特细砂的颗粒形态分析及特细砂混凝土试验研究

邵欣　汪彭生　章环境　蔡小麟

摘要：特细砂已经演化成为一种建筑资源。利用扫描电镜，从微观的角度研究特细砂颗粒形貌，并配制特细砂混凝土及砂浆作为试验辅助研究。结果表明：辽河特细砂颗粒微观形貌凹凸不平，棱角较多，表面粗糙，因此比表面积大，在配制混凝土时需水量大，这个影响在砂浆中尤为显著。

关键词：特细砂；颗粒形态；扫描电镜；混凝土；砂浆

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0048-02

细骨料是建筑工程材料混凝土的重要组成部分，其一般为粒径0.150～4.750 mm的砂，其中细度模数小于1.5、且平均粒径小于0.250 mm的砂称为特细砂。细骨料的几何性质包括颗粒形状、颗粒直径、颗粒级配等，这些性质不仅会影响混凝土拌合物的和易性与流动性，而且还会影响混凝土的抗压抗折等力学性能。有相关研究表明，细骨料的颗粒形态和表面结构对混凝土的工作性能和力学性能具有重要影响。

1 特细砂颗粒扫描电镜样品制备

在辽河中下游两处河砂产地采集特细砂样本，编号分别为A，B。研究表明，该地区特细砂粒径基本小于0.600 mm，粒度过细，且每一粒径范围内颗粒含量差距很大，经过筛分试验和颗粒级配，其细度模数分别为1.012，1.375。A砂中0.075～0.180 mm间的颗粒含量占整体含量的比重较大，粒度分布均匀性较差；而B砂各个粒径范围内都有一定含量的颗粒，粒度分布较A砂均匀。张颖对辽河特细砂颗粒的表面形态及几何形态进行了研究，得到辽河特细砂具有明显的分形特征。本试验在此基础上，对这两种砂样用电镜扫描，分析特细砂表面的微观结构。

1） 扫描电镜样品制备。特细砂颗粒样品制备与混凝土碎片样品的制备方法相同。由于样品质地粗糙，采用双喷技术以提高导电性。即先喷一层碳层作为导电底层，然后在高真空的条件下继续喷涂一层铂金，使碎片的凸、凹部分均能覆盖，从而达到既增强导电性、又提高显微图象质量的目的。

2） 扫描电子显微镜试验。将制备好的样品进行扫描电镜试验，放大不同的倍数做细微观察，并拍照。扫描电子显微镜为美国FEI公司生产的QUANTA600型号，分辨率为3.5 nm，可以进行高低真空及环境扫描，加速电压为0.2～30.0 kV，马达台参数为X=Y=150 mm，Z=60 mm，T= -10～+60°，R=360°，旋转类型为连续旋转。

2 扫描电镜试验结果及分析

细骨料颗粒的微观形态对混凝土和砂浆的各方面性能具有重要影响。利用扫描电镜分别对A，B两个砂样进行表面微观结构和形态的分析，将A，B两个砂样分别放大1 000倍和2 000倍进行观测，结果如图1和图2所示。本次试验观测了许多样品，这里仅列出图中2个。

图1中（a）为A砂样放大1 000倍的微观结构图，可以看出A砂表面含有少量的颗粒杂质，凹凸不平，但是整体是很接近于圆形的，棱角较多但较为圆滑；（b）为A砂样放大2 000倍的微观结构图，可以看到有细微的裂缝，表面较为平整光滑。图2中（a）为B砂样放大1 000倍的微观结构图，可以看出颗粒表面杂质较多，十分接近于球体；（b）为B砂样放大2 000倍的微观结构图，可以看出颗粒表面较为平整，相比A砂样粗糙一些，不密实，没有大的凹凸不平。在配制混凝土或者砂浆之前，最好用水将砂子清洗一下，因为这些砂子上面的杂质会影响水泥与砂子的粘结，使水泥与砂子之间产生缝隙。

本试验选取A，B两种特细砂作为辽河特细砂的观测样品，以得出辽河特细砂的一些普遍的规律。从图片及上述分析中可以看出：虽然A，B两种砂样都接近于圆形，但A砂样有很多、很大的凸起、凹陷及棱角存在，而B砂样是特别粗糙。同时，在特细砂混凝土工程以及试验中，也证实特细砂混凝土和砂浆的流动性要比中砂和粗砂好一些，这均是得益于特细砂颗粒的微观形态。加上特细砂表面凹凸比较明显，即从微观角度解释了辽河特细砂比表面积大的原因，使得在配制特细砂混凝土的时候需水量大。

3 特细砂与中砂混凝土及砂浆对比试验分析

分别配制中砂和特细砂混凝土（以中砂混凝土作为对照组），具体配合比及混凝土试块抗压强度见表1。

表1中的抗压强度为3块混凝土试块的平均抗压强度。配制特细砂混凝土时需要遵守低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量取代这4个基本原则，在某些特定工程中还应该适当加入一些外加剂。本试验为了体现特细砂混凝土与中砂混凝土的对比性，其水灰比与砂率都选取一样的，并且没有加入掺和料和外加剂。

试验中发现，虽然采用相同的用水量，但中砂混凝土的坍落度较特细砂混凝土大一些，流动性较好。同时发现，在水灰比较低时，特细砂在配制混凝土时流动性不好，加入减水剂后有所改善。所以通常需要在特细砂混凝土中加入一些碱水剂，以解决特细砂混凝土用水量大的问题，达到施工中所必要的工作性能。在抗压强度方面，中砂混凝土的早期抗压强度和28 d的抗压强度都比特细砂混凝土的大。

4 结论

扫描电镜在研究特细砂微观结构方面具有非常直观的效果。通过对辽河流域特细砂进行颗粒表面微观结构的观察得知，辽河区域特细砂形状接近于圆形，并且颗粒表面有凹凸不平的棱角或非常粗糙，有少许杂质。该结果从微观角度说明了辽河特细砂比表面积大的原因，因此辽河特细砂在配制特细砂混凝土或砂浆的时候需水量较多。

通过混凝土试验发现，特细砂颗粒微观形貌决定颗粒形态差异，不仅影响配制混凝土及砂浆时的用水量，还影响到混凝土与砂浆的抗压强度。尤其是特细砂砂浆受此影响很大，导致其抗压强度很低。

参考文献

[1] 徐定华，冯文元.混凝土材料实用指南[M].北京：中国建材工业出版社，2005.

[2] 陈云波，徐培涛.水泥颗粒形貌的表征及其研究方法[J].水泥，2003（2）：17-19.

[3] 温喜廉，欧阳东，李建友.细骨料颗粒形貌特征、显微及微观结构研究[J].混凝土，2013（6）：62-66.

Abstract： The superfine sand has evolved into a building resource. In this paper， the scanning electron microscopy is applied to observe the superfine sand from a micro scope， and make superfine sand concrete and mortar as experimental test. The results show that the superfine sand in Liao River has more uneven edges and corners and rough surface， so the specific surface area is big. Therefore water demand is big when it is used in the preparation of superfine sand concrete， and the effect in the superfine sand mortar is particularly significant.

Key words： superfine sand； particle morphology； scanning electron microscopy； concrete； mortar

摘要：特细砂已经演化成为一种建筑资源。利用扫描电镜，从微观的角度研究特细砂颗粒形貌，并配制特细砂混凝土及砂浆作为试验辅助研究。结果表明：辽河特细砂颗粒微观形貌凹凸不平，棱角较多，表面粗糙，因此比表面积大，在配制混凝土时需水量大，这个影响在砂浆中尤为显著。

关键词：特细砂；颗粒形态；扫描电镜；混凝土；砂浆

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0048-02

细骨料是建筑工程材料混凝土的重要组成部分，其一般为粒径0.150～4.750 mm的砂，其中细度模数小于1.5、且平均粒径小于0.250 mm的砂称为特细砂。细骨料的几何性质包括颗粒形状、颗粒直径、颗粒级配等，这些性质不仅会影响混凝土拌合物的和易性与流动性，而且还会影响混凝土的抗压抗折等力学性能。有相关研究表明，细骨料的颗粒形态和表面结构对混凝土的工作性能和力学性能具有重要影响。

1 特细砂颗粒扫描电镜样品制备

在辽河中下游两处河砂产地采集特细砂样本，编号分别为A，B。研究表明，该地区特细砂粒径基本小于0.600 mm，粒度过细，且每一粒径范围内颗粒含量差距很大，经过筛分试验和颗粒级配，其细度模数分别为1.012，1.375。A砂中0.075～0.180 mm间的颗粒含量占整体含量的比重较大，粒度分布均匀性较差；而B砂各个粒径范围内都有一定含量的颗粒，粒度分布较A砂均匀。张颖对辽河特细砂颗粒的表面形态及几何形态进行了研究，得到辽河特细砂具有明显的分形特征。本试验在此基础上，对这两种砂样用电镜扫描，分析特细砂表面的微观结构。

1） 扫描电镜样品制备。特细砂颗粒样品制备与混凝土碎片样品的制备方法相同。由于样品质地粗糙，采用双喷技术以提高导电性。即先喷一层碳层作为导电底层，然后在高真空的条件下继续喷涂一层铂金，使碎片的凸、凹部分均能覆盖，从而达到既增强导电性、又提高显微图象质量的目的。

2） 扫描电子显微镜试验。将制备好的样品进行扫描电镜试验，放大不同的倍数做细微观察，并拍照。扫描电子显微镜为美国FEI公司生产的QUANTA600型号，分辨率为3.5 nm，可以进行高低真空及环境扫描，加速电压为0.2～30.0 kV，马达台参数为X=Y=150 mm，Z=60 mm，T= -10～+60°，R=360°，旋转类型为连续旋转。

2 扫描电镜试验结果及分析

细骨料颗粒的微观形态对混凝土和砂浆的各方面性能具有重要影响。利用扫描电镜分别对A，B两个砂样进行表面微观结构和形态的分析，将A，B两个砂样分别放大1 000倍和2 000倍进行观测，结果如图1和图2所示。本次试验观测了许多样品，这里仅列出图中2个。

图1中（a）为A砂样放大1 000倍的微观结构图，可以看出A砂表面含有少量的颗粒杂质，凹凸不平，但是整体是很接近于圆形的，棱角较多但较为圆滑；（b）为A砂样放大2 000倍的微观结构图，可以看到有细微的裂缝，表面较为平整光滑。图2中（a）为B砂样放大1 000倍的微观结构图，可以看出颗粒表面杂质较多，十分接近于球体；（b）为B砂样放大2 000倍的微观结构图，可以看出颗粒表面较为平整，相比A砂样粗糙一些，不密实，没有大的凹凸不平。在配制混凝土或者砂浆之前，最好用水将砂子清洗一下，因为这些砂子上面的杂质会影响水泥与砂子的粘结，使水泥与砂子之间产生缝隙。

本试验选取A，B两种特细砂作为辽河特细砂的观测样品，以得出辽河特细砂的一些普遍的规律。从图片及上述分析中可以看出：虽然A，B两种砂样都接近于圆形，但A砂样有很多、很大的凸起、凹陷及棱角存在，而B砂样是特别粗糙。同时，在特细砂混凝土工程以及试验中，也证实特细砂混凝土和砂浆的流动性要比中砂和粗砂好一些，这均是得益于特细砂颗粒的微观形态。加上特细砂表面凹凸比较明显，即从微观角度解释了辽河特细砂比表面积大的原因，使得在配制特细砂混凝土的时候需水量大。

3 特细砂与中砂混凝土及砂浆对比试验分析

分别配制中砂和特细砂混凝土（以中砂混凝土作为对照组），具体配合比及混凝土试块抗压强度见表1。

表1中的抗压强度为3块混凝土试块的平均抗压强度。配制特细砂混凝土时需要遵守低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量取代这4个基本原则，在某些特定工程中还应该适当加入一些外加剂。本试验为了体现特细砂混凝土与中砂混凝土的对比性，其水灰比与砂率都选取一样的，并且没有加入掺和料和外加剂。

试验中发现，虽然采用相同的用水量，但中砂混凝土的坍落度较特细砂混凝土大一些，流动性较好。同时发现，在水灰比较低时，特细砂在配制混凝土时流动性不好，加入减水剂后有所改善。所以通常需要在特细砂混凝土中加入一些碱水剂，以解决特细砂混凝土用水量大的问题，达到施工中所必要的工作性能。在抗压强度方面，中砂混凝土的早期抗压强度和28 d的抗压强度都比特细砂混凝土的大。

4 结论

扫描电镜在研究特细砂微观结构方面具有非常直观的效果。通过对辽河流域特细砂进行颗粒表面微观结构的观察得知，辽河区域特细砂形状接近于圆形，并且颗粒表面有凹凸不平的棱角或非常粗糙，有少许杂质。该结果从微观角度说明了辽河特细砂比表面积大的原因，因此辽河特细砂在配制特细砂混凝土或砂浆的时候需水量较多。

通过混凝土试验发现，特细砂颗粒微观形貌决定颗粒形态差异，不仅影响配制混凝土及砂浆时的用水量，还影响到混凝土与砂浆的抗压强度。尤其是特细砂砂浆受此影响很大，导致其抗压强度很低。

参考文献

[1] 徐定华，冯文元.混凝土材料实用指南[M].北京：中国建材工业出版社，2005.

[2] 陈云波，徐培涛.水泥颗粒形貌的表征及其研究方法[J].水泥，2003（2）：17-19.

[3] 温喜廉，欧阳东，李建友.细骨料颗粒形貌特征、显微及微观结构研究[J].混凝土，2013（6）：62-66.

Abstract： The superfine sand has evolved into a building resource. In this paper， the scanning electron microscopy is applied to observe the superfine sand from a micro scope， and make superfine sand concrete and mortar as experimental test. The results show that the superfine sand in Liao River has more uneven edges and corners and rough surface， so the specific surface area is big. Therefore water demand is big when it is used in the preparation of superfine sand concrete， and the effect in the superfine sand mortar is particularly significant.

Key words： superfine sand； particle morphology； scanning electron microscopy； concrete； mortar

摘要：特细砂已经演化成为一种建筑资源。利用扫描电镜，从微观的角度研究特细砂颗粒形貌，并配制特细砂混凝土及砂浆作为试验辅助研究。结果表明：辽河特细砂颗粒微观形貌凹凸不平，棱角较多，表面粗糙，因此比表面积大，在配制混凝土时需水量大，这个影响在砂浆中尤为显著。

关键词：特细砂；颗粒形态；扫描电镜；混凝土；砂浆

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0048-02

细骨料是建筑工程材料混凝土的重要组成部分，其一般为粒径0.150～4.750 mm的砂，其中细度模数小于1.5、且平均粒径小于0.250 mm的砂称为特细砂。细骨料的几何性质包括颗粒形状、颗粒直径、颗粒级配等，这些性质不仅会影响混凝土拌合物的和易性与流动性，而且还会影响混凝土的抗压抗折等力学性能。有相关研究表明，细骨料的颗粒形态和表面结构对混凝土的工作性能和力学性能具有重要影响。

1 特细砂颗粒扫描电镜样品制备

在辽河中下游两处河砂产地采集特细砂样本，编号分别为A，B。研究表明，该地区特细砂粒径基本小于0.600 mm，粒度过细，且每一粒径范围内颗粒含量差距很大，经过筛分试验和颗粒级配，其细度模数分别为1.012，1.375。A砂中0.075～0.180 mm间的颗粒含量占整体含量的比重较大，粒度分布均匀性较差；而B砂各个粒径范围内都有一定含量的颗粒，粒度分布较A砂均匀。张颖对辽河特细砂颗粒的表面形态及几何形态进行了研究，得到辽河特细砂具有明显的分形特征。本试验在此基础上，对这两种砂样用电镜扫描，分析特细砂表面的微观结构。

1） 扫描电镜样品制备。特细砂颗粒样品制备与混凝土碎片样品的制备方法相同。由于样品质地粗糙，采用双喷技术以提高导电性。即先喷一层碳层作为导电底层，然后在高真空的条件下继续喷涂一层铂金，使碎片的凸、凹部分均能覆盖，从而达到既增强导电性、又提高显微图象质量的目的。

2） 扫描电子显微镜试验。将制备好的样品进行扫描电镜试验，放大不同的倍数做细微观察，并拍照。扫描电子显微镜为美国FEI公司生产的QUANTA600型号，分辨率为3.5 nm，可以进行高低真空及环境扫描，加速电压为0.2～30.0 kV，马达台参数为X=Y=150 mm，Z=60 mm，T= -10～+60°，R=360°，旋转类型为连续旋转。

2 扫描电镜试验结果及分析

细骨料颗粒的微观形态对混凝土和砂浆的各方面性能具有重要影响。利用扫描电镜分别对A，B两个砂样进行表面微观结构和形态的分析，将A，B两个砂样分别放大1 000倍和2 000倍进行观测，结果如图1和图2所示。本次试验观测了许多样品，这里仅列出图中2个。

图1中（a）为A砂样放大1 000倍的微观结构图，可以看出A砂表面含有少量的颗粒杂质，凹凸不平，但是整体是很接近于圆形的，棱角较多但较为圆滑；（b）为A砂样放大2 000倍的微观结构图，可以看到有细微的裂缝，表面较为平整光滑。图2中（a）为B砂样放大1 000倍的微观结构图，可以看出颗粒表面杂质较多，十分接近于球体；（b）为B砂样放大2 000倍的微观结构图，可以看出颗粒表面较为平整，相比A砂样粗糙一些，不密实，没有大的凹凸不平。在配制混凝土或者砂浆之前，最好用水将砂子清洗一下，因为这些砂子上面的杂质会影响水泥与砂子的粘结，使水泥与砂子之间产生缝隙。

本试验选取A，B两种特细砂作为辽河特细砂的观测样品，以得出辽河特细砂的一些普遍的规律。从图片及上述分析中可以看出：虽然A，B两种砂样都接近于圆形，但A砂样有很多、很大的凸起、凹陷及棱角存在，而B砂样是特别粗糙。同时，在特细砂混凝土工程以及试验中，也证实特细砂混凝土和砂浆的流动性要比中砂和粗砂好一些，这均是得益于特细砂颗粒的微观形态。加上特细砂表面凹凸比较明显，即从微观角度解释了辽河特细砂比表面积大的原因，使得在配制特细砂混凝土的时候需水量大。

3 特细砂与中砂混凝土及砂浆对比试验分析

分别配制中砂和特细砂混凝土（以中砂混凝土作为对照组），具体配合比及混凝土试块抗压强度见表1。

表1中的抗压强度为3块混凝土试块的平均抗压强度。配制特细砂混凝土时需要遵守低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量取代这4个基本原则，在某些特定工程中还应该适当加入一些外加剂。本试验为了体现特细砂混凝土与中砂混凝土的对比性，其水灰比与砂率都选取一样的，并且没有加入掺和料和外加剂。

试验中发现，虽然采用相同的用水量，但中砂混凝土的坍落度较特细砂混凝土大一些，流动性较好。同时发现，在水灰比较低时，特细砂在配制混凝土时流动性不好，加入减水剂后有所改善。所以通常需要在特细砂混凝土中加入一些碱水剂，以解决特细砂混凝土用水量大的问题，达到施工中所必要的工作性能。在抗压强度方面，中砂混凝土的早期抗压强度和28 d的抗压强度都比特细砂混凝土的大。

4 结论

扫描电镜在研究特细砂微观结构方面具有非常直观的效果。通过对辽河流域特细砂进行颗粒表面微观结构的观察得知，辽河区域特细砂形状接近于圆形，并且颗粒表面有凹凸不平的棱角或非常粗糙，有少许杂质。该结果从微观角度说明了辽河特细砂比表面积大的原因，因此辽河特细砂在配制特细砂混凝土或砂浆的时候需水量较多。

通过混凝土试验发现，特细砂颗粒微观形貌决定颗粒形态差异，不仅影响配制混凝土及砂浆时的用水量，还影响到混凝土与砂浆的抗压强度。尤其是特细砂砂浆受此影响很大，导致其抗压强度很低。

参考文献

[1] 徐定华，冯文元.混凝土材料实用指南[M].北京：中国建材工业出版社，2005.

[2] 陈云波，徐培涛.水泥颗粒形貌的表征及其研究方法[J].水泥，2003（2）：17-19.

[3] 温喜廉，欧阳东，李建友.细骨料颗粒形貌特征、显微及微观结构研究[J].混凝土，2013（6）：62-66.

Abstract： The superfine sand has evolved into a building resource. In this paper， the scanning electron microscopy is applied to observe the superfine sand from a micro scope， and make superfine sand concrete and mortar as experimental test. The results show that the superfine sand in Liao River has more uneven edges and corners and rough surface， so the specific surface area is big. Therefore water demand is big when it is used in the preparation of superfine sand concrete， and the effect in the superfine sand mortar is particularly significant.

Key words： superfine sand； particle morphology； scanning electron microscopy； concrete； mortar