反应,因此有害物质的含量应符合表2.5的规定。

表2.5　砂的有害物质限量

注　本表引自《建设用砂》(GB/T14684—2011)。
①　该指标仅适用于海砂,其他砂种不作要求。

2.1.2.4　坚固性

砂的坚固性是指砂在自然风化和其他物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。天然砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行试验,砂的质量损失应符合表2.6中的规定。机制砂除了需采用硫酸钠溶液法进行试验检验砂的质量损失外,还需采用压碎指标法测定单级最大压碎指标,其值应符合表2.7中的规定。

表2.6　砂的坚固性指标

注　本表引自《建设用砂》(GB/T14684—2011)。

表2.7　砂的压碎指标

注　本表引自《建设用砂》(GB/T14684—2011)。

2.1.2.5　碱骨料反应

碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物,在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。当对砂的碱活性有怀疑或长期处于潮湿环境的重要混凝土结构所用的砂,应进行碱活性检验,对于有预防混凝土碱骨料反应要求的工程,不宜采用有碱活性的砂。砂经碱骨料反应试验后,试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象,在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。

2.1.2.6　表观密度、松散堆积密度、空隙率

《建设用砂》(GB/T14684—2011)规定,砂表观密度不小于2500kg/m3,松散堆积密度不小于1400kg/m3,空隙率不大于44%。