混凝土用砂含泥量檢測方法改進與裝置設計
李紹鵬，汪亮，程曦
（中建西部建設湖南有限公司，長沙 410000）
【摘 要】混凝土用砂含泥量的檢測試驗方法目前采用的是 GB/T 14684—2011《建設用砂》中的標準方法，但工程實踐表明，該方法存在一些不甚合理之處。為此，提出了混凝土用砂含泥量檢測的改進方法，并設計了一套混凝土用砂含泥量檢測裝置。試驗結果表明，采用該裝置檢測砂含泥量指標是可靠的，其檢測結果比現行標準方法的檢測結果稍大。
【關鍵詞】混凝土用砂；含泥量；檢測方法；裝置
0 前 言
砂是混凝土的重要組成材料，其質量好壞直接影響混凝土的工作性、強度、耐久性等各項性能指標，甚至可能導致嚴重的工程事故，其中，砂的含泥量即砂中粒徑小于 0.075mm 的顆粒含量，對混凝土性能的影響較大，是混凝土用砂重點控制指標[1-3]，所以，必須嚴謹、準確地測定砂的含泥量。目前，因外部政策環境等不可抗力因素的影響，混凝土用砂短缺，質量參差不齊，因此，對砂的檢測提出了更高的要求[4]。而現行標準中的手工檢測砂含泥量方法存在砂粒易于流失、細顆粒不能充分排出等缺陷，使得含泥量檢測結果并不一定十分準確。而人為因素的存在，又往往使得砂石供應方與使用方之間產生爭議，因此，對現行混凝土用砂含泥量檢測標準方法進行改進是非常必要的。
文獻[5]曾提出采用“篩中沖洗法”對砂進行含泥量檢測，此法較標準方法具有一定的改進，可以減少砂粒反復倒來倒去的操作，從而降低砂粒流失的概率；文獻[6]和文獻[7]也對混凝土用砂含泥量檢測方法存在的問題提出了改進方法，主要是將按標準方法處理后的砂粒進行篩分，篩除水洗過程中未能排出的小于 0.075mm 顆粒，從而使砂含泥量檢測結果更為準確。若結合上述兩種方法進行含泥量檢測，其準確性必會有所增加，但流失砂粒的可能性仍然存在，且操作較為繁瑣。鑒于此，筆者設計了一套混凝土用砂含泥量檢測裝置，可使砂在裝置內清洗、烘干及稱量，解決了砂粒易于流失的問題，排除了人為因素的影響，對控制產品質量，避免質量爭議具有重要意義。
1 現行檢測方法存在的缺陷
目前，測定砂中含泥量一般采用 GB/T 14684— 2011《建設用砂》中的標準方法，實踐證明，按標準方法測定砂含泥量的過程中，由于人工反復淘洗易造成砂粒流失，1.18mm 與 0.075mm 方孔篩中也易嵌入或粘附較細的砂粒，因而造成檢測結果的不準確；在對試樣進行反復淘洗過程中，有部分小于0.075mm 的顆粒因懸浮于水面或溶于水，使得在倒出渾水時又大多沉淀于砂中而不可能被充分淘洗出去，從而造成了含泥量測定值偏低。
此外，因人工洗砂存在上述缺陷，實驗員需非常小心操作而耗費大量精力，特別是在冬季進行試驗時，冰冷的淘洗用水給實驗員增加了操作難度，而戴手套操作會因手失去對砂粒的觸覺而更易灑落。因此，非常有必要設計出一種混凝土用砂含泥量測試裝置，以解決標準方法測試中存在的問題， 提高試驗結果的準確性和工作效率。
2 砂含泥量檢測改進方法改進思路
2.1 改進思路
GB/T 14684—2011 中的砂含泥量檢測方法，大致是稱取烘干后的砂試樣，注入清水攪拌后浸泡2h，然后用手在水中淘洗砂粒，使塵屑、淤泥和黏土與砂粒分離，用 1.18mm 篩及 0.075mm 篩慮去小于0.075mm 的顆粒，洗凈后烘干試樣，稱出其質量，從而計算出砂含泥量。此試驗方法原理固然正確，但問題在于其操作的過程中容易出現砂粒流失的現象，以及部分小于 0.075mm 的顆粒因懸浮于水面或溶于水中，不可能被充分淘洗出去。
因此，改進的思路應該從試驗操作入手，筆者設計了一套混凝土用砂含泥量測試裝置，并申請了國家發明專利，專利號為：201610861203.9。該裝置可使砂在裝置內清洗、烘干及稱量，且烘干過程能同時篩除小于 0.075mm 顆粒，從而彌補按現行檢測標準操作易于流失砂粒導致結果不準確的不足，以及按現行檢測標準操作不能充分洗掉小于 0.075mm 顆粒導致結果不精確的缺陷，減少人工淘洗、二次烘干等操作步驟，提高工作效率。
2.2 裝置設計與使用方法
本文設計的混凝土用砂含泥量檢測裝置由攪拌系統、電吹風系統、1.18mm 方孔篩、0.075mm 方孔篩、盛水容器、提手、底座和殼體組成。其中，攪拌系統、電吹風系統、1.18mm 方孔篩、0.075mm 方孔篩均位于殼體內，殼體固定于底座上。考慮到試驗時需要連同裝置一起稱量，所以裝置制造所用材料均優先選擇輕質材料，總重量不宜超過 15kg。裝置剖面示意如圖 1 所示，水洗容器示意圖如圖 2 所示，檢測裝置實物圖見圖 3。
攪拌系統由電動機、轉動軸及毛刷攪拌葉組成，由電動機通過轉動軸帶動置于 1.18mm 與0.075mm 篩上的毛刷攪拌葉在水中旋轉，從而達到清洗砂粒的效果。
電吹風系統由兩個大功率電吹風組成。待砂粒清洗干凈后，啟動電吹風系統，可使清洗干凈的砂粒在邊攪拌邊吹熱風的條件下快速烘干，并同時排出水洗過程中懸浮于水中或未能排出的小于0.075mm 顆粒。
1.18mm 方孔篩與 0.075mm 方孔篩的一側殼體上均設有小門，以便試驗時放料與倒料。本裝置中，盛水容器為測試裝置清洗砂粒時的配套設備，其直徑略大于測試裝置直徑，高度稍小于裝置上層位置高度，以防止清洗砂粒時，水浸入上層帶電系統內。
采用本裝置進行含泥量檢測的試驗步驟如下：
（1）按現行標準規定取樣，并將試樣縮分至約1100g，放在干燥烘箱中于（105±5）℃下烘干至恒重， 待冷卻至室溫后，分為大致相等的兩份備用。
（2）稱取試樣 m0g（500g， 精確至 0.1g），稱量用干毛巾擦拭干凈后的裝置重量 m1，精確至 0.1g。把試樣通過 1.18mm 方孔篩上的小門倒入測試裝置中，輕輕搖動裝置使試樣盡量均勻分布在方孔篩上，然后將裝置放入盛水容器內，注入清水，使水面高于試樣面約 150mm， 浸泡 2h 后啟動測試裝置攪拌清洗試樣，使塵屑、淤泥和黏土與砂粒分離，停止攪拌并打開水龍頭放掉容器中的污水。
（3）再向盛水容器中注入清水，重復步驟（2）的操作，直至容器內的水目測清澈為止。
（4）將測試裝置從容器中取出，用干毛巾擦干測試裝置殼體外壁上的水珠，啟動測試裝置，通過攪拌與熱風的共同作用，使試樣烘干至恒重，然后稱出裝置與試樣的質量 m2，精確至 0.1g。
（5）含泥量按下式計算，精確至 0.1%。
Qa= m0+m1-m2
m0
式中：
Qa ———含泥量%；
m0 ——試驗前烘干試樣的質量g；
m1 ——裝置質量g；
m2 ——裝置與烘干后試樣的總質量g；
含泥量取兩個試樣試驗結果的算術平均值作為測定值，采用修約值比較法進行評定。
3 試驗結果對比分析
為驗證本文所設計裝置的使用效果，選擇了 6 種不同種類的砂進行了含泥量檢測，對比標準方法與裝置檢測方法之間的差距，分析裝置檢測方法的可行性，檢測結果見表 1。
（1）采用裝置檢測出的不同種類砂含泥量值均比現行標準檢測方法測出的值要高，表明標準檢測方法并不能充分排出小于 0.075mm 顆粒，導致試驗結果減小，特別是第一組河砂試樣的結果差距最大，裝置檢測值增加了 25.8%，這與此試樣中懸浮顆粒較多相吻合，水洗時未能充分排出。對表 1 中不同種類砂的含泥量檢測數據進行分析可知：
（2）標準檢測方法的差值有兩組數據較大 分別為 1.4、1.2，大大超出了平行試驗的誤差范圍，這很有可能是因為操作中流失了砂粒，導致結果不準確，而裝置檢測方法中的差值較小，最大值為 0.5，這是由試樣之間的不均勻性造成的，均在誤差范圍之內。
（3）第三組河砂試樣采用標準檢測方法得出的含泥量值為 2.8%，符合Ⅱ類砂含泥量指標的要求，但其含泥量的實際值應為采用裝置方法檢測出來的 3.3%，若按Ⅱ類砂進行混凝土或砂漿的生產，則會帶來一些質量安全隱患。
（4）裝置檢測方法具有較好的適用性，機制砂、河砂及其細度模數等因素與含泥量的檢測結果無直接聯系。
4 結語
砂的含泥量對混凝土的工作性、強度、耐久性均有較大的影響，如果檢測不準確，則可能影響建筑物的質量，甚至引發安全事故，因此，必須重視混凝土用砂的含泥量檢測。針對現行砂含泥量檢測標準方法存在的問題，本文設計出了一種混凝土用砂含泥量檢測裝置，并提出了相應的檢測方法步驟，此方法不改變標準檢測方法的基本原理，還能彌補其不足，提高試驗結果的準確性與可靠性。
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來源：湖南省砂石協會