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(xiàn)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(guī)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)展，妨礙水泥的正常水化，或與水泥成分發(fā)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(yè)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(zhèn)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(yǎng)護工區(qū)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(guī)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(guī)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(jīng)前處理或經(jīng)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(guī)定限量檢測需要（4）方便易行，甚至可以實現(xiàn)自動化。本文據(jù)此進行快速檢測方法探索。現(xiàn)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(guī)程》，用篩洗法進行檢測。規(guī)范方法檢測含泥量主要步驟（簡化）如下面圖框所示。

按規(guī)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(huán)節(jié)從而節(jié)約時間來實現(xiàn)快速檢測。

通過查閱文獻，加上現(xiàn)實經(jīng)驗啟發(fā)，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(xiàn)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(jù)常規(guī)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(tài)。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(tài)。為了使得最短時間能夠達到規(guī)范要求的烘干恒重狀態(tài)，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(jù)濟陽高速現(xiàn)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(shù)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(tài)（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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi)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?？傊焖贆z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(guī)范要求檢測對比試驗數(shù)十組。主要檢測結果統(tǒng)計如下。

從圖4可以看出，未浸泡方法試驗結果與規(guī)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(jù)現(xiàn)場實際用砂，用快速檢測法與規(guī)范方法進行含泥量對比試驗，采集了大量數(shù)據(jù)。根據(jù)實測數(shù)據(jù)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(lián)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(jù)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(guī)范方法檢測含泥量值。

由圖5可以看出，快速試驗結果與規(guī)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(shù)據(jù)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(guī)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(huán)節(jié)，大大節(jié)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(jù)規(guī)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(guī)范檢測結果偏小，且大多數(shù)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(nèi)，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(nèi)對河砂能否使用進行判斷，數(shù)據(jù)可靠性高，極大地節(jié)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(shù)據(jù)有限，僅供參考。

參考文獻

[1]《公路工程集料試驗規(guī)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）.