混凝土用砂石相关标准存在的问题与思考

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

　　

摘要

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。

关键词：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BS882：1992《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AS2758.1—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/T14685—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0.15mm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/T14684—2011规定的0.15～0.6mm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0.15～0.6mm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JGJ24—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%。

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。

表5 国内标准对石粉含量的指标

 

表6 国外标准对石粉含量的指标

 

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。

5 砂的压碎指标

压碎值指标是检验人工砂其坚固性及耐久性的一项指标。不同标准对砂的压碎指标如表7所示。

表7 砂的压碎指标

 

大量试验证明，人工砂的压碎值指标对中、低等级混凝土的强度一般不产生影响，对高等级混凝土抗冻性无显著影响，却能够使混凝土耐磨性明显下降。混凝土中砂的级配直接与压碎值相关，因此JGJ 52—2006人工砂的压碎指标不大于30%是符合要求的。

6 结论

由于现代混凝土技术正处于革命性的变革时期，旧标准没有完全打破，新标准正在建立，标准和规范中存在一定问题和矛盾也是正常现象。在现阶段的建设施工中对混凝土的要求很高，标准和规范“包打天下”已经成为过去式，现在就需要花费时间，用平常心对待，积极思考、及时纠正和改变。与国外相比，我国砂石标准各项指标相对比较严格，广泛吸取国外科研成果，并积极借鉴国外标准。不是鼓励不执行标准与规范，不鼓励突破标准，对其提出新技术要求，而是按照施工的工程实际和详实的试验数据、现象进行探索和独立思考，在今后一段很长时间，建立一条系统的数据库，方便工程所需。

延伸阅读：混凝土

混凝土，简称为"砼(tóng)"：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。

和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性三个主要方面。

强度是混凝土硬化后的主要力学性能，反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。

混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。

混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。

延伸阅读：混凝土用砂

砂石因其良好的硬度和稳定的化学性质，常常作为优质的建筑材料、混凝土原料而广泛应用于房屋、道路、公路、铁路、工程等领域。

混凝土用砂主要分为两种，一种是天然砂，包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂；另一种是机制砂。

天然砂是自然生成，经人工开采和筛分的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质、风化的岩石颗粒。

机制砂石经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但不包括软质、风化的颗粒。混凝土用石子主要分为卵石和碎石。

其中，卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。

碎石是由天然岩石、卵石、矿山废石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。