2.1　細(xì)骨料(砂)

2.1.1　細(xì)骨料的分類

細(xì)骨料按照產(chǎn)源分為天然砂和機(jī)制砂兩類,見圖2.1、圖2.2。

天然砂是自然生成的,經(jīng)人工開采和篩分的粒徑小于4.75mm巖石顆粒,包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂,但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的巖石顆粒。河砂、海砂長期受水流的沖刷作用,顆粒表面較光滑,比較潔凈,且產(chǎn)源較廣,但海砂中常含有貝殼碎片及可溶性鹽類有害雜質(zhì),會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。山砂是巖石風(fēng)化后在原地沉積形成的,顆粒棱角多,并含有黏土及有機(jī)雜質(zhì)等。

機(jī)制砂經(jīng)除土處理,由機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒,但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的巖石顆粒,俗稱人工砂。機(jī)制砂比較潔凈,富有棱角,但片狀顆粒及石粉含量較多。

目前,天然砂經(jīng)過多年不斷地開采,特別是在水利水電工程中砂的需求比較集中的地方,天然砂資源正在迅速減少,靠天然砂很難滿足工程要求,且為環(huán)境保護(hù)的需要,我國不少地區(qū)已出臺(tái)了限采或禁采天然砂的規(guī)定。因此,隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展,機(jī)制砂代替天然砂已成為必然的趨勢。

2.1.2　細(xì)骨料的技術(shù)要求

建設(shè)工程中混凝土用砂應(yīng)滿足《建設(shè)用砂》(GB/T14684—2011)規(guī)定的技術(shù)要求,按其技術(shù)要求砂可分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類三個(gè)類別。Ⅰ類宜用于強(qiáng)度等級(jí)大于C60的混凝土；Ⅱ類宜用于強(qiáng)度等級(jí)為C30～C60及抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；Ⅲ類宜用于強(qiáng)度等級(jí)小于C30的混凝土和建筑砂漿。建設(shè)用砂的技術(shù)要求包括以下幾方面。

2.1.2.1　粗細(xì)程度與顆粒級(jí)配

1.砂的粗細(xì)程度

砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂混合在一起后的總體粗細(xì)程度,用細(xì)度模數(shù)Mx表示。砂按細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)三種規(guī)格。

在相同質(zhì)量條件下,砂越粗,其表面積越小,砂越細(xì),其表面積越大。一般來說,在拌制混凝土?xí)r使用較粗的砂,則拌和用的水泥漿越少,但若砂過粗,易使混凝土拌合物產(chǎn)生離析、泌水等現(xiàn)象。因此,在選擇混凝土用砂時(shí),宜選擇中砂。

2.砂的顆粒級(jí)配

砂的顆粒級(jí)配是指粒徑大小不同的砂混合后的搭配情況,用級(jí)配區(qū)表示。

在混凝土中,砂粒間的空隙是由水泥漿所填充的,空隙率越小所需水泥漿越少。當(dāng)同等粒徑的砂堆積時(shí),空隙率最大；當(dāng)多種粒徑的砂堆積時(shí),空隙率較小(圖2.3)。因此,在選擇混凝土用砂時(shí),宜選擇大小砂粒混合后空隙最小的砂,即級(jí)配良好的砂。

在拌制混凝土?xí)r,應(yīng)同時(shí)考察砂的粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配兩項(xiàng)指標(biāo),因?yàn)樯暗募?xì)度模數(shù)只能反映顆粒的粗細(xì)程度,不能反映顆粒的級(jí)配情況,即使砂的細(xì)度模數(shù)相同,其級(jí)配也可能相差很大。只有選擇粗細(xì)程度適當(dāng)、顆粒級(jí)配良好的砂,才能使砂的空隙率和總表面積均較小,用這樣的砂來拌制混凝土,不僅可使水泥漿用量較小,還可提高混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度。

3.砂的粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配的評(píng)定方法

砂的粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配通常用篩分析方法進(jìn)行測定,并分別用細(xì)度模數(shù)(Mx)和級(jí)配區(qū)來表示。

篩分析方法是采用一套孔徑依次為9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的標(biāo)準(zhǔn)方孔篩(圖2.4),按照規(guī)定的試驗(yàn)方法稱取干砂試樣500g,將試樣倒入按孔徑大小從上到下組合的套篩(附篩底)上進(jìn)行篩分,稱取各篩上的篩余量Gi,根據(jù)各篩上的干砂質(zhì)量,計(jì)算各篩對(duì)應(yīng)的分計(jì)篩余和累計(jì)篩余(表2.1)。根據(jù)累計(jì)篩余可計(jì)算出砂的細(xì)度模數(shù)和劃分砂的級(jí)配區(qū),用以評(píng)定砂的粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配。

(1)砂的粗細(xì)程度評(píng)定。砂的細(xì)度模數(shù)(Mx)按式(2.1)計(jì)算

式中　　　　　　　　Mx——砂的細(xì)度模數(shù)；

A1、A2、A3、A4、A5、A6——4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、300μm、150μm篩的累計(jì)篩余百分率。

細(xì)度模數(shù)(Mx)越大,表示砂越粗。砂按細(xì)度模數(shù)(Mx)的大小可分為：粗砂(Mx＝3.7～3.1)、中砂(Mx＝3.0～2.3)、細(xì)砂(Mx＝2.2～1.6)。

(2)砂的顆粒級(jí)配評(píng)定。對(duì)于細(xì)度模數(shù)在3.7～1.6的砂,根據(jù)600μm篩孔的累計(jì)篩余量分成三個(gè)級(jí)配區(qū)(表2.2)。1區(qū)的砂屬于粗砂范疇,用其拌制混凝土?xí)r,保水性差,為滿足和易性要求,應(yīng)提高砂率并保持足夠的水泥用量；3區(qū)的砂屬于細(xì)砂范疇,用其拌制混凝土?xí)r,消耗的水泥用量較多,使用時(shí)宜適當(dāng)降低砂率,以保證混凝土強(qiáng)度；因此在拌制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用2區(qū)的砂。

砂的顆粒級(jí)配應(yīng)符合表2.2的規(guī)定,即將篩分析試驗(yàn)的各篩累計(jì)篩余與表2.2進(jìn)行對(duì)照,來判斷砂的級(jí)配是否符合要求。

為了直觀反映砂的級(jí)配情況,也可用級(jí)配曲線來評(píng)定砂的顆粒級(jí)配。以累計(jì)篩余百分率為縱坐標(biāo),以篩孔尺寸為橫坐標(biāo),按表2.2的規(guī)定值繪出1、2、3三個(gè)級(jí)配區(qū)的篩分曲線,如圖2.5所示。將篩分析試驗(yàn)的各篩累計(jì)篩余標(biāo)注在圖2.5中,連線并判斷此篩分曲線落在哪個(gè)級(jí)配區(qū)。

【例2.1】　對(duì)某工地的用砂試樣進(jìn)行篩分析試驗(yàn),篩孔尺寸由大到小的分計(jì)篩余量分別為20g、70g、80g、100g、150g、60g,篩底為20g,試計(jì)算其細(xì)度模數(shù)并判定級(jí)配情況。

解：(1)計(jì)算分計(jì)篩余百分率及累計(jì)篩余百分率,計(jì)算結(jié)果見表2.3。

(2)計(jì)算其細(xì)度模數(shù)(Mx)：采用式(2.1)計(jì)算細(xì)度模數(shù)：

Mx為2.3～3.0,故此砂為中砂。

(3)評(píng)定級(jí)配：因各篩的累計(jì)篩余百分率與表2.2進(jìn)行對(duì)照,可得出該砂級(jí)配屬于2區(qū)范圍,級(jí)配良好。

2.1.2.2　含泥量、石粉含量和泥塊含量

含泥量是指天然砂中粒徑小于75μm的顆粒含量；石粉含量是指機(jī)制砂中粒徑小于75μm的顆粒含量；泥塊含量是指砂中原粒徑大于1.18mm,經(jīng)水洗手捏后小于600μm的顆粒含量。當(dāng)含泥量多時(shí),會(huì)降低骨料與水泥石的黏結(jié)力、混凝土強(qiáng)度和耐久性,并增加混凝土的干縮。石粉會(huì)增大混凝土拌合物需水量,影響混凝土和易性,降低混凝土強(qiáng)度。泥塊對(duì)混凝土性能的影響比泥及石粉更大,因此泥、石粉、泥塊的含量需滿足表2.4的規(guī)定。

2.1.2.3　有害物質(zhì)含量

砂中有害物質(zhì)包括有云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽、氯化物、貝殼等,這些有害物質(zhì)會(huì)妨礙水泥水化或降低骨料與水泥石黏附性,以及能與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生不良化學(xué)反應(yīng),因此有害物質(zhì)的含量應(yīng)符合表2.5的規(guī)定。

2.1.2.4　堅(jiān)固性

砂的堅(jiān)固性是指砂在自然風(fēng)化和其他物理化學(xué)因素作用下抵抗破裂的能力。天然砂的堅(jiān)固性采用硫酸鈉溶液法進(jìn)行試驗(yàn),砂的質(zhì)量損失應(yīng)符合表2.6中的規(guī)定。機(jī)制砂除了需采用硫酸鈉溶液法進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)砂的質(zhì)量損失外,還需采用壓碎指標(biāo)法測定單級(jí)最大壓碎指標(biāo),其值應(yīng)符合表2.7中的規(guī)定。

2.1.2.5　堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指水泥、外加劑等混凝土組成物及環(huán)境中的堿與骨料中堿活性礦物,在潮濕環(huán)境下緩慢發(fā)生并導(dǎo)致混凝土開裂破壞的膨脹反應(yīng)。當(dāng)對(duì)砂的堿活性有懷疑或長期處于潮濕環(huán)境的重要混凝土結(jié)構(gòu)所用的砂,應(yīng)進(jìn)行堿活性檢驗(yàn),對(duì)于有預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)要求的工程,不宜采用有堿活性的砂。砂經(jīng)堿骨料反應(yīng)試驗(yàn)后,試件應(yīng)無裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象,在規(guī)定的試驗(yàn)齡期膨脹率應(yīng)小于0.10%。

2.1.2.6　表觀密度、松散堆積密度、空隙率

《建設(shè)用砂》(GB/T14684—2011)規(guī)定,砂表觀密度不小于2500kg/m3,松散堆積密度不小于1400kg/m3,空隙率不大于44%。