土木工程材料（第4版）：砂的细骨料性质

砂、石是混凝土中的填充料，称为骨料（也称集料）。混凝土所用的骨料按粒径大小分为粗骨料和细骨料。粒径在4.75 mm以下者为细骨料，包括天然砂和人工砂。天然砂是由自然条件作用而形成，按其产源不同，可分为山砂、河砂和海砂。人工砂由岩石经机械破碎、筛分制成（机制砂）或由机制砂和天然砂混合制成。配制混凝土所采用的细骨料的质量要求有以下几个方面：

（1）有害杂质

配制混凝土的细骨料要求清洁不含杂质，骨料中有害物质一般是指妨害水泥水化、凝结、削弱水泥石与骨料的黏结，影响混凝土体积稳定性或与水泥水化产物发生化学反应而产生不良影响的物质，包括黏土淤泥、有机杂质（如动植物遗骸等）、硫化物及硫酸盐、氯化物、云母及煤炭等。

黏土淤泥和云母黏附于骨料表面或夹杂其中，严重降低水泥与骨料的黏结强度，从而降低混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，增大混凝土的收缩。有机杂质、硫化物及硫酸盐等对水泥石有腐蚀作用，从而影响混凝土的性能。氯盐会引起钢筋锈蚀。因此，以上这些有害物质在骨料中的含量都应限制。根据《建设用砂》（GB/T 14684—2011），砂中杂质含量见表5.2和表5.3，坚固性指标见表5.4。

表5.2　有害杂质含量

注：Ⅰ类砂宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类砂宜用于强度等级C30~C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类砂宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。

表5.3　人工砂或混合砂中石粉含量

表5.4　砂的坚固性指标

（2）颗粒形状及表面特征

细骨料的颗粒形状及表面特征会影响其与水泥的黏结及混凝土拌合物的流动性。山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥黏结较好，用它拌制的混凝土强度较高，但拌合物的流动性较差；河砂、海砂其颗粒多呈圆形，表面光滑，与水泥的黏结较差，所拌制的混凝土的强度较低，但拌合物的流动性较好。

（3）砂的粗细程度及颗粒级配

砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂和特细砂之分。在相同质量条件下，颗粒越细，则比表面积越大；砂的比表面积越大，则在混凝土中需要包裹砂粒表面的水泥浆就越多。当混凝土拌合物的流动性要求一定时，用粗砂拌制的混凝土比用细砂所需的水泥浆为省，但若砂过粗，虽能减少水泥用量，但拌合物的黏聚性较差，容易产生离析。因此，用于拌制混凝土的砂既不宜过粗，也不宜过细。

砂的颗粒级配是指颗粒大小的搭配情况。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，可达到空隙率及总表面积均较小，这样的砂不仅水泥浆用量较小，还可提高混凝土的密实性与强度。因此，在拌制混凝土时，应同时考虑砂的粗细程度和颗粒级配这两个因素，不能仅用粗细程度这一指标作为评判依据。控制砂的颗粒级配和粗细程度有很重要的技术及经济意义。

图5.2反映了骨料颗粒的级配情况，图（a）表示同样粗细的砂，其空隙最大；图（b）表示如果用两种粒径的砂搭配，其空隙减少；而图（c）表示三种粒径的砂搭配，其空隙更小。

图5.2　骨料颗粒级配(www.xing528.com)

砂的颗粒级配和粗细程度常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。细度模数越大，表示砂子越粗，反之越细。筛分析的方法是用一套孔径（净尺寸）为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15 mm的标准筛，将500 g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂的质量，并计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5和a6（各筛上的筛余量占砂样总量的百分率）及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率相加在一起）。累计筛余与分计筛余的关系见表5.5。

表5.5　累计筛余与分计筛余的关系

注：ai=mi/500。

细度模数μf按下式计算：

砂的粗细程度按细度模数μf分为粗、中、细、特细四级，μf值在3.7~3.1的砂为粗砂，在3.0~2.3的砂为中砂，在2.2~1.6的砂为细砂，在1.5~0.7的砂为特细砂。

砂的细度模数并不能反映级配优劣。细度模数相同的砂，其级配可能相差很大。因此，评定砂的质量应同时考虑砂的级配。

根据《建筑用砂》（GB/T 14684—2011）对细度模数为3.70~1.6的普通混凝土用砂，按0.60 mm筛孔的累计筛余百分率分成三个级配区（表5.6），砂子的颗粒级配应符合表5.6中的任何一个级配区内。砂的实际颗粒级配与表5.6是所列的累计筛余百分率对照，除4.75 mm和0.60 mm筛号外，其余各筛的累计筛余允许有少量超出分区界线，但超出总量不应大于5%。以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，根据表5.6规定可画出砂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级配区的筛分曲线，如图5.3所示。

表5.6　砂的颗粒级配区划分

续表

图5.3　砂级配区筛分曲线

过粗的砂（细度模数大于3.7）配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，且内摩擦力大，不易振捣成型；过细的砂（细度模数小于0.7）配制的混凝土，将增加较多的水泥用量，并且强度显著降低。这两种砂均未包括在级配区内。如果砂的天然级配不符合级配区的要求，就要采用人工级配的方法来改善，最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行试配，掺和使用。

拌制混凝土用砂一般选用级配符合要求的粗砂和中砂较理想。在工地附近只有细砂的情况下，只要级配符合要求，可在控制用砂量、用水量以及保证施工质量的前提下，利用细砂拌制混凝土。配制混凝土时，应优先采用Ⅱ区砂；当采用Ⅰ区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足和易性的要求；当采用Ⅲ区砂时，应适当降低砂率，以保证混凝土的强度。对于泵送混凝土，宜选用中砂。