水泥混凝土用细集料筛分试验解析

曹学禹，刘 阳

(河南交通职业技术学院，河南 郑州 450015)

0 前 言

在水泥混凝土中，细集料是指粒径小于4.75 mm颗粒的天然砂、人工砂、石屑等。细集料一个非常重要的技术参数就是级配，它影响着混凝土的性能，尤其是对混凝土的和易性影响巨大。集料的级配一般通过筛分试验确定。筛分试验在路桥试验中非常具有代表性，它不仅是原材料必做的试验项目之一，也是各种试验技能竞赛和技工实操考核出现频率极高的一个试验。但不论是在公路项目的调研时，还是在各种比赛当评委时，发现很多试验检测人员没有很好地解读《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)(以下简称《路规》)中细集料筛分试验的条款，试验中出现了种种错误，鉴于此通过实例(砂的筛分)结合路规对该试验进行详细解析。

1 试验关键控制点

1.1 干筛法筛子的选取

混凝土用细集料，我们一般采用干筛法即可。所以在筛分时，我们选择的筛子是9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm筛底。注意干筛法我们不需要加0.075 mm筛，因为0.075 mm筛的筛孔特别细，干筛是筛不彻底的。对于沥青混合料和路面基层用细集料，我们需要加0.075 mm筛子，这时采用水洗法筛分，水洗法洗掉的也就是小于0.075 mm颗粒。在项目调研中，我们发现很多在建项目试验室采用干筛法试验时，都加了0.075 mm筛子，这是没有必要的。

1.2 四分法取样

在试验准备中，《路规》要求将样品过9.5 mm筛，然后将样品在潮湿状态下充分拌匀，用分料器或四分法缩分至每份不少于550 g的试样两份，在105 ℃±5 ℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后使用。目前工地试验室极少配备分料器，所以一般都采用四分法缩分。考虑到需要做砂的其他试验指标，所以在实际工作中取样质量较多，如果用四分法缩分的话，需要若干步骤才能完成，笔者认为这样做费时费力，意义不大。只需将砂样过9.5 mm筛，充分拌和均匀取1 100多g，然后用四分法缩分成两份即可。经过试验证明，这种拌和均匀直接取1 100多g缩分和对来样进行多次缩分，结果没有任何差异。四分法缩分后，两份试样，每份不少于550 g湿砂，烘干后每份大约是500～550 g，这与砂原有的含水率有关。在项目调研时我们发现，很多试验检测人员没有用四分法取样，直接取500 g干砂试验，这是不够科学的，作为两份平行试验用的砂样，必须用四分法才能确保两份样品的大小颗粒含量趋于一致。

四分法正确的做法是将所取试样置于平板上，在自然状态下拌和均匀，大致摊平，然后沿互相垂直的两个方向，把试样由中间向边摊开，分成大致相等的四份，取其对角线的两份重新拌匀，重复上述过程，直至缩分后的材料量略多于进行试验所必需的量。有的试验检测人员应用了四分法，但是应用错误，四分后随意增减数量，人为将材料分成完全相等的两份，这是不对的。四分法取样后，两份样品状态接近，数量接近但不可能完全相等。四分法操作步骤演示如图1所以，湿砂取1 100多g，拌匀铺平分成四份，然后按对角线合成为两份样品，即I-1和I-2为一份，II-1和II-2为一份，I份和II份质量分别为559 g和567 g，烘干后样品质量为537.4 g和544.8 g。

1.3 数值修约

《路规》要求缩分后的两份样品准确至0.5 g，筛分后各筛筛余质量也是精确至0.5 g。不论是在项目调研中还是在各类试验技能比赛中，我们发现很多试验检测人员没有按照规范要求修约，或者修约的不正确。数值修约规则可以参考现行标准《数值修约规则与极限数值的表示和判定》(GB/T 8170-2008)进行。

1.3.1 进舍规则

拟舍弃数字的最左一位数字小于5，则舍去，保留其余各位数字不变。

例：将12.149 8修约到一位小数，得12.1。

拟舍弃数字的最左一位数字大于5，则进一，即保留数字的末位数字加1。

例：将12.179 8修约到一位小数，得12.2。

拟舍弃数字的最左一位数字是5，且其后有非0数字(5后面的数字不全为0)时进一，即保留数字的末位数字加1。

例：将12.150 02修约到一位小数，得12.2。

拟舍弃数字的最左一位数字为5，且其后无数字或皆为0时,若所保留的末位数字为奇数(1，3，5，7，9)则进一，即保留数字的末位数字加1；若所保留的末位数字为偶数(0，2，4，6，8)则舍去。

例：将12.15修约到一位小数，得12.2。

将12.850 00修约到一位小数，得12.8。

1.3.2 不允许连续修约

拟修约数字应在确定修约间隔或指定修约数位后一次修约获得结果，不得多次按1.3.1规则连续修约。

例：修约15.454 6，修约间隔为1，正确的做法15.454 6—15；不正确的做法：15.454 6—15.455—15.46—15.5—16。

为了方便记忆，我们可以将1.3.1～1.3.2的条款归纳为如下的顺口溜：四舍六入五考虑，五后非零则进一，五后为零视奇偶，奇升偶舍要注意，修约一次要到位。

1.3.3 0.5单位修约

0.5单位修约是指按指定修约间隔对拟修约的数值0.5单位进行的修约。举例：60.1修约到0.5单位为60.0，60.6修约到0.5单位为60.5。0.5单位的修约，如果这个数值能明显的看出修约结果，直接修约即可，例如60.23，在60.0～60.5，明显与60.0接近，修约到60.0即可；60.8，在60.5～70.0，明显与70.0接近，修约至70.0即可。对于有些数值，无法判断出与哪一方接近，这时可以按照《数值修约规则》(GB/T 8170-2008)标准里的相关条款进行。即将拟修约数值X乘以2，按指定修约间隔对2X依1.3.1的规定修约，所得数值(2X修约值)再除以2。例如60.25修约到“个”数位的0.5单位，由于这个数值刚好在60.0～60.5，肉眼无法判断出来，所以按照修约规则，把此数乘以2，得到120.50，再按照1.3.1的条款，修约至整数，也就是保留1个单位，即120，然后再除以2，为60，修约到0.5单位，则为60.0；60.75修约至“个”数位的0.5单位，同理60.75乘以2，得到121.5，修约至整数122，除以2得到61，由于是修约至0.5单位，所以应为61.0。

1.4 试样筛分

在本文第1.2部分，烘干后样品质量为537.4 g和544.8 g，《路规》要求准确到0.5 g，按照1.3修约后为537.5 g和545.0 g。取烘干样品一份倒入套筛进行筛分，摇筛机筛约10 min，然后取出套筛，再按筛孔大小顺序，在浅盘上逐个进行手筛，《路规》要求直到每分钟的筛出量不超过筛上剩余量的0.1%时为止，但这样控制会非常麻烦，通过多次试验得出，手筛时只要筛下几乎不流砂即可。

1.5 级配参数的计算

筛余量要求准确至0.5 g，可按1.3.1～1.3.3进行修约，表1是砂样I和砂样II的筛分结果，筛余量已修约到0.5 g。分计筛余百分率，就是每号筛的筛余量占试样总质量的百分率。但要注意，《路规》要求计算分计筛余时是除以筛前质量。理论上筛后各号筛的筛余量和筛底剩余量的总质量应等于筛前质量，但在实际试验中，可能会有一点损耗，因为有些集料会卡在筛上，尤其是0.15 mm和0.3 mm居多。《路规》中规定损失量不超过筛前质量的1%。如果是新建试验室，套筛是新的，一定要先筛分2次，筛分结果废弃，然后在进行正式的试验，否则很容易超差。新的套筛试筛2次后，有些集料会卡在筛上，后面在进行筛分时，冲下来的集料和卡在上面的集料趋于平衡，这样就不容易超差。需要注意的是，计算分计筛余百分率由于是除以筛前的质量，所以会导致累计筛余不是100%，这是正常的。在项目调研中和各种比赛、考试中发现，很多试验检测人员筛余量没有修约至0.5 g，计算分计筛余百分率时，除以的是筛后的质量，这与规程的要求明显不符。

本文列举的两份砂样的筛分，结果见表1。试样I筛分后总质量为535.0，损失率为0.37%；试样II筛分后试样质量为541.5，损失率为0.6%；两份试验筛分后损失率均小于筛前试样质量的1%，满足规范要求。试样I的细度模数为2.74，试样II的细度模数为2.65，相差0.09，误差小于0.2，满足规范要求。

表1 筛分试验计算示例

1.6 级配曲线的绘制

假定该砂拌制的混凝土用于公路桥梁建设中，《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)中规定中砂的级配范围见表1。以横坐标表示筛孔尺寸，纵坐标表示累计筛余百分率，级配曲线如图2。需要说明的是，横坐标采用的对数坐标，如果采用普通坐标，那么0.15、 0.3、0.6 mm筛非常接近，1.18、2.36、4.75 mm又会非常稀疏，绘图时很不方便，也不美观。由于从0.15 mm筛到4.75 mm筛，都是成倍增长的，所以当采用对数坐标绘制时，横坐标筛孔尺寸的间距几乎是相等的，这样横坐标就避免了前面拥挤后面稀疏的情况如图2中A线和C线分别表示表1中级配范围的上限和下限，B线表示试验的平均累计筛余百分率，从图2中能够很快地判断出B在A和C范围内，而且B基本上接近A、C范围的中线，说明该砂样级配合格且级配良好。

图2 级配曲线

2 建 议

2.1 关于精度

现行《公路工程集料试验规程》(JJG-E42-2005)是2005年发布实施的，至今已有15年的时间了，当时一些试验室用的还是架盘天平，精度有限，所以筛分试验各号筛的筛余量要求准确到0.5 g。现在的试验室已经找不到架盘天平，电子天平很普及，精确度都很高，在做筛分试验时，一般用的感量都是0.1或0.01的天平，精度已经高于规范要求，建议《路规》再次修订时考虑现实情况，将规范中精确至0.5 g改成精确至0.1 g，这样会省去由于数值修约带来的麻烦，极大方便了试验的数据整理工作。

2.2 关于天平

《路规》中要求配备的天平称量为1 000 g，但在试验准备中，缩分前试验质量都在1 000 g以上，在加上称量盘的质量，天平的称量明显不够，所以试验仪具需要增加一台2 000 g或以上的天平。

2.3 分计筛余的计算

在计算分计筛余时，《路规》中细集料是除以筛前质量，而粗集料是除以筛后质量，很容易造成混淆，两者应该统一，笔者认为都除以筛后质量更加科学，因为卡在筛上损失的样品并没有参与到计算过程中。

3 总 结

细集料筛分试验看似比较简单，但在实际操作中，要想准确无误，考虑的细节问题还是比较多的，控制的关键点总结如下：①四分法取样；②称量前天平要调平；③要学会数据修约，筛前试样质量和筛余量要修约到0.5单位；④筛分后质量损失符合要求；⑤计算分计筛余时除以筛前质量；⑥两份平行试验的细度模数不超过0.2；⑦绘制级配曲线时，横坐标采用的是对数坐标。只有逐一掌握这些要点，才能做出一个正确的试验。

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