砂子含泥量快速檢測方法研究

楊俊芳 王偉鵬 孫中陽

摘 要： 現用的公路工程土建階段的含泥量檢測標準主要采用的是JTG E42-2005《公路工程集料試驗規程》，用篩洗法進行檢測。本文就該檢測方法進行研究，結合工程現場實際，提出快速檢測方法，并就對實際應用效果進行分析。

關鍵詞： 快速檢測；砂子；含泥量

1.引言

隨著基礎設施建設投資的日益加大，混凝土的用量不斷增加。砂是現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組成。含泥量是混凝土用砂石骨料質量標準中一項重要的指標，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強度受到影響，阻礙水泥與骨料膠結的充分發展，妨礙水泥的正常水化，或與水泥成分發生化學反應。在建筑施工中，砂漿、混凝土的性能受到砂含泥量、泥塊含量等質量指標的影響，在國家、行業標準中，均有限制其含泥量、泥塊含量的指標。對砂子含泥量檢測是一項非常重要和頻繁的工作。

2.工程背景

濟源至山西陽城高速公路濟源段全長約19.82公里，位于太行山南麓，起點位于晉豫兩省交界處濟源市王屋鎮西坪村牛角洞附近的十里河特大橋終點處，北接山西省陽城至蟒河高速公路終點。本項目全線設置特大橋1座、大橋6座，隧道7座，互通式立交2處， 主線收費站1處，匝道收費站1處，隧道管理所1處，養護工區1處，路政管理所1處。

本項目分兩個土建標段，共有4個拌和站，9個濕噴站，每天澆筑混凝土方量巨大，細集料消耗量巨大，且濕噴站料場規模不大，存料有限，因此幾乎每天都有砂子進場，檢測任務量大，且時間緊。若按照規范的要求進行試驗，結果出來至少需要三天時間，將嚴重影響施工進度。由于砂子基本上都是天然材料，很多的因素都會影響到最終的材質，比如成因、產地、采集等，隨著這些因素的變化砂子的材質會變的不同，很多時候都會遇到砂子含泥量超標的情況。在此種情況下，快速檢測就十分有必要了。

3.含泥量快速檢測方法思路

查閱相關文獻發現，但凡快速檢測技術，一般都有如下特點：（1）簡單，速度快（2）樣品不經前處理或經簡單前處理或采用高效快速的樣品前處理即可進行檢測（3）方法準確， 靈敏度高， 能滿足相關規定限量檢測需要（4）方便易行，甚至可以實現自動化。本文據此進行快速檢測方法探索。現用的公路工程土建階段的含泥量檢測標準主要采用的是JTG E42-2005《公路工程集料試驗規程》，用篩洗法進行檢測。規范方法檢測含泥量主要步驟（簡化）如下面圖框所示。

按規范方法試驗耗時主要在：采用烘箱進行砂子烘干每次需要5-8小時，浸泡需要24小時。考慮通過改變原材烘干方法，減去浸泡環節從而節約時間來實現快速檢測。

通過查閱文獻，加上現實經驗啟發，考慮采用微波爐加熱替代烘箱烘干原材。

4.含泥量快速檢測方法研究

結合上述影響耗時的烘干時間和浸泡時間兩個因素，本文進行了研究，試驗中采用的主要儀器為電子天平、砂石料標準方孔篩和美的微波爐，原材料為每次現場取料，項目采用的細集料主要有南陽唐河砂、汝陽砂等，試驗過程如下：

4.1烘干時間研究

根據常規思路考慮，影響烘干的主要因素有：細集料的質量，含水量及堆積狀態。其中由于微波爐烘干細集料時，托盤容量有限，材料無法攤薄，試驗中盡可能均勻分布，因此研究過程中，不考慮堆積狀態。為了使得最短時間能夠達到規范要求的烘干恒重狀態，研究考慮從兩方面著手：（1）采用相同質量下，不同含水量需要的烘干時間；（2）相同含水量下，不同質量需要的烘干時間。

（1）同質量，不同含水率

根據濟陽高速現場用砂實際情況，材料進場時一般含水率在4%-6%之間。結合試驗實際取樣數量考慮，研究中采用每次烘干砂子質量為800g和1600g、含水率分別為2%、4%、6%、8%和10%進行測試。試驗結果如下：

從圖表中可以看出，兩次試驗中均有烘干時間隨含水率增大而增加，但試驗中所耗費的時間有限，且差別不大。

（2）同含水率，不同質量

為了能夠保證材料能夠完全烘干，研究所采用的相同含水率為最大值，即臨近飽水狀態（該砂含水率為21.3%），烘干時，用洗耳球吸出多余的水分即可。每次烘干砂子質量可取300g，600g，900g，1200g，1500g。部分試驗結果如下：

小結：從測得數據來看，烘干不同質量的砂需要的時間會隨質量的增大而增大，由于該時間無法做到更加精確的時間，但從數據上可以看出，不同質量砂烘干的時間相差不大。

綜合上面多次試驗結果可以看出：對烘干時間確定的過程中，質量及含水率對烘干時間有一定的影響，但之間的差異性不大，尤其在對剛水洗過的1500g砂子烘干時，10分鐘內均可以完全烘干。因此在試驗過程中，無需增加測量含水量步驟，從而影響試驗時間。總之，快速檢測試驗過程中，將烘干時間設定為10分鐘即可。

4.2浸泡影響研究：

為了研究浸泡與否對試驗結果影響的大小，進行了不浸泡直接檢測含泥量與按規范要求檢測對比試驗數十組。主要檢測結果統計如下。

從圖4可以看出，未浸泡方法試驗結果與規范方法相比偏小，且隨著砂子實際含泥量的增大而有增大的趨勢。

4.3快速檢測方法：

根據現場實際用砂，用快速檢測法與規范方法進行含泥量對比試驗，采集了大量數據。根據實測數據繪制的散點圖如圖5所示。（實測值較多，不再一一列出）

為了進一步反映兩種試驗方法檢測結果之間的聯系，便于更加精確利用快速檢測結果進行砂子含泥量評判。根據實測的兩種試驗方法含泥量結果進行相關性分析，用直線進行擬合（如圖6），得到的計算公式為：Y= 1.5882*X-1.14384，擬合度為0.97353，其中X為快速檢測含泥量值，Y為規范方法檢測含泥量值。

由圖5可以看出，快速試驗結果與規范方法相比偏小，且兩者差距隨著砂子實際含泥量的增大而有增大的趨勢。由圖6可以看出，快速檢測值為4.0（實際值5.2）以下時，兩種方法檢測結果非常接近線性關系，而III類砂的含泥量限值為5.0，也就是意味著實際含泥量合格砂基本適用由大量數據擬合得到的上述公式，基本可以滿足砂的評定需要。

4.4快速檢測方法：

綜上，在原規范含泥量試驗方法基礎上進行調整，提出了快速檢測方法。主要改進在于增加烘干設備微波爐，完全替代烘箱，試驗過程免去浸泡環節，大大節約檢測時間。

主要步驟：（1）取1000g砂，采用微波爐烘干至恒重（10分鐘），分成兩份備用（2）稱重400g，加水用手淘洗（3）渾濁液通過套篩進行過濾（4）重復上述過程， 直到洗出的水清澈為止。（5）用水沖洗篩上細粒，將所有篩余砂用微波爐烘干稱重（10分鐘）。（6）根據規范計算公式，得出初始含泥量Qn1。（7）計算砂子含泥量Qn= 1.5882*Qn1-1.14384。

一般情況下由快速檢測方法得到的結果比按規范檢測結果偏小，且大多數情況下兩者非常接近線性關系，在實際對比中會有一定的波動。因此在實際應用時，用快速檢測求得含泥量若結果大于技術指標+0.5%時，可直接判定不合格；若結果小于技術指標-0.5%時，則該河砂為合格材料。若在技術指標±0.5%范圍內，應及時進行標準試驗進行復核。

5.小結

本快速檢測方法可以在短時間內對河砂能否使用進行判斷，數據可靠性高，極大地節約時間成本，具有較高的實際應用價值。由于本快速檢測方法研究過程中樣品均為天然河砂，料源種類有限，試驗數據有限，僅供參考。

參考文獻

[1]《公路工程集料試驗規程》JTG E42-2005.

[2] 劉紅霞，韓曉虎.砂石含泥量對混凝土工作性及抗壓強度的影響.《價值工程》2015（03）.