機制砂細度模數篩分標準值的確定方法

寧鵬森 聶憶華 陳陽 向志亨

（湖南科技大學土木工程學院）

細度模數是評價砂是否可用于工程當中的主要基本指標之一，在我國的相關現行規范、標準中，細集料根據其細度模數的差異，可以相應的把砂分為粗砂（3.7～3.1）、中砂（3.0～2.3）、細砂（2.2～1.6）三類，這個值越大，說明砂越粗。

美國阿布侖早在1918 年就提出了使用細度模數來評價估包括砂子、石子的粗細狀況，接下來1943 年蘇聯的斯克拉姆塔耶夫提出用平均粒徑來評價砂子的粗細狀況。1975 年戴鎮潮［1］通過了對砂的細度模數與平均粒徑進行了比較，發現了細度模數是集料（包括細集料和粗集料）的幾何平均粒徑的對數函數，它有著清晰明確的物理意義，并且計算簡便。細度模數計算過程和所應用的篩分曲線圖是相應的。通過細度模數來衡量砂子粗細程度，可得到與混凝土坍落度、含砂率有對應規律的關系。用細度模數來評價砂子粗細的指標正確的。1991年邰宏秋［2］對砂的篩分實驗稱量方法進行了改進，免去了取出套篩再稱量使得樣品丟失幾乎為零，免去取出套篩再稱量的過程很大程度上節省了時間。1996 年田文玉［3］對細集料的細度模數計算公式進行了修正，修正后的公式可以更為全面表達細度模數所包含的物理意義。2013 年王迪［4］對細度模數的影響因素進行了研究，提出了要獲得較為確切的細度模數值，試驗樣品的過程就肯定需要注重考慮顆粒分布的均勻性。同時，他認為如若僅以細度模數來作為衡量砂的基本性質的指標，則不能達到想要的預期效果，因此應該充分考慮砂的真實情況，從多個方面對砂進行綜合評價。2017 黃文景［5］采用了干式制砂篩分系統空氣篩，與傳統的砂石篩分體系相比較，該方法有益效果如下：提高了篩分效率，還能杜絕成品砂多余石粉；同時，利用粒度調整技術使產品砂的細度模數實現了自動調節；減少篩分過程的粉塵和噪音，確保綠色環保。2019年王甲春等人［6］對普通混凝土用砂料的細度模數所對應的物理意義進行了討論，主要內容如下：①用試驗砂的細度模數進行分析，能從砂的質量平均粒徑計算公式、砂的算術平均粒徑計算公式，得出的結論：細度模數的含義可以理解為是砂的篩上質量平均粒徑。②砂的細度模數與砂的質量平均粒徑及砂算術平均粒徑之間均存在多解性，從而表明砂的級配不能夠只依賴細度模數，還有砂的級配曲線的影響。③在計算過程中發現，砂的算術平均粒徑值與細顆粒的質量相關性較大，而砂的質量平均粒徑值與粗顆粒的相關性較大。施工當中常用的有河砂以及機制砂，河砂細度模數通常只有一種，且其存在問題為資源有限、恢復周期長、限制開采等問題，反觀機制砂具有細度模數可根據需求、價低質優、國家提倡等優點。而機制砂的細度模數用篩分法測定需投入較多的人力和時間，同時會出現操作誤差使細度模數不準確，本文要論述的是確定機制砂的細度模數標準值時會出現操作誤差的原因，通過分析誤差出現原因整理出可準確地測定機制砂細度模數的方法，避免因結果的不合理而重復實驗，減少人力節約時間，提高實驗效率。

1 實驗方法

1.1 主要儀器設備

主要儀器設備如如表1、圖1所示。

圖1 儀器圖

圖2 實驗用砂

表1 儀器表

注：另需搪瓷盤，硬、軟毛刷等。

1.2 實驗用砂制備

對于實驗用砂的要求是公稱粒徑不可大于10.0mm，故在烘干之前可進行初步篩分，將實驗用砂先通過公稱直徑為10mm 的篩網。將實驗用砂放入搪瓷盤中，在(105±5)℃的條件下進行烘干到恒重取出冷卻，當其溫度到達室溫之后，稱取1200g 裝袋備用，保存于干燥通風處、保持通風良好。

1.3 篩分實驗需要注意的要點

⑴篩分之前需要測定樣品的含泥量，樣品的含泥量大于5%須通過水洗，放入電熱鼓風干燥箱烘干至恒重，才能進行篩分實驗；

⑵無搖篩機時。可改用手篩；

⑶在手篩結束之后將各篩余量分別倒入電子天平稱量(精確至1g),所有各篩的篩余量和底盤中的剩余量之和與篩分前的試樣做對比，兩者相差不可超過1%，否則重新進行篩分實驗；

⑷在實驗過程中應注意儀器的功能是否正常，如發現故障請及時向生產廠家或實驗部門報告并尋求幫助。

1.4 細度模數標準值的評定

砂料的細度模數宜采用計算，并數據精確至0.01：

式 中 ：A1、A3、A3、A4、A5、A6：4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm篩的累計篩余。

注：篩分后可將2 次測試結果的算術平均值作為測定值精確到0.10。2 次實驗得到的細度模數差值在0.20 以上，進而說明試驗結果的誤差不符合規范要求，應重新拿該樣品重新進行篩分實驗。

2 實驗過程的影響因素

在對20 袋實驗用砂進行篩分實驗，出現有三種產生誤差的影響因素。表2、表3 中實驗編號為1、3、5 為影響因素所造成數據，而實驗編號為2、4、6 為修正影響因素后重新進行篩分實驗的數據。

表2 篩分相關數據

表3 篩分細度模數結果

2.1 實驗用砂取樣過程的影響

由表2、表3 的實驗編號為1 的數據結果顯示：該組實驗用砂的細度模數誤差相差0.3，由現行的行業標準、規范規定砂篩分的兩次試驗結果的細度模數不可超過0.2已超過規范所規定的限值，須再次重新篩分。

在實際人為操作中用四分法在攤鋪成圓形的過程易出現實驗用砂的顆粒分布不均勻的現象，而且粒徑較大的砂子會出現堆積在實驗用砂上面的現象，然后分成相等的四份之后也會出現顆粒分布不均勻的現象，所以在實驗過程中需注意在分樣和取樣時應盡量保證顆粒分布均勻，通過減少因人工四分法的操作不當對實驗結果造成的影響。

取該組樣品重新實驗實驗編號為2，在人為四分法分樣、取樣的過程都使實驗用砂顆粒均勻地分布。實驗結果符合規范，細度模數標準值的結果為2.9。

2.2 套篩上實驗用砂殘留的影響

由表2、表3 的實驗編號為3 的數據結果顯示：①同一組的實驗用砂的細度模數相差0.3，已超過規范所規定的限值，須再次重新篩分。②第一次篩分之后總計已經超過樣品質量，會對最后的細度模數結果造成影響。③2.36mm 的篩余量、300μm 的篩余量兩次篩分結果相差較大會加劇兩個細度模數結果。

由于在手篩過程中會出現篩網有樣品殘留、容易堵篩的情況，導致下次篩分后的質量增加，而篩余量兩次篩分結果相差較大，進而影響了細度模數標準值。為了避免類似情況的發生，需要將每個篩網盡量清理干凈，減少樣品的殘留，可降低對整個實驗的影響。

在該組實驗重新進行之前對套篩進行了徹底地清理，之后進行對該組實驗用砂的篩分實驗，其實驗結果為實驗編號4 數據，去除殘留實驗試樣對實驗結果的影響，細度模數標準值的結果為2.9。

2.3 實驗操作不當對實驗結果的影響

由表2、表3 的實驗編號為5 的數據結果顯示：同一組的實驗用砂的細度模數雖然符合標準，但是第二組數據中篩分實驗前后的樣品質量對比，相差已超過1%，不符合實驗要求須重新進行實驗。

經過分析上述實驗情況的原因：由于對篩網進行逐一手篩時出現實驗樣品灑出，導致最后分計篩余量和底盤中的剩余量之和的減少。

對該組實驗用砂重新進行篩分實驗實驗數據結果為實驗編號6 所示，可判定該組實驗用砂的細度模數標準值為2.9，且每個孔徑尺寸的篩余量相差較小，說明篩分實驗在手篩的過程中需要注意不能夠出現試樣灑出的情況。

2.4 修正后的實驗步驟

處理套篩→取樣→篩分→手篩→記錄數據

實驗步驟具體操作：

⑴處理套篩：對每一個篩網都要把樣品殘留清理干凈；

⑵取樣：將已裝袋的1200g 試樣倒入搪瓷盤中，利用人工四分法將顆粒分布均勻，再稱取兩組500g 的試樣，進行篩分；

⑶篩分：倒入按篩孔大小順序排列(大孔在上、小孔在下)的套篩的最上一只篩（孔徑為4.75mm 的方孔篩)上，將套篩裝入搖篩機內固定，篩分10min后取出套篩；

⑷手篩：再按篩孔由大到小的順序，在清潔的淺盤上逐一進行手篩，手篩注意控制搖篩幅度避免試樣灑出，直至每分鐘的篩出量不超過試樣總量的0.1%時為止。通過的顆粒并入下一只篩子，并和下一只篩子中的試樣一起進行手篩。按這樣順序依次進行，直至所有的篩子全部篩完為止；

⑸記錄數據：記錄并分析兩組數據。

3 結論

通過實驗分析總結了誤差出現的原因，在原有篩分法的基礎上需要注意以下幾點：

⑴在實際操作中要注意樣品的顆粒分布均勻；

⑵取每個篩網以及將樣品放入天平中稱量時不要將樣品灑落；

⑶在進行篩分實驗之前要將每個篩清理干凈。最后整理的篩分方法減少影響因素降低誤差，可使所測機制砂的細度模數準確、可靠。