砂子含泥量快速检测方法研究

杨俊芳 王伟鹏 孙中阳

摘 要： 现用的公路工程土建阶段的含泥量检测标准主要采用的是JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》，用筛洗法进行检测。本文就该检测方法进行研究，结合工程现场实际，提出快速检测方法，并就对实际应用效果进行分析。

关键词： 快速检测；砂子；含泥量

1.引言

随着基础设施建设投资的日益加大，混凝土的用量不断增加。砂是现代建筑施工中不可缺少的材料之一，也是混凝土中重要的材料组成。含泥量是混凝土用砂石骨料质量标准中一项重要的指标，含泥量高可能引起需水量的增加，使混凝土拌合物的工作性及混凝土强度受到影响，阻碍水泥与骨料胶结的充分发展，妨碍水泥的正常水化，或与水泥成分发生化学反应。在建筑施工中，砂浆、混凝土的性能受到砂含泥量、泥块含量等质量指标的影响，在国家、行业标准中，均有限制其含泥量、泥块含量的指标。对砂子含泥量检测是一项非常重要和频繁的工作。

2.工程背景

济源至山西阳城高速公路济源段全长约19.82公里，位于太行山南麓，起点位于晋豫两省交界处济源市王屋镇西坪村牛角洞附近的十里河特大橋终点处，北接山西省阳城至蟒河高速公路终点。本项目全线设置特大桥1座、大桥6座，隧道7座，互通式立交2处， 主线收费站1处，匝道收费站1处，隧道管理所1处，养护工区1处，路政管理所1处。

本项目分两个土建标段，共有4个拌和站，9个湿喷站，每天浇筑混凝土方量巨大，细集料消耗量巨大，且湿喷站料场规模不大，存料有限，因此几乎每天都有砂子进场，检测任务量大，且时间紧。若按照规范的要求进行试验，结果出来至少需要三天时间，将严重影响施工进度。由于砂子基本上都是天然材料，很多的因素都会影响到最终的材质，比如成因、产地、采集等，随着这些因素的变化砂子的材质会变的不同，很多时候都会遇到砂子含泥量超标的情况。在此种情况下，快速检测就十分有必要了。

3.含泥量快速检测方法思路

查阅相关文献发现，但凡快速检测技术，一般都有如下特点：（1）简单，速度快（2）样品不经前处理或经简单前处理或采用高效快速的样品前处理即可进行检测（3）方法准确， 灵敏度高， 能满足相关规定限量检测需要（4）方便易行，甚至可以实现自动化。本文据此进行快速检测方法探索。现用的公路工程土建阶段的含泥量检测标准主要采用的是JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》，用筛洗法进行检测。规范方法检测含泥量主要步骤（简化）如下面图框所示。

按规范方法试验耗时主要在：采用烘箱进行砂子烘干每次需要5-8小时，浸泡需要24小时。考虑通过改变原材烘干方法，减去浸泡环节从而节约时间来实现快速检测。

通过查阅文献，加上现实经验启发，考虑采用微波炉加热替代烘箱烘干原材。

4.含泥量快速检测方法研究

结合上述影响耗时的烘干时间和浸泡时间两个因素，本文进行了研究，试验中采用的主要仪器为电子天平、砂石料标准方孔筛和美的微波炉，原材料为每次现场取料，项目采用的细集料主要有南阳唐河砂、汝阳砂等，试验过程如下：

4.1烘干时间研究

根据常规思路考虑，影响烘干的主要因素有：细集料的质量，含水量及堆积状态。其中由于微波炉烘干细集料时，托盘容量有限，材料无法摊薄，试验中尽可能均匀分布，因此研究过程中，不考虑堆积状态。为了使得最短时间能够达到规范要求的烘干恒重状态，研究考虑从两方面着手：（1）采用相同质量下，不同含水量需要的烘干时间；（2）相同含水量下，不同质量需要的烘干时间。

（1）同质量，不同含水率

根据济阳高速现场用砂实际情况，材料进场时一般含水率在4%-6%之间。结合试验实际取样数量考虑，研究中采用每次烘干砂子质量为800g和1600g、含水率分别为2%、4%、6%、8%和10%进行测试。试验结果如下：

从图表中可以看出，两次试验中均有烘干时间随含水率增大而增加，但试验中所耗费的时间有限，且差别不大。

（2）同含水率，不同质量

为了能够保证材料能够完全烘干，研究所采用的相同含水率为最大值，即临近饱水状态（该砂含水率为21.3%），烘干时，用洗耳球吸出多余的水分即可。每次烘干砂子质量可取300g，600g，900g，1200g，1500g。部分试验结果如下：

小结：从测得数据来看，烘干不同质量的砂需要的时间会随质量的增大而增大，由于该时间无法做到更加精确的时间，但从数据上可以看出，不同质量砂烘干的时间相差不大。

综合上面多次试验结果可以看出：对烘干时间确定的过程中，质量及含水率对烘干时间有一定的影响，但之间的差异性不大，尤其在对刚水洗过的1500g砂子烘干时，10分钟内均可以完全烘干。因此在试验过程中，无需增加测量含水量步骤，从而影响试验时间。总之，快速检测试验过程中，将烘干时间设定为10分钟即可。

4.2浸泡影响研究：

为了研究浸泡与否对试验结果影响的大小，进行了不浸泡直接检测含泥量与按规范要求检测对比试验数十组。主要检测结果统计如下。

从图4可以看出，未浸泡方法试验结果与规范方法相比偏小，且随着砂子实际含泥量的增大而有增大的趋势。

4.3快速检测方法：

根据现场实际用砂，用快速检测法与规范方法进行含泥量对比试验，采集了大量数据。根据实测数据绘制的散点图如图5所示。（实测值较多，不再一一列出）

为了进一步反映两种试验方法检测结果之间的联系，便于更加精确利用快速检测结果进行砂子含泥量评判。根据实测的两种试验方法含泥量结果进行相关性分析，用直线进行拟合（如图6），得到的计算公式为：Y= 1.5882*X-1.14384，拟合度为0.97353，其中X为快速检测含泥量值，Y为规范方法检测含泥量值。

由图5可以看出，快速试验结果与规范方法相比偏小，且两者差距随着砂子实际含泥量的增大而有增大的趋势。由图6可以看出，快速检测值为4.0（实际值5.2）以下时，两种方法检测结果非常接近线性关系，而III类砂的含泥量限值为5.0，也就是意味着实际含泥量合格砂基本适用由大量数据拟合得到的上述公式，基本可以满足砂的评定需要。

4.4快速检测方法：

综上，在原规范含泥量试验方法基础上进行调整，提出了快速检测方法。主要改进在于增加烘干设备微波炉，完全替代烘箱，试验过程免去浸泡环节，大大节约检测时间。

主要步骤：（1）取1000g砂，采用微波炉烘干至恒重（10分钟），分成两份备用（2）称重400g，加水用手淘洗（3）浑浊液通过套筛进行过滤（4）重复上述过程， 直到洗出的水清澈为止。（5）用水冲洗筛上细粒，将所有筛余砂用微波炉烘干称重（10分钟）。（6）根据规范计算公式，得出初始含泥量Qn1。（7）计算砂子含泥量Qn= 1.5882*Qn1-1.14384。

一般情况下由快速检测方法得到的结果比按规范检测结果偏小，且大多数情况下两者非常接近线性关系，在实际对比中会有一定的波动。因此在实际应用时，用快速检测求得含泥量若结果大于技术指标+0.5%时，可直接判定不合格；若结果小于技术指标-0.5%时，则该河砂为合格材料。若在技术指标±0.5%范围内，应及时进行标准试验进行复核。

5.小结

本快速检测方法可以在短时间内对河砂能否使用进行判断，数据可靠性高，极大地节约时间成本，具有较高的实际应用价值。由于本快速检测方法研究过程中样品均为天然河砂，料源种类有限，试验数据有限，仅供参考。

参考文献

[1]《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005.

[2] 刘红霞，韩晓虎.砂石含泥量对混凝土工作性及抗压强度的影响.《价值工程》2015（03）.