對混凝土用細骨料篩分試驗方法的辨析

李俊毅，李曉明，劉德政，祝善鵬，于春江，喬小雨，張學(xué)治，曹允光

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461；3.中交一航局第一工程有限公司，天津300456；4.中交一航局第二工程有限公司，山東青島266071；5.中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116083；6.中交一航局第四工程有限公司，江西南昌330100；7.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島066002；8.中交一航局城市交通工程有限公司，天津300457）

0 引言

骨料（又稱集料）是混凝土的主要組成材料之一，在混凝土中起骨架作用。粒徑5 mm以上稱為粗骨料；粒徑5 mm以下稱為細骨料。普通混凝土用粗骨料為碎石和卵石，細骨料為砂。普通混凝土中細骨料絕對體積約占混凝土總體積的20%～33%[1]，細骨料不僅影響混凝土的強度，也影響混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)性能。

為了合理選擇、使用和保證所配制混凝土用細骨料的質(zhì)量，建筑科學(xué)研究院建筑材料研究室在1961年就開始進行混凝土試驗方法的編制工作，于1963年將《混凝土集料與混凝土試驗方法》[2]刊印出來供各地參考。國家建筑工程總局于1979年批準(zhǔn)了中國建筑科學(xué)研究院領(lǐng)銜編制的《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》，其編號為JGJ 52—79[3]，這是我國有關(guān)混凝土用砂的第一部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，改革開放的深入及砂資源的變化，又及時先后進行了兩次修訂，中華人民共和國建設(shè)部批準(zhǔn)了JGJ 52—92《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》[4]和JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[5]。

其他行業(yè)如水利電力部委員會1960年審定的《水工建筑物混凝土及鋼筋混凝土工程施工技術(shù)暫行規(guī)范》的附錄中列出的試驗方法包含“砂料顆粒級配試驗”，其編號301-60，該方法于1961年4月經(jīng)水利電力部批準(zhǔn)試行[6]。

此外，由中國砂石協(xié)會領(lǐng)銜編制了GB/T 14684—1993《建筑用砂》[7]，這是第一部關(guān)于砂產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)，使砂產(chǎn)品的質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理有了依據(jù)，滿足了我國各項建設(shè)需要的同時也推動了砂產(chǎn)品的進步。該標(biāo)準(zhǔn)也進行了兩次修訂，形成了GB/T 14684—2001《建筑用砂》[8]和GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》[9]。

上述行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)實施以來，對于控制砂的生產(chǎn)和保證混凝土工程質(zhì)量起到了積極的推動作用。但在實際檢驗中，也暴露出一些問題，遇到一些困惑。筆者根據(jù)多年試驗操作經(jīng)驗以及與其他技術(shù)、試驗人員對細骨料試驗的若干問題或疑問進行了深入的探討，同時對試驗方法提出了意見和建議，以引起更多同行工作者、試驗操作技術(shù)人員對現(xiàn)行有效的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)JGJ 52—2006和GB/T 14684—2011執(zhí)行的重視。本文著重辨析細骨料篩分試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，促進相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和正確使用。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

GB/T 14684—2011是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其源于上位法《中華人民共和國產(chǎn)品質(zhì)量法》，而JGJ 52—2006是施工使用規(guī)范，其源于上位法《中華人民共和國建筑法》，見表1。兩者緊密相連又有原則區(qū)別，前者要服務(wù)于后者。砂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的驗收點定于砂裝車前，砂的使用品質(zhì)考核點定于工地砂石堆積場，由于用砂量大，在裝卸運輸過程中砂品質(zhì)難免有所波動，為此應(yīng)該規(guī)定砂的出廠品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)總體要略嚴(yán)于砂石工地堆場的使用品質(zhì)水平。

表1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍釋義Table 1 Interpretation of applicable scope of relevant standards

GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[10]第7.2.4條明確指出，混凝土原材料中細骨料質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 52，但現(xiàn)在有些建設(shè)工程行業(yè)直接采用GB/T 14684—2011，就顯得選擇有些不符。

2 樣品的取樣與縮分

2.1 樣品的取樣

JGJ 52—2006和GB/T 14684-2011都規(guī)定了對砂樣品的取樣方法，基本一致，其中“在料堆上取樣：取樣部位應(yīng)均勻分布，取樣前先將取樣部位表層鏟除，然后從不同部位隨機抽取大致相等量的砂8份，組成一組樣品”。此描述有些簡單，建議借鑒美國材料試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D75—2014《骨料取樣實施規(guī)程》[11]，進行補充描述。取樣前先將取樣部位被風(fēng)和雨等影響的外層除去；取樣點位置至少距離料堆底面75 mm；采用直徑約30 mm、長至少2 m的取樣管，取樣管的材質(zhì)可以是鋁、PVC或其他結(jié)實的材料，取樣管插入料堆取樣，能夠得到料堆里面的樣品。

2.2 樣品的縮分

JGJ 52—2006和GB/T 14684—2011都規(guī)定了對砂樣品采用人工四分法縮分，基本一致，即“將樣品至于平板上，在自然潮濕狀態(tài)下拌合均勻，并堆成厚度約為20 mm的圓餅，取其對角的兩份重新拌勻，再堆成圓餅裝，重復(fù)上述過程，直至把樣品縮分后的材料量略多于進行試驗所需量為止”。此描述有些簡單，建議借鑒ASTM C702—2011《骨料樣品縮分至試驗用量的操作規(guī)程》[12]，進行補充描述。所用平板應(yīng)該干凈；樣品應(yīng)翻轉(zhuǎn)3次以上，堆成圓錐體，壓平至成直徑與厚度比例為4～8倍的圓餅，把圓餅劃割分成四等份，清除對角的兩份，包括細料，并用刷子清除干凈，剩余對角的兩份再重復(fù)上述過程，直至把樣品縮分至試驗所需量為止。

3 試驗篩系列

ISO 6274：1982[13]對骨料的篩分方法規(guī)定用方孔篩，見表2。

表2 試驗篩篩孔尺寸Table 2 Test sieve aperture sizes mm

歐盟國家采用ISO A系列的篩孔尺寸；美國、英國、日本等多數(shù)國家多采用ISO B系列的篩孔尺寸；我國是編制ISO 6274：1982的成員國，JGJ 52—2006和GB/T 14684—2011采用ISO B系列，SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》[14]采用ISO C系列或ISO B系列篩。GB/T 6003.1—2012《試驗篩 技術(shù)要求和檢驗 第1部分：金屬絲編織網(wǎng)試驗篩》[15]和GB/T 6003.2—2012《試驗篩 技術(shù)要求和檢驗 第2部分：金屬穿孔板試驗篩》[16]中的R40/3系列篩相當(dāng)于ISO B系列篩，GB/T 6003.1和GB/T 6003.2中的R20系列篩相當(dāng)于ISO C系列篩，見表2。

4 試驗篩的篩分介質(zhì)

混凝土細骨料篩分試驗所用試驗篩的篩分介質(zhì)是金屬絲編織網(wǎng)和穿孔板。根據(jù)GB/T 6005—2008《試驗篩 金屬絲編織網(wǎng)、穿孔板和電成型薄板 篩孔的基本尺寸》[17]，試驗篩用金屬絲編織網(wǎng)和穿孔板的篩孔基本尺寸，對于金屬絲編織網(wǎng)：從125 mm～20 μm；對于穿孔板：方孔從125～4 mm，圓孔從125～1 mm，因此只有符合GB/T 6003.1—2012標(biāo)準(zhǔn)金屬絲編織網(wǎng)試驗篩篩孔尺寸125 mm～20 μm的試驗篩；符合GB/T 6003.2—2012金屬穿孔板試驗篩篩孔尺寸125～1 mm的圓孔試驗篩和篩孔尺寸125～4 mm的方孔試驗篩，也就是說穿孔板試驗篩方孔尺寸不得小于4 mm。對現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 52—2006和現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684—2011而言，細骨料篩分析用試驗篩均為方孔篩，篩孔尺寸4.75 mm及以上篩應(yīng)為穿孔板篩，篩孔尺寸2.36～0.150 mm及以下篩應(yīng)為編織網(wǎng)篩，見表3。此外也要注意到ASTM C136—05《細骨料及粗骨料篩分析的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》[18]只用金屬編織網(wǎng)篩。建議對細骨料篩分試驗所用試驗篩的篩分介質(zhì)應(yīng)該統(tǒng)一一致了，避免有的用編織網(wǎng)篩，有的用穿孔板篩，都使用一種編制網(wǎng)篩，減少試驗誤差，便于試驗管理。

表3 試驗篩的篩分介質(zhì)要求Table 3 Requirements for medium of test sieves

5 試驗篩的篩余量

5.1 試驗篩篩余量的控制要求

細骨料試樣在各號篩上最大篩余量的允許值見表4。JGJ 52—2006與GB/T 14684—2011中的最大篩余量計算公式不同，用JGJ 52—2006的最大篩余量公式計算結(jié)果比用GB/T 14684—2011的最大篩余量公式計算結(jié)果要小，說明JGJ 52—2006要求更嚴(yán)，其更適合用于混凝土施工原材料中細骨料的質(zhì)量檢驗，而GB/T 14684—2011主要適合用于砂產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗。

表4 在各號篩上最大篩余量允許值要求Table 4 Requirements for maximum allowable quantity of material retained on a sieve

查得ASTM C136—76《細骨料及粗骨料篩分析的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》[19]，其中規(guī)定對于細集料篩分析采用篩框直徑203.2 mm（8 in.）篩時，在各號篩上最大篩余量的允許值為200 g，這是有對應(yīng)的因果關(guān)系的。但我國有些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)卻曾經(jīng)沒有條件約束地廣泛采用這個200 g限值，至今SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》還在采用，還是有慣性的。

ASTM C136—05規(guī)定對篩框φ203.2 mm和φ304.8 mm（12 in.）篩的有效篩分表面直徑規(guī)定分別為最小190.5 mm和292.1 mm，其面積A分別為2.85×104mm2和6.70×104mm2。JGJ 52—2006對篩框規(guī)定用φ300 mm或φ200 mm，而GB/T 14684—2011沒有對此做出規(guī)定。GB/T 6003.1—2012和GB/T 6003.2—2012規(guī)定，對篩框φ300 mm或φ200 mm篩的有效篩分表面直徑規(guī)定分別為最小285 mm和185 mm，其對應(yīng)的面積A分別為6.38×104mm2和2.69×104mm2，當(dāng)然試驗方法應(yīng)該取此值。

ISO 6274：1982規(guī)定，當(dāng)篩孔尺寸≤4.00 mm時，才用最大篩余量計算公式進行計算，即適用于ISO A系列篩，進一步分析認為對ISO B系列篩篩孔尺寸≤2.36 mm、對ISO C系列篩篩孔尺寸≤2.50 mm才進行計算，然而JGJ 52—2006與GB/T 14684—2011并沒有對此說明。JGJ 52—2006與GB/T 14684—2011分別選擇性引用了ISO 6274：1982中最大篩余量計算公式。對于常用的φ200 mm和φ300 mm框各號篩上最大篩余量的允許值計算結(jié)果列于表5。

表5 在各號篩上最大篩余量的允許值計算結(jié)果Table 5 Calculation results of maximum allowable quantity of material retained on a sieve g

若用φ200 mm框的篩子，用表5的計算值進行試驗控制，幾乎所有砂子在篩孔尺寸300 μm和150 μm的篩上需要二次篩分，用φ300 mm框的篩子，將只有少數(shù)細砂的試樣需要二次篩分[20]，因此建議多采用φ300 mm框的篩子，例如JTS/T 236—2019《水運工程混凝土試驗檢測技術(shù)規(guī)范》對細骨料篩分析就規(guī)定只用φ300 mm框的篩子[21]。

JGJ 52和GB/T 14684中都規(guī)定準(zhǔn)確稱取的篩分試樣量均為500 g，分析表5中帶下劃線數(shù)據(jù)，認為表5中超過500 g的計算結(jié)果為無用數(shù)據(jù)，另外表5中接近及超過200 g的計算結(jié)果有1/3以上，都比被替代的標(biāo)準(zhǔn)JGJ 52—79和GB/T 14684—1993規(guī)定的最大200 g要求接近或超過很多，當(dāng)采用φ300 mm框的篩子時突顯現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對試驗過程控制放松了?？磥碛霉接嬎愠鰜淼闹挡惶糜?，建議再次修訂標(biāo)準(zhǔn)時，從嚴(yán)要求，可列出具體數(shù)值，并使其較為規(guī)整，簡單實用，便于記憶，尤其對采用φ300 mm框的篩子時更為實用，見表6。

表6 在各號篩上建議最大篩余量的允許值Table 6 Maximum allowable quantity recommended of material retained on a sieve g

5.2 試驗篩篩出量控制的操作要求

自JGJ 52—79發(fā)布以來JGJ 52和GB/T 14684均規(guī)定，砂樣先機篩10 min，再按篩孔大小順序逐個手篩，篩至每分鐘每個篩子試樣通過量不超過試樣總量的0.1%時為止，即最后手篩至每分鐘通過量不超過0.5 g時為止，但對每個篩子最后手篩的至少時間沒有給出。

ISO 6274：1982中5.2.4規(guī)定：“繼續(xù)篩分直到查明（經(jīng)測定得知）每一單獨的篩在持續(xù)手篩1 min所得通過量小于試樣總量的0.1%為止，不能用手強迫材料通過篩子，但對于較大顆?？捎檬謫为毜負艿胶Y子上?！边@表明最后的手篩對每一個篩子都要至少持續(xù)篩1 min，這個規(guī)定動作不能少。

ASTM C136—05中8.4規(guī)定，連續(xù)篩分足夠的時間，一手握篩向上運動，一手拍打，每分鐘拍打150次，每拍打25次，將篩旋轉(zhuǎn)1/6角度，篩至每分鐘每個篩子試樣通過量不超過該篩子篩余量的1%時為止。釋義：ASTM C136—05的對細骨料篩分的規(guī)定都源于篩框直徑203.2 mm（8 in.）篩為基礎(chǔ)的，將篩子旋轉(zhuǎn)一周的時間為1 min；ASTM標(biāo)準(zhǔn)和其他標(biāo)準(zhǔn)的試驗篩篩出量控制的操作要求是不同的，而且提醒機篩時，延長時間以實現(xiàn)充分的篩分，但超過大約10 min可能會導(dǎo)致樣品損壞，應(yīng)該引起注意。

文獻[6]規(guī)定，用搖篩機篩分，如果沒有搖篩機，可直接手篩，篩至每分鐘過篩量不超過篩余量1%時為止。文獻[2]指出：“將試料放于最上面篩上之后，把蓋子蓋緊，注意勿使砂在振蕩中飛散出篩外，開動機器，振蕩15 min，如用手篩時，須篩至每分鐘通過量小于篩余量的1%?！鼻拜叺闹腔郏覀円惨紤]一下。

因此建議JGJ 52和GB/T 14684要明確控制篩出量更為具體合理簡單明了的要求和最后手篩動作及其時間的要求。例如，采用φ300 mm框的篩子，機篩7 min，再手篩來證明篩至每分鐘每個篩子試樣通過量不超過試樣總量的0.1%為止，怎樣把樣品高效地“篩透了”，值得積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

6 篩后試樣質(zhì)量變化率

JGJ 52—2006、GB/T 14684—2011和ISO 6274：1982都規(guī)定，篩后各篩篩余量和底盤剩余量之和與原試樣質(zhì)量之差不得超過1%，應(yīng)該是質(zhì)量變化率絕對值≤1%。由于JGJ 52與GB/T 14684中試樣量均為500 g，則誤差可達±5 g，這個誤差還是比較大的，尤其正偏差這么大更不合理。ASTM C136—05則規(guī)定，篩后各篩篩余量和底盤剩余量之和與原試樣質(zhì)量之差不得超過0.3%。結(jié)合目前實際試驗水平，建議篩后各篩篩余量和底盤剩余量之和與原試樣質(zhì)量的質(zhì)量變化率范圍為+0.3%～-0.5%，經(jīng)計算并采用GB/T 8170—2008《數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定》[22]進行數(shù)值修約，篩后各篩篩余量和底盤剩余量之和范圍為（502～498）g，即（500±2）g。

7 顆粒級配區(qū)的評價

細度模數(shù)和顆粒級配是兩個概念，在標(biāo)準(zhǔn)中是兩個指標(biāo)，細度模數(shù)是算出來的，顆粒級配是查表出來的。砂的實際累計篩余與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的累計篩余相比，除篩孔尺寸4.75 mm和600 μm篩的累計篩余外，其余各篩的累計篩余都可稍有超出，但總超出量應(yīng)≤5%。砂的顆粒級配是按篩孔尺寸600 μm篩的累計篩余區(qū)分顆粒級配區(qū)的，當(dāng)然篩孔尺寸600 μm篩的實際累計篩余是不能有超范圍的。時至今日，仍然有人誤認為每個篩的累計篩余不應(yīng)超過5%，無形中造成把一些不合格的砂判為合格的砂了。例如，對某一砂樣按JGJ 52—2006進行級配區(qū)評價，篩孔尺寸600 μm篩的實測累計篩余47%，在Ⅱ區(qū)要求累計篩余70%～41%內(nèi)，此砂為Ⅱ區(qū)，但Ⅱ區(qū)篩孔尺寸2.36 mm篩要求累計篩余25%～0%，實測累計篩余29%，則超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4%，而且Ⅱ區(qū)篩孔尺寸300 μm篩要求累計篩余92%～70%，實測累計篩余68%，則超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2%，應(yīng)將超出的4%和2%相加為6%，就超出了總量的5%，雖然分別超出的4%和2%沒有超出5%，但還應(yīng)正確評價該砂顆粒級配不合格。對此應(yīng)該引起足夠的重視。

8 細度模數(shù)的兩次試驗結(jié)果之差

JGJ 52和GB/T 14684都規(guī)定了對細度模數(shù)的計算方法，完全一致，即“細度模數(shù)取2次試驗結(jié)果的平均值，精確到0.1；當(dāng)2次試驗所得的細度模數(shù)之差大于0.20時，應(yīng)重新試驗。”但ASTMC33—86《混凝土用骨料標(biāo)準(zhǔn)》[23]規(guī)定：對于持續(xù)給定來源的細骨料，其細度模數(shù)的變化不應(yīng)超過基礎(chǔ)細度模數(shù)的0.20；基礎(chǔ)細度模數(shù)應(yīng)從以前的試驗中測定，如果沒有以前的試驗結(jié)果，按順序取前10個試樣的細度模數(shù)的平均值；如果細度模數(shù)與選擇混凝土比例時假設(shè)的數(shù)值相差超過0.20，則應(yīng)拒收細骨料，除非對混凝土比例進行適當(dāng)調(diào)整以補償級配差異。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對一個樣品兩次試驗所得的細度模數(shù)之差允許最大值0.20似乎有些大，放寬了試驗精度要求，不利于砂的質(zhì)量控制和應(yīng)用。文獻[6]和文獻[2]指出：“兩次試驗結(jié)果細度模數(shù)相差超過0.1時，試驗應(yīng)該重做?！苯ㄗh考慮降低兩次試驗結(jié)果細度模數(shù)之差的允許值。

9 結(jié)語

通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，提出了上述研討內(nèi)容，有待不斷積累細骨料篩分試驗的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)問題，研討技術(shù)，規(guī)范操作，精益求精，促進混凝土細骨料篩分試驗方法的進步。