水泥混凝土用細集料篩分試驗解析

曹學禹，劉 陽

(河南交通職業技術學院，河南 鄭州 450015)

0 前 言

在水泥混凝土中，細集料是指粒徑小于4.75 mm顆粒的天然砂、人工砂、石屑等。細集料一個非常重要的技術參數就是級配，它影響著混凝土的性能，尤其是對混凝土的和易性影響巨大。集料的級配一般通過篩分試驗確定。篩分試驗在路橋試驗中非常具有代表性，它不僅是原材料必做的試驗項目之一，也是各種試驗技能競賽和技工實操考核出現頻率極高的一個試驗。但不論是在公路項目的調研時，還是在各種比賽當評委時，發現很多試驗檢測人員沒有很好地解讀《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)(以下簡稱《路規》)中細集料篩分試驗的條款，試驗中出現了種種錯誤，鑒于此通過實例(砂的篩分)結合路規對該試驗進行詳細解析。

1 試驗關鍵控制點

1.1 干篩法篩子的選取

混凝土用細集料，我們一般采用干篩法即可。所以在篩分時，我們選擇的篩子是9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm篩底。注意干篩法我們不需要加0.075 mm篩，因為0.075 mm篩的篩孔特別細，干篩是篩不徹底的。對于瀝青混合料和路面基層用細集料，我們需要加0.075 mm篩子，這時采用水洗法篩分，水洗法洗掉的也就是小于0.075 mm顆粒。在項目調研中，我們發現很多在建項目試驗室采用干篩法試驗時，都加了0.075 mm篩子，這是沒有必要的。

1.2 四分法取樣

在試驗準備中，《路規》要求將樣品過9.5 mm篩，然后將樣品在潮濕狀態下充分拌勻，用分料器或四分法縮分至每份不少于550 g的試樣兩份，在105 ℃±5 ℃的烘箱中烘干至恒重，冷卻至室溫后使用。目前工地試驗室極少配備分料器，所以一般都采用四分法縮分。考慮到需要做砂的其他試驗指標，所以在實際工作中取樣質量較多，如果用四分法縮分的話，需要若干步驟才能完成，筆者認為這樣做費時費力，意義不大。只需將砂樣過9.5 mm篩，充分拌和均勻取1 100多g，然后用四分法縮分成兩份即可。經過試驗證明，這種拌和均勻直接取1 100多g縮分和對來樣進行多次縮分，結果沒有任何差異。四分法縮分后，兩份試樣，每份不少于550 g濕砂，烘干后每份大約是500～550 g，這與砂原有的含水率有關。在項目調研時我們發現，很多試驗檢測人員沒有用四分法取樣，直接取500 g干砂試驗，這是不夠科學的，作為兩份平行試驗用的砂樣，必須用四分法才能確保兩份樣品的大小顆粒含量趨于一致。

四分法正確的做法是將所取試樣置于平板上，在自然狀態下拌和均勻，大致攤平，然后沿互相垂直的兩個方向，把試樣由中間向邊攤開，分成大致相等的四份，取其對角線的兩份重新拌勻，重復上述過程，直至縮分后的材料量略多于進行試驗所必需的量。有的試驗檢測人員應用了四分法，但是應用錯誤，四分后隨意增減數量，人為將材料分成完全相等的兩份，這是不對的。四分法取樣后，兩份樣品狀態接近，數量接近但不可能完全相等。四分法操作步驟演示如圖1所以，濕砂取1 100多g，拌勻鋪平分成四份，然后按對角線合成為兩份樣品，即I-1和I-2為一份，II-1和II-2為一份，I份和II份質量分別為559 g和567 g，烘干后樣品質量為537.4 g和544.8 g。

1.3 數值修約

《路規》要求縮分后的兩份樣品準確至0.5 g，篩分后各篩篩余質量也是精確至0.5 g。不論是在項目調研中還是在各類試驗技能比賽中，我們發現很多試驗檢測人員沒有按照規范要求修約，或者修約的不正確。數值修約規則可以參考現行標準《數值修約規則與極限數值的表示和判定》(GB/T 8170-2008)進行。

1.3.1 進舍規則

擬舍棄數字的最左一位數字小于5，則舍去，保留其余各位數字不變。

例：將12.149 8修約到一位小數，得12.1。

擬舍棄數字的最左一位數字大于5，則進一，即保留數字的末位數字加1。

例：將12.179 8修約到一位小數，得12.2。

擬舍棄數字的最左一位數字是5，且其后有非0數字(5后面的數字不全為0)時進一，即保留數字的末位數字加1。

例：將12.150 02修約到一位小數，得12.2。

擬舍棄數字的最左一位數字為5，且其后無數字或皆為0時,若所保留的末位數字為奇數(1，3，5，7，9)則進一，即保留數字的末位數字加1；若所保留的末位數字為偶數(0，2，4，6，8)則舍去。

例：將12.15修約到一位小數，得12.2。

將12.850 00修約到一位小數，得12.8。

1.3.2 不允許連續修約

擬修約數字應在確定修約間隔或指定修約數位后一次修約獲得結果，不得多次按1.3.1規則連續修約。

例：修約15.454 6，修約間隔為1，正確的做法15.454 6—15；不正確的做法：15.454 6—15.455—15.46—15.5—16。

為了方便記憶，我們可以將1.3.1～1.3.2的條款歸納為如下的順口溜：四舍六入五考慮，五后非零則進一，五后為零視奇偶，奇升偶舍要注意，修約一次要到位。

1.3.3 0.5單位修約

0.5單位修約是指按指定修約間隔對擬修約的數值0.5單位進行的修約。舉例：60.1修約到0.5單位為60.0，60.6修約到0.5單位為60.5。0.5單位的修約，如果這個數值能明顯的看出修約結果，直接修約即可，例如60.23，在60.0～60.5，明顯與60.0接近，修約到60.0即可；60.8，在60.5～70.0，明顯與70.0接近，修約至70.0即可。對于有些數值，無法判斷出與哪一方接近，這時可以按照《數值修約規則》(GB/T 8170-2008)標準里的相關條款進行。即將擬修約數值X乘以2，按指定修約間隔對2X依1.3.1的規定修約，所得數值(2X修約值)再除以2。例如60.25修約到“個”數位的0.5單位，由于這個數值剛好在60.0～60.5，肉眼無法判斷出來，所以按照修約規則，把此數乘以2，得到120.50，再按照1.3.1的條款，修約至整數，也就是保留1個單位，即120，然后再除以2，為60，修約到0.5單位，則為60.0；60.75修約至“個”數位的0.5單位，同理60.75乘以2，得到121.5，修約至整數122，除以2得到61，由于是修約至0.5單位，所以應為61.0。

1.4 試樣篩分

在本文第1.2部分，烘干后樣品質量為537.4 g和544.8 g，《路規》要求準確到0.5 g，按照1.3修約后為537.5 g和545.0 g。取烘干樣品一份倒入套篩進行篩分，搖篩機篩約10 min，然后取出套篩，再按篩孔大小順序，在淺盤上逐個進行手篩，《路規》要求直到每分鐘的篩出量不超過篩上剩余量的0.1%時為止，但這樣控制會非常麻煩，通過多次試驗得出，手篩時只要篩下幾乎不流砂即可。

1.5 級配參數的計算

篩余量要求準確至0.5 g，可按1.3.1～1.3.3進行修約，表1是砂樣I和砂樣II的篩分結果，篩余量已修約到0.5 g。分計篩余百分率，就是每號篩的篩余量占試樣總質量的百分率。但要注意，《路規》要求計算分計篩余時是除以篩前質量。理論上篩后各號篩的篩余量和篩底剩余量的總質量應等于篩前質量，但在實際試驗中，可能會有一點損耗，因為有些集料會卡在篩上，尤其是0.15 mm和0.3 mm居多。《路規》中規定損失量不超過篩前質量的1%。如果是新建試驗室，套篩是新的，一定要先篩分2次，篩分結果廢棄，然后在進行正式的試驗，否則很容易超差。新的套篩試篩2次后，有些集料會卡在篩上，后面在進行篩分時，沖下來的集料和卡在上面的集料趨于平衡，這樣就不容易超差。需要注意的是，計算分計篩余百分率由于是除以篩前的質量，所以會導致累計篩余不是100%，這是正常的。在項目調研中和各種比賽、考試中發現，很多試驗檢測人員篩余量沒有修約至0.5 g，計算分計篩余百分率時，除以的是篩后的質量，這與規程的要求明顯不符。

本文列舉的兩份砂樣的篩分，結果見表1。試樣I篩分后總質量為535.0，損失率為0.37%；試樣II篩分后試樣質量為541.5，損失率為0.6%；兩份試驗篩分后損失率均小于篩前試樣質量的1%，滿足規范要求。試樣I的細度模數為2.74，試樣II的細度模數為2.65，相差0.09，誤差小于0.2，滿足規范要求。

表1 篩分試驗計算示例

1.6 級配曲線的繪制

假定該砂拌制的混凝土用于公路橋梁建設中，《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T F50-2011)中規定中砂的級配范圍見表1。以橫坐標表示篩孔尺寸，縱坐標表示累計篩余百分率，級配曲線如圖2。需要說明的是，橫坐標采用的對數坐標，如果采用普通坐標，那么0.15、 0.3、0.6 mm篩非常接近，1.18、2.36、4.75 mm又會非常稀疏，繪圖時很不方便，也不美觀。由于從0.15 mm篩到4.75 mm篩，都是成倍增長的，所以當采用對數坐標繪制時，橫坐標篩孔尺寸的間距幾乎是相等的，這樣橫坐標就避免了前面擁擠后面稀疏的情況如圖2中A線和C線分別表示表1中級配范圍的上限和下限，B線表示試驗的平均累計篩余百分率，從圖2中能夠很快地判斷出B在A和C范圍內，而且B基本上接近A、C范圍的中線，說明該砂樣級配合格且級配良好。

圖2 級配曲線

2 建 議

2.1 關于精度

現行《公路工程集料試驗規程》(JJG-E42-2005)是2005年發布實施的，至今已有15年的時間了，當時一些試驗室用的還是架盤天平，精度有限，所以篩分試驗各號篩的篩余量要求準確到0.5 g。現在的試驗室已經找不到架盤天平，電子天平很普及，精確度都很高，在做篩分試驗時，一般用的感量都是0.1或0.01的天平，精度已經高于規范要求，建議《路規》再次修訂時考慮現實情況，將規范中精確至0.5 g改成精確至0.1 g，這樣會省去由于數值修約帶來的麻煩，極大方便了試驗的數據整理工作。

2.2 關于天平

《路規》中要求配備的天平稱量為1 000 g，但在試驗準備中，縮分前試驗質量都在1 000 g以上，在加上稱量盤的質量，天平的稱量明顯不夠，所以試驗儀具需要增加一臺2 000 g或以上的天平。

2.3 分計篩余的計算

在計算分計篩余時，《路規》中細集料是除以篩前質量，而粗集料是除以篩后質量，很容易造成混淆，兩者應該統一，筆者認為都除以篩后質量更加科學，因為卡在篩上損失的樣品并沒有參與到計算過程中。

3 總 結

細集料篩分試驗看似比較簡單，但在實際操作中，要想準確無誤，考慮的細節問題還是比較多的，控制的關鍵點總結如下：①四分法取樣；②稱量前天平要調平；③要學會數據修約，篩前試樣質量和篩余量要修約到0.5單位；④篩分后質量損失符合要求；⑤計算分計篩余時除以篩前質量；⑥兩份平行試驗的細度模數不超過0.2；⑦繪制級配曲線時，橫坐標采用的是對數坐標。只有逐一掌握這些要點，才能做出一個正確的試驗。

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②

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