水利水電工程混凝土天然骨料中美試驗(yàn)規(guī)程比較

許仙娥，陳二軍，趙凌云

(1.北京中水科工程總公司，100048，北京；2.內(nèi)蒙古水利廳信息中心，010020，呼和浩特)

伴隨著中國改革開放和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的步伐，越來越多的國內(nèi)企業(yè)走向了國際市場，參與海外水利水電工程及其他巖土工程的建設(shè)。工程技術(shù)人員必須面對不同國家規(guī)程規(guī)范的差異及其給實(shí)際工作帶來的問題。本文就中國水利水電行業(yè)規(guī)范與美國EM和ASTM系列規(guī)范在混凝土骨料勘察方面的差異進(jìn)行比較，希望為中國從事國際工程勘察的技術(shù)人員提供參考。

一、混凝土骨料質(zhì)量要求

水利水電工程混凝土骨料勘察試驗(yàn)在國內(nèi)執(zhí)行《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)范》（SL 251—2015）和 《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352—2006），美國一般執(zhí)行ASTM系列規(guī)程和 《土建工程建筑用混凝土實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》（EM 1110-2-2000）， 兩者的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

國內(nèi)混凝土粗骨料級配選擇標(biāo)準(zhǔn)為：限制最大粒徑，達(dá)到最大混合密度或最小表面積，一般采用二級配、三級配或四級配，但各級粒徑組沒有具體的含量范圍。美國規(guī)范以列表形式給出粗骨料各粒徑組的含量要求。在細(xì)骨料級配方面，由于中美規(guī)范中的試驗(yàn)篩孔徑存在差異，各粒徑組的粒徑相應(yīng)不同，因此對各粒徑組的含量要求也略有差別。由于粒級劃分較細(xì)，內(nèi)容較多，對于每一粒徑組級配的具體要求不再詳述。

美國規(guī)范對粗細(xì)骨料的堆積密度、粗骨料的軟弱顆粒含量和壓碎指標(biāo)、砂的云母含量、硫酸鹽及硫化物含量沒有限制，但對粗骨料級配的要求更細(xì)致明確，粒徑組的分級更細(xì)，特別是5～20 mm之間的粒級劃分。EM 1110-2-2000指出，軟弱顆粒、黏土團(tuán)塊和輕物質(zhì)含量的試驗(yàn)結(jié)果大多只作為分析混凝土快速風(fēng)化和強(qiáng)度試驗(yàn)等結(jié)果的資料使用。國內(nèi)規(guī)范SL251—2015對磨耗損失率沒有要求。

表1 混凝土粗、細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)對比

同一個指標(biāo)，由于試驗(yàn)細(xì)節(jié)方面的差異或要求的不同，質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)限制也不完全一樣。

二、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差異

我國水利水電工程骨料試驗(yàn)執(zhí)行SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，美國執(zhí)行ASTM系列規(guī)程，現(xiàn)將同一類型試驗(yàn)項(xiàng)目存在的不同之處論述如下。

1.顆粒分析

兩國規(guī)范中，都使用方孔篩進(jìn)行骨料顆粒分析，但標(biāo)準(zhǔn)篩的孔徑有區(qū)別，對比如下。

國內(nèi)粗骨料標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑共6種，分別為 150（或 120）mm、80 mm、40 mm、20 mm、10 mm和5 mm；砂料標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑共 7種，分別為 10mm、5mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mm和0.16mm。

美國標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑共43種，分別為125mm、106mm、90mm、75mm、63mm、53 mm、45 mm、37.5 mm、31.5 mm、26.5 mm、22.4 mm、19.0 mm、16.0 mm、13.2 mm、11.2 mm、9.5 mm、8.0 mm、6.7 mm、5.6 mm、4.75 mm、4.00 mm、3.35 mm、2.80 mm、2.36 mm、2.00 mm、1.70 mm、1.40 mm、1.18 mm、1.00 mm、710 μm、600μm、500μm、425μm、335μm、300μm、250 μm、212 μm、180 μm、150 μm、125 μm、106μm、90μm及 75μm。另外常用但非標(biāo)準(zhǔn)篩徑有5種，分別為100mm、50 mm、25 mm、12.5 mm 和 6.3 mm。

可以看出，美國標(biāo)準(zhǔn)對顆粒尺寸的劃分更細(xì)致。在許多試驗(yàn)中，雖然試驗(yàn)程序和計算方法相同，但由于試驗(yàn)所采用的篩孔尺寸不同，導(dǎo)致試樣顆粒尺寸組成不同，使得試驗(yàn)成果也存在差異。

2.針片狀顆粒

美國EM 1110-2-2000和ASTM C 125規(guī)定：針狀顆粒為長度大于其所屬粒徑組平均篩孔孔徑的1.8倍，片狀顆粒為厚度小于其所屬粒徑組平均篩孔孔徑的0.6倍；中國SL 251—2015規(guī)定：針狀顆粒為長度大于該顆粒所屬粒級上、下限粒徑平均值的2.4倍，片狀顆粒為厚度小于該顆粒所屬粒級上、下限粒徑平均值的0.4倍。雖然兩國試驗(yàn)操作過程和計算方法一樣，但試驗(yàn)采用的規(guī)準(zhǔn)儀不同，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不同。此外，兩國規(guī)范中對針片狀顆粒含量的要求差別也很大，中國為不大于15%，美國為不大于25%。

3.表觀密度

美國ASTM C 127和C 128中，與國內(nèi)骨料表觀密度物理性質(zhì)指標(biāo)相對應(yīng)的指標(biāo)為相對密度或比重，具體分為飽和面干相對密度、烘干相對密度和表觀相對密度。經(jīng)對比試驗(yàn)操作和計算公式，國內(nèi)規(guī)范的表觀密度相當(dāng)于美國規(guī)范的表觀相對密度，國內(nèi)規(guī)范的飽和面干表觀密度相當(dāng)于美國規(guī)范的飽和面干相對密度。

中美規(guī)范中對砂料的試驗(yàn)方法基本相同，粗骨料的試驗(yàn)在稱重容器、試樣重量、試驗(yàn)步驟和飽和面干試樣處理方式幾個方面略有差異，詳見表2。

4.泥塊（團(tuán)、膜）含量

美國ASTM規(guī)范將中國試驗(yàn)規(guī)范中的“泥塊（團(tuán)、膜）含量”稱為“泥團(tuán)塊及易碎顆粒含量”，與中國試驗(yàn)規(guī)范SL 352—2006相比，除篩孔孔徑不同外，主要不同之處為：①試樣質(zhì)量要求不同，中國規(guī)范試驗(yàn)質(zhì)量約為ASTM規(guī)范的2倍；②ASTM規(guī)范試樣經(jīng)蒸餾水浸泡24±4 h之后，再用手捏碎，用濕分法撿出泥團(tuán)塊含量，中國SL 352規(guī)范無浸泡步驟，直接將試樣鋪開，檢出其中能用手捏碎的顆粒；③中國SL 352規(guī)范假設(shè)直徑1.18 mm以下的砂粒中無泥團(tuán)塊。因此使用美國ASTM規(guī)范撿出的泥塊含量可能比使用中國SL 352規(guī)范檢出的值偏高。

5.抗磨損試驗(yàn)

兩國規(guī)范中的磨損試驗(yàn)均采用洛杉磯磨耗試驗(yàn)，國內(nèi)試驗(yàn)所采用的儀器規(guī)格和試驗(yàn)程序均與美國的ASTM試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相同，但因標(biāo)準(zhǔn)篩的規(guī)格不同，試樣級配組成有所差異，特別是國內(nèi)5～10 mm粒徑組的顆粒，美國規(guī)范將之劃分為4.75～6.3 mm、6.3～9.5 mm 和 9.5～12.5 mm 三個粒徑組。試樣組成顆粒的尺寸大小對試驗(yàn)結(jié)果具有明顯影響。詳見表3。

6.堅固性試驗(yàn)

中美試驗(yàn)規(guī)范中，堅固性試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)程序基本一致，但試驗(yàn)操作過程中的細(xì)節(jié)和要求不盡相同。ASTM C 88規(guī)范所采用的試劑為硫酸鈉或硫酸鎂，配制溶液的水溫為25～30℃。國內(nèi)規(guī)范采用試劑為硫酸鈉，配制溶液的水溫為30～50℃。兩國規(guī)范中對配制的硫酸鈉溶液的密度要求相同。

表2 粗骨料表觀密度試驗(yàn)對比

表3 中美磨耗試驗(yàn)試樣粒徑組對應(yīng)關(guān)系

表4 粗骨料堅固性試驗(yàn)各級骨料取樣數(shù)量對比

兩國規(guī)范對粗骨料的質(zhì)量要求不一樣，如表4所示。

ASTM C 88規(guī)范中，每次循環(huán)浸泡時間均為 17±0.5 h，放在 110±0.5℃的烘箱中烘干24±1 h。國內(nèi)規(guī)范第1次循環(huán)浸泡20 h，放在105±0.5℃的烘箱中烘烤4 h，后4次循環(huán)浸泡和烘干時間均為4 h。

關(guān)于總損失百分率的計算方法，國內(nèi)規(guī)范采用加權(quán)平均值法，ASTM C 88規(guī)范是累加每一粒徑組的損失百分率與相應(yīng)的含量乘積。

三、結(jié) 語

水利水電工程混凝土天然骨料一般就近取材，絕大部分的試驗(yàn)項(xiàng)目只能在當(dāng)?shù)匚羞M(jìn)行。因此在國外工程項(xiàng)目投標(biāo)階段，需要明確骨料試驗(yàn)所要遵守的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。由于國內(nèi)的建筑材料試驗(yàn)規(guī)程沒有英文版，即使標(biāo)書中允許執(zhí)行國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，也難以在國外試驗(yàn)室按國內(nèi)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)。美國材料試驗(yàn)協(xié)會 (American Society for Testing and Materials,ASTM)前身是國際材料試驗(yàn)協(xié)會(International Association for Testing Materials,IATM)，ASTM 系 列 材 料 試驗(yàn)規(guī)范被許多國家廣泛認(rèn)可和采用，因此，從事海外工程的勘察技術(shù)人員，需要分清中美規(guī)范在混凝土骨料試驗(yàn)方面的差異，在工作量布置時避免試驗(yàn)項(xiàng)目重復(fù)或缺失，在對試驗(yàn)成果進(jìn)行解讀時，避免套用國內(nèi)判斷標(biāo)準(zhǔn)，對同一項(xiàng)目執(zhí)行同一系列標(biāo)準(zhǔn)。 ■