混凝土用砂石相关标准存在的问题与思考

2017-08-27王敏罗作球孟刚张凯峰吴超刘磊

商品混凝土 2017年8期

关键词：筛孔石粉砂石

王敏，罗作球，孟刚，张凯峰，吴超，刘磊

（中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710100）

技术版

混凝土用砂石相关标准存在的问题与思考

王敏，罗作球，孟刚，张凯峰，吴超，刘磊

（中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710100）

本文通过比较不同国家标准对混凝土用砂石的规定，发现混凝土砂、石标准的主要质量指标存在的区别与问题。对于骨料级配，主要分析对比 Ⅱ 区中砂。通过国内外砂石标准对比出现的问题进行分析与思考，提出新的技术要求。

砂石；骨料；级配；石粉含量；压碎指标

天然砂石是不可再生资源，伴随天然砂石资源逐渐大量使用的状况，为了满足建设用砂石的需求，扩大混凝土用砂石的来源范围，机制砂石逐渐成为混凝土生产的主要砂石源。而我国砂石质量差，级配不合理、空隙率比较高、粒形复杂，对建设用的混凝土和易性产生不利影响，同时对混凝土的力学性能和耐久性造成影响。对于骨料级配，现行规范中认为 Ⅱ 区中砂更适合配制混凝土。目前国内外砂石规范中，对于骨料级配和骨料粒形规定比较宽泛，且对混凝土性能的影响没有明确的规定。

本文对比国内外砂石相关标准，包括国内标准和国外标准，国内标准具体有：JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石质量及检验标准》、GB/T 14684—2011《建设用砂》、GB/T 14685—2011《建设用碎石、卵石》、SL 352—2006《水工混凝土试验规程》、CECS 104— 99《高强混凝土结构技术规程》和 DB 24 016—2010《贵州省山砂混凝土技术规程》，国际标准具体有：ISO 6274《混凝土—骨料筛分析》、美国 ASTMC 33-03，ASTM C33-01《混凝土集料标准规范》、英国 BS 882∶1992《混凝土用天然集料规范》、日本 JISA 5005-1993《混凝土用碎石及碎砂》、德国 DIN 4226-1∶2001《混凝土和灰浆集料》、澳大利亚 AS 2758.1-1998《工程应用骨料和岩石》和欧标 BSENl 2620∶2002《混凝土用骨料》，通过对国内外砂石的研究与分析，对相关标准中骨料级配、砂石指标、石粉含量及砂的压碎指标方面存在的问题进行了思考与分析，并提出了新的技术要求，希望为砂石相关标准的制定与修订提供参考。

1 术语

相关标准对砂石的相关术语列于表 1。

表 1 砂石标准的术语

2 骨料级配

骨料的颗粒级配即不同粒径的砂相互搭配的情况。砂的粗细程度分为粗、中、细、特细四级。良好的级配能使砂的孔隙率和总表面积均减少，从而在保证良好施工性能的前提下，使混凝土胶凝材料浆量减少，并能提高混凝土密实性、强度和耐久性。

JGJ 52—2006 明确规定砂筛采用方孔筛，代替了圆孔筛。大量的试验表明方孔筛的细度模数一般要比圆孔筛细度模数稍大，两者相差 0.1。一般情况下，方孔筛和圆孔筛试验两者允许误差 0.2 的范围内，且大量试验验证筛孔形状的改变不会对骨料级配数产生较大影响。

国际上对各行业的试验筛有统一的标准，ISO/ TC171 水泥和混凝土委员会 1982 年制定 ISO 6274，对骨料的筛分方法规定混凝土骨料中颗粒级分布的方孔筛方法，如表 2 试验用筛筛孔尺寸。

表 2 ISO 6274 试验用筛筛孔尺寸

从表 2 试验用筛筛孔尺寸中可以看出，发达国家（如美国、英国、欧盟国家等）骨料颗粒级配范围差异不大，其中欧盟宜采用 A 系列的筛孔尺寸；美国、英国、日本等发达国际及多数国家多采用 B 系列的筛孔尺寸；我国 GB/T 14684—2011、GB/T 14685—2011 标准均采用 B 系列，SL 352—2006 中骨料试验筛采用 C系列。A/B/C 系列均未对筛孔尺寸 150mm、120mm 的试验筛提出技术要求，且筛孔大于尺寸 150mm 时，筛孔尺寸偏差及测试时的金属丝直径，都需要我们重新思考，选择合适的方法去衡量。各国对于中砂级配的要求如表 3 所示。

从表 3 中可以看到，总体上看，各国对于砂级配控制范围宽泛，相比之下，英国对中砂的要求最为宽泛；美国、日本及中国对于中砂级配控制范围较小。

根据表 3 可以看出，GB/T 14684—2011 对于人工砂 0.15mm 的筛孔尺寸通过百分率为 6%～20%，相比其他国家高点，说明 0.15 mm 尺寸以下颗粒很多，而0.6mm 的筛孔尺寸通过百分率为 30%～59%，相比其他国家低点，说明 0.6mm 尺寸以下颗粒很少。GB/T 14684—2011 规定的 0.15～0.6 mm 通过百分率不合理，会造成机制砂级配中出现“两头大、中间小”的问题，且筛孔尺寸 0.15～0.6 mm 之间的颗粒含量对混凝土的工作性、抹面和泌水有很大的影响，因此 Ⅱ 区机制砂级配规定应该中降低 0.15mm 通过百分率，增大 0.6mm的通过百分率，避免颗粒的不均匀性。推荐使用 JGJ 24—2011标准中 0.15mm 通过百分率为 0～10%，生产混凝土可提高工作性能。

表 3 各国规范对中砂级配的规定

3 国内外相关混凝土砂石指标

现代混凝土技术的高速发展，在建筑施工中高强度等级、高性能的混凝土使用越来越频繁，C60 以上混凝土对砂、石的质量要求，人们也越来越关注。为了满足工程使用的要求，各国对混凝土砂石指标的要求如表 4所示。

根据混凝土强度等级不同，砂石指标有所差异。从表 4 可以看出，在 C60 级混凝土相比之下，国外对砂、石中含泥量极限值更加宽松。相同的砂，我国考虑到地质条件下对实际含泥的影响状况，同时考虑到在运输过程中对砂产生的一定污染状况，因此 JGJ 52—2006将混凝土含泥量定在≤2% 是合理的。相同的石，我国所测针片状含量远远小于英国所测值，即使生产采用针片状含量较低、但粒径不好的碎石，也会对混凝土性能造成一定的影响。因此在针片状之外提出更为严格的粒形控制指标，是很有必要的。通过研究发现骨料不规则颗粒对混凝土和易性和强度确实有很大影响，当骨料不规则颗粒含量超过 30% 时，混凝土各项性能出现明显下降。反过来，如果骨料粒形效果好，混凝土各项性能都能提高，所以应该提出骨料不规则颗粒含量建议不大于 20%[1]。

4 石粉含量

表 4 混凝土砂石指标最严格的上限值

混凝土中使用的天然砂是一种不可再生的资源，经过亿万年的时间才能形成。随着现在建设规模的扩大，对混凝土的质量要求越来越严格，优质的天然砂资源紧缺，同时可持续发展战略逐步实施，“人工砂高强混凝土”、“人工砂流态混凝土”、“高性能人工砂混凝土”的相继完成，使用人工砂代替天然砂的局面已成为砂行业未来发展的趋势。

人工砂含有石粉，是由岩石经开采（爆破）—机械破碎—筛分而成的、小于 0.075mm 的颗粒。石粉是一种掺入水泥中不参与水化反应、比表面积较大的惰性物质。石粉具有完整的微级配、粗糙的表面、较高的表面能和亲水性，在混凝土的界面起到很好的填充效应、晶核效应、活性效应等作用，同时石粉能够使浆体密实，孔隙率减少，使水化物结晶颗粒尺寸变小，取向程度下降，降低骨料周围浆体的试剂水灰比，从而改善了混凝土的和易性。不同的标准对石粉含量的要求如表 5 所示。

从表 5 可以看出，国内石粉在 C10 以下的强度等级生产混凝土时，一般水泥用量少，从而弥补了人工砂和易性差的弊端，因此标准从 C20 强度等级混凝土石粉含量开始要求是符合要求的。考虑到采矿时土层没有彻底清除干净，有残留物或者人工砂中夹有泥土的状况，JGJ 52—2006 标准要求人工砂或混合砂需先经过亚甲蓝法判定石粉含量，来满足对混凝土耐久性设计的要求是比较合理的。国外标准对石粉含量的要求如表 6 所示。

与国内相比，国外标准对石粉含量的限制范围比较宽。一方面各个国家标准对细骨料级配有所不同，配制混凝土有工作性时，可以通过引气、增加水泥或者矿物掺合料等方法改善细粉的问题；另一方面欧洲国家对石粉含量没有严格限制，欧洲标准化委员会（CEN）于 2002 年 10 月 1 日批准的《混凝土用骨料》（BSENl2620∶2002）规定，允许粉体含量超过限定范围，该等级和含量由生产厂家决定。