细骨料技术性质测定及应用in建筑材料

任务目标

1.能够描述普通混凝土用细骨料技术性质测定的方法与步骤。

2.能够进行普通混凝土用细骨料技术性质判定。

3.能够对普通混凝土用细骨料技术性质进行相关工程应用。

熟悉混凝土用砂

基本知识

粒径为0.16～5 mm的骨料为细骨料（砂）。细骨料一般采用天然砂，它是岩石风化后所形成的大小不等、由不同矿物散粒组成的混合物，一般有河砂、海砂及山砂。配制混凝土时所采用的细骨料的质量要求：配制混凝土的细骨料要求清洁不含杂质，以保证混凝土的质量。而砂中常含有一些有害杂质，如云母、黏土、淤泥、粉砂等，黏附在砂的表面，妨碍水泥与砂的粘结，降低混凝土强度；同时，还增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低抗冻性和抗渗性。一些有机杂质、硫化物及硫酸盐，它们都对水泥有腐蚀作用。重要工程混凝土使用的砂，应进行碱活性检验，经检验判断为有潜在危害时，在配制混凝土时，应使用含碱量小于0.6%的水泥或采用能抑制碱骨料反应的掺合料，如粉煤灰等；当使用含钾、钠离子的外加剂时，必须进行专门试验。一般情况下，海砂可以配制混凝土和钢筋混凝土，但由于海砂含盐量较大，对钢筋有锈蚀作用，故在钢筋混凝土，海砂中氯离子含量不应超过0.06%（以干砂重的百分率计）。预应力混凝土不宜用海砂，若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于0.02%。有些杂质如泥土、贝壳和杂物可在使用前经过冲洗、过筛处理将其清除。特别是配制高强度混凝土时更应严格些。当用较高强度等级水泥配制低强度混凝土时，由于水胶比（水与水泥的质量比）大，水泥用量少，拌合物的和易性不好。这时，如果砂中泥土细粉多一些，则只要将搅拌时间稍加延长，就可改善拌合物的和易性。

细骨料的颗粒形状及表面特征会影响其与水泥的粘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，与水泥粘结较好，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，与水泥的粘结较差，用来拌制混凝土，混凝土的强度则较低，但拌合物的流动性较好。

混凝土用砂表观密度和堆积密度测定方法可参见《建设用砂》（GB/T 14684—2011）。

《建设用砂》

任务准备

（1）混凝土用砂表观密度测定用仪器：容积为500 mL的容量瓶、天平、烧杯、洁净水、干燥器、浅盘、铝制料勺、温度计等。

（2）混凝土用砂堆积密度测定用仪器：容量为1 L的容量筒、鼓风烘箱、天平、标准漏斗、直尺、浅盘、毛刷等。

（3）计算机、演示文稿等。

任务组织

（1）五人一组。每组按照不同的情景模拟分别进行混凝土用砂表观密度测定实训、混凝土用砂堆积密度测定实训（也可借助仿真实训平台完成实训操作），并在此基础上对相关技术性质进行工程应用。

（2）完成一项实训操作之后，师生及时点评纠错，再进行第二项实训操作。

（3）每组完成后，其他组同学对其进行点评和补充。

注意事项

（1）主讲人注意着装、语言组织与表达、体态表达。

（2）注意组员之间的团队协作与沟通。

（3）鼓励团队构思创意、自主创新，在遇到问题时可以打破常规，寻求解决问题的新路径。

（4）树立良好的安全文明操作意识，注意在能力训练过程中追求精益求精，培养工匠精神。

（5）当测定砂的紧密堆积密度时，试样应分两次装入容量筒。装完第一层后，在筒底垫一根直径为10 mm的圆钢，按住容量筒，左右交替撞击地面各25次。然后装入第二层，装满后用同样的方法进行颠实（但所垫放圆钢的方向与第一层的方向垂直），再加试样直至超过筒口，然后用钢尺或直尺沿中心线向两个相反方向刮平，称出试样与容量筒的总质量记为G1，精确至1 g。

微课：砂的表观密度和堆积密度

任务训练流程

实训项目：混凝土用砂表观密度测定与应用

实训项目：混凝土用砂堆积密度测定与应用

续表

混凝土用砂的粗细程度及颗粒级配

基本知识

砂的颗粒级配，即表示砂大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙由水泥浆所填充。为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。如果是同样粗细的砂，空隙最大。两种粒径的砂搭配，空隙就减小；三种粒径的砂搭配，空隙就更小。由此可见，要想减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积越大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就越多。因此，用粗砂拌制混凝土比用细砂拌制混凝土所需的水泥浆要省。

因此，在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。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，则可达到空隙率及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实性与强度。可见控制砂的颗粒级配和粗细程度有重要的技术经济意义，因而，它们是评定砂质量的重要指标。仅用粗细程度这一指标不能作为判据。

在拌制混凝土时，砂的粗细程度和颗粒级配需要同时考虑。砂的粗细程度和颗粒级配通过筛分析法确定，其中，粗细程度用细度模数Mx来表示，颗粒级配用级配区来表示。

采用一套标准的方孔筛，孔径分别为4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.60 mm、0.30 mm和0.15 mm，称取式样500 g，将试样倒入孔径由大到小顺序叠放的套筛，加底盘后将试样倒入最上层4.75 mm孔径筛内，然后进行筛分，称取各号筛的筛余试样，质量精确至0.1 g，计算各筛上分计筛余百分率及累计筛余百分率，混凝土用砂的粗细程度和颗粒级测定方法可参见《建设用砂》（GB/T 14684—2011）。

分计筛与百分数与累计筛余百分数计算式见表3-1。

《建设用砂》

表3-1　分计筛与百分数累计筛余百分数计算式

细度模数Mx计算公式如下：

砂按细度模数Mx分为粗、中、细三种规格：

Mx=3.7～3.1为粗砂；

Mx=3.0～2.3为中砂；

Mx=2.2～1.6为细砂。

普通混凝土用砂以中砂较为适宜。

根据《建设用砂》（GB/T 14684—2011）规定，对细度模数为3.7～1.6的砂，按累计筛余百分率划分为三个级配区，见表3-2。

表3-2　砂颗粒级配区

混凝土用砂的颗粒级配，应处于表中的任何一个级配区内砂的实际颗粒级配除4.75 mm和600μm筛挡外，可略有超出，但各级累计筛余超出值总和应不大。

砂颗粒级配区中，1区砂颗粒较粗，宜用来配制水泥用量多（富混凝土）或低流动性普通混凝土；2区为中砂，粗细适宜，配制混凝土宜优先选用2区砂；3区颗粒偏细，所配混凝土拌合物黏聚性较大，保水性好，但硬化后干缩较大，表面易产生微裂缝，使用时，宜适当降低砂率。

如某筛分析试验结果见表3-3。

表3-3　砂样筛分析结果(www.xing528.com)

则其细度模数为

该砂细度模数为2.8，属于中砂。另外，其级配区间在2区内，级配良好，可以用于配制混凝土。

需要注意的是，如果砂子自然级配不合适，就要采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗砂、细砂按适当比例掺和使用，进行试配，以使其级配符合第2级配区要求。

任务准备

（1）混凝土用砂粗细程度及颗粒级配测定用仪器：天平、方孔套筛附有筛底和筛盖、摇筛机、烘箱等。

（2）计算机、演示文稿等。

任务组织

（1）五人一组。每组按照不同的情景模拟分别进行混凝土用砂粗细程度及颗粒级配测定实训（也可借助仿真实训平台完成实训操作），并在此基础上对相关技术性质进行工程应用。

（2）完成一项实训操作之后，师生及时点评纠错，再进行第二项实训操作。

（3）每组完成后，其他组同学对其进行点评和补充。

注意事项

（1）主讲人注意着装、语言组织与表达、体态表达。

（2）注意组员之间的团队协作与沟通。

（3）鼓励团队构思创意、自主创新，在遇到问题时可以打破常规，寻求解决问题的新路径。

（4）树立良好的安全文明操作意识，注意在能力训练过程中追求精益求精，培养工匠精神。

（5）混凝土用砂粗细程度及颗粒级配测定时，细度模数取两次平行试验结果的算术平均值，精确至0.1。当两次试验的细度模数之差超过0.20时，须重新试验。

微课：混凝土用砂的粗细程度与颗粒级配

任务训练流程

实训项目：混凝土用砂粗细程度及颗粒级配测定与应用

续表

混凝土用砂的有害杂质及砂的坚固性

基本知识

1.砂的有害杂质含量

配制混凝土的细骨料要求清洁不含杂质，以保证混凝土的质量。而砂中常含有一些有害杂质，如云母、黏土、淤泥、粉砂等，黏附在砂的表面，妨碍水泥与砂的粘结，降低混凝土强度；同时，还增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低抗冻性和抗渗性。因此，砂中含泥量和泥块含量需符合相关要求，见表3-4。

表3-4　砂中含泥量和泥块含量规定表

云母呈薄片状，表面光滑，与水泥粘结不牢，会降低混凝土的强度。有机物、硫化物和硫酸盐等对水泥均有腐蚀作用，其限量见表3-5。

表3-5　砂中有害物含量规定表

2.砂的坚固性

砂的坚固性指的是其在自然风化和其他外界物理、化学作用下抵抗破坏的能力，其在一定程度上决定了砂的耐久性。

（1）采用硫酸钠溶液法进行试验，砂的质量损失，见表3-6。

表3-6　坚固性指标

（2）机制砂除了要满足表3-6中的规定外，压碎指标还应满足表3-7的规定。

表3-7　压碎指标

任务准备

计算机、演示文稿等。

任务组织

（1）五人一组，其中一名学员担任组长，负责组织其余学员在日常生活、学习中，通过网络收集混凝土用砂相关的技术指标参数值，包括有害杂质含量、硫酸钠溶液循环后的质量损失率和人工砂的压碎指标值。

（2）每组按照各自收集的不同混凝土用砂相关的技术指标参数，进行混凝土用砂相关的技术性质的合格性判定，并在此基础上对相关技术性质进行工程应用。

（3）每组完成后，其他组同学对其进行点评和补充。

注意事项

（1）主讲人注意着装、语言组织与表达、体态表达。

（2）注意组员之间的团队协作与沟通。

（3）鼓励团队构思创意、自主创新，在遇到问题时可以打破常规，寻求解决问题的新路径。

（4）树立良好的安全文明操作意识，注意在能力训练过程中追求精益求精，培养工匠精神。

任务训练流程

实训项目：混凝土用砂相关技术性质判定与应用

问题情景

在工程应用中为什么要选择颗粒级配良好的砂？

砂的颗粒级配是指砂中粒径大小不同的颗粒的搭配情况。当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中粗颗粒及少量的细颗粒填充其空隙时，即具有良好的颗粒级配，可达到使砂的空隙率和总表面积均较小，这种砂是比较理想的。用这种级配良好的砂配制混凝土，不仅所用水泥浆量少，节约水泥，而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。