普通混凝土用细骨料(砂)的性质、质量标准、及其检测方法

普通混凝土是由水泥、砂、石、水、外加剂和外掺料组成的。混凝土的技术性质在很大程度上是由原材料的性质及其相对含量决定的，同时也与施工工艺（拌合、浇筑、养护等）有关。因此，了解各原材料的性质、作用及其质量要求，对合理选择材料及其保证混凝土的质量至关重要。砂、石在混凝土中起骨架作用，故称为骨料（集料）。砂子填充石子的空隙，砂、石构成的坚硬骨架可拟制由于水泥浆硬化和水泥石干燥而产生的收缩。混凝土中砂的作用是调节比例，使配合比最优，从而在少用水泥的情况下更好的发挥各种材料的作用。

一、混凝土用细集料（砂）基本类型及其性质 粒径为0.15～4.75的集料为细集料（砂）。砂按产源有天然砂或人工砂。天然砂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，一般有海砂、山砂及河砂。山砂的颗粒多具棱角，表面粗糙，与水泥黏结较好。河砂的颗粒多呈圆形，表面光滑，与水泥的黏结较差。因而在水泥用量相同的情况下，山砂拌制的混凝土流动性较差，但强度较高，而河砂则与之相反。人工砂是由人工采集的块石加工而成的，棱角多，较洁净，但造价高。工程中常选用河砂配制混凝土。混合砂是由人工砂和天然砂按一定比例混合制成的砂，它执行人工砂的技术要求和检测方法。把人工砂和天然砂相混合，可充分利用地方资源，降低机制砂的生产成本。一般在当地缺乏天然砂源时，可采用人工砂或混合砂。

根据砂用途将其分为三类：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（或建筑砂浆）。

二、混凝土用砂的质量标准

砂的质量要求主要有以下几个方面： （一）细度模数和颗粒级配

细度模数是表征天然砂粒径的粗细程度及类别的指标。砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体砂的粗细程度。建筑用砂通常分为粗、中、细三个级别。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子表面需用水泥浆包裹，以赋予流动性和黏结强度，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，反之越少。因此，一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用的水泥用量要省。

砂的颗粒级配，是指不同粒径砂颗粒的分布情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为节约水泥和提高混凝土强度，就应尽量减小空隙率。从表示砂颗粒级配的图3.1可以看出：如果用同样粒径的砂，空隙率最大（图3.1（a））；两种粒径的砂搭配起来，空隙率就减小（图3.1（b））；三种粒径的砂搭配，空隙率就更小（图3.1（c））。因此，要减小空隙率，就必须由大小不同的颗粒合理搭配。

图3.1 砂的颗粒级配

在拌制混凝土时，砂的粗细程度和颗粒级配应同时考虑。当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，则该种颗粒级配的砂，其空隙率及总表面积均较小，是比较理想的，不仅水泥用量少，而且还可以提高混凝土的密实性与强度。

砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析法进行测定。用细度模数表示砂的粗细程度，用级配区表示砂的级配。筛分析法，是用一套方孔公称直径为4.75mm、2.36mm、1.18mm、

0.60mm、0.30mm、0.15mm的标准筛，将经（105±5）℃的温度下烘干至恒重的500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂的质量，计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6（各筛上的筛余量除以砂样总量的百分率，精确至0.1%）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之和，精确至0.1%）。累计筛余百分率与分计筛余百分率的关系见表3.1。

表3.1 分计筛余与累计筛余的关系

筛孔公称直径 4.75mm 2.36mm 1.18mm 0.60mm 0.30mm 0.15mm 分记筛余（%） a1 a2 a3 a4 a5 a6 累计筛余（%） A1=a1 A2=a1 +a2 A3=a1 +a2+a3 A4=a1 +a2+a3+a4 A5=a1 +a2+a3+a4+a5 A6=a1 +a2+a3+a4+a5+a6 砂的粗细程度用细度模数MX表示，其计算公式为（精确至0.01）：

细度模数MX越大，表示砂越粗。建筑用砂规定：MX=3.7～3.1为粗砂，MX=3.0～2.3为中砂，MX=2.2～1.6为细砂，MX=1.5～0.7为特细砂。

根据0.60mm筛孔的累计筛余量（按质量计，%），将颗粒级配划分成三个级配区（见表3.2）。普通混凝土用砂的级配要符合级配要求的条件是：应处于表3.2中的任何一个级配区中。但砂的实际筛余率，除4.75mm和0.60mm筛号外，其余都允许稍有超出，但超出总量（几个粒级累计筛余百分率超出的和，或只是某一粒级的超出百分率）不应大于5%。

表3.2 砂颗粒级配

图3.2 砂的级配曲线

以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，根据表3.2的数值可以画出砂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级配区的筛分曲线（图3.2）。

配制混凝土时，宜优先选用Ⅱ区砂。当采用Ⅰ区砂时，应适当提高砂率，并保证足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度；当采用特细砂时，应符合相应的规定。

砂的细度模数相同，颗粒级配可以不同，所以配制混凝土选用砂时，应同时考虑砂的细度模数和颗粒级配。

在实际工程中，若砂的级配不合适，可采用人工掺配的方法来改善。即将粗、细砂按适当的比例进行掺和使用；或将砂过筛，筛除过粗或过细颗粒。

课堂检测

两种砂的级配相同，细度模数是否也相同？反之，两种砂的细度模数相同，级配是否也相同？

（二）含泥量、石粉含量和泥块含量

天然砂中含泥量指砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量；人工砂中石粉含量，是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量，是指砂中粒径大于1.18mm，经水洗手捏后小于0.60mm的颗粒含量。

天然砂中的含泥量影响混凝土的强度，天然砂中的泥与人工砂中石粉的成分不同，石粉能够完善混凝土中细集料的级配，提高混凝土的密实性，但含量也要进行控制。而泥和泥块对混凝土的抗压、抗渗、抗冻等均有不同程度的影响，尤其是包裹型泥更为严重。泥遇水成浆，胶结在砂石表面，不易分离，影响水泥与砂石的黏结力。天然砂的含泥量和泥块含量及人工砂的石粉含量和泥块含量应符合表3.3的规定。

表3.3 砂的含泥量、石粉含量、泥块含量及砂中有害物质含量

注：亚甲蓝试验是专门用于检测粒径小于0.075mm的物质，是属于纯石粉还是泥土的试验方法。

（三）有害物质含量

砂中有害物质包括有云母、硫化物与硫酸盐、氯盐和有机物等。砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。表面光滑的小薄片云母与水泥浆的黏结差，会影响混凝土的强度和耐久性。砂中如含有云母、有机物、硫化物及硫酸盐等，其含量应符合表3.3的规定。

（四）砂的坚固性

砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。天然砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，砂样经5次循环后，其质量损失应符合表3.4的规定。人工砂采用压碎指标反映其坚固性，人工砂总压碎值指标值测定不应超过表3.4的规定。

表3.4 砂的坚固性指标 项目 天然砂，质量损失（%）< 人工砂，单级最大压碎指标（%）< I 8 20 指标 II 8 25 III 10 30 （五）细集料（砂）物理性质 1.表观密度、堆积密度和空隙率

砂应满足表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。 2.含水状态

砂的含水状态分为干燥、气干、饱和面干及湿润状态。水工混凝土多以饱和面干状态作为基准状态设计配合比。工业与民用建筑中则习惯用干燥状态的砂（含水率小于5%）及石子（含水率小于2%）来设计配合比。

（六）碱-骨料反应 水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与砂中碱活性矿物在潮湿环境下会缓慢发生导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。对于长期处于潮湿环境的重要混凝土结构用砂，应进行骨料的碱活性检验。