曹學(xué)禹，劉 陽

(河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450015)

0 前 言

在水泥混凝土中，細(xì)集料是指粒徑小于4.75 mm顆粒的天然砂、人工砂、石屑等。細(xì)集料一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)就是級(jí)配，它影響著混凝土的性能，尤其是對(duì)混凝土的和易性影響巨大。集料的級(jí)配一般通過篩分試驗(yàn)確定。篩分試驗(yàn)在路橋試驗(yàn)中非常具有代表性，它不僅是原材料必做的試驗(yàn)項(xiàng)目之一，也是各種試驗(yàn)技能競賽和技工實(shí)操考核出現(xiàn)頻率極高的一個(gè)試驗(yàn)。但不論是在公路項(xiàng)目的調(diào)研時(shí)，還是在各種比賽當(dāng)評(píng)委時(shí)，發(fā)現(xiàn)很多試驗(yàn)檢測人員沒有很好地解讀《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)(以下簡稱《路規(guī)》)中細(xì)集料篩分試驗(yàn)的條款，試驗(yàn)中出現(xiàn)了種種錯(cuò)誤，鑒于此通過實(shí)例(砂的篩分)結(jié)合路規(guī)對(duì)該試驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)解析。

1 試驗(yàn)關(guān)鍵控制點(diǎn)

1.1 干篩法篩子的選取

混凝土用細(xì)集料，我們一般采用干篩法即可。所以在篩分時(shí)，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?yàn)?.075 mm篩的篩孔特別細(xì)，干篩是篩不徹底的。對(duì)于瀝青混合料和路面基層用細(xì)集料，我們需要加0.075 mm篩子，這時(shí)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(xiàng)目調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)很多在建項(xiàng)目試驗(yàn)室采用干篩法試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)準(zhǔn)備中，《路規(guī)》要求將樣品過9.5 mm篩，然后將樣品在潮濕狀態(tài)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(yàn)室極少配備分料器，所以一般都采用四分法縮分?？紤]到需要做砂的其他試驗(yàn)指標(biāo)，所以在實(shí)際工作中取樣質(zhì)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(rèn)為這樣做費(fèi)時(shí)費(fèi)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(jīng)過試驗(yàn)證明，這種拌和均勻直接取1 100多g縮分和對(duì)來樣進(jìn)行多次縮分，結(jié)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(guān)。在項(xiàng)目調(diào)研時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，很多試驗(yàn)檢測人員沒有用四分法取樣，直接取500 g干砂試驗(yàn)，這是不夠科學(xué)的，作為兩份平行試驗(yàn)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(tài)下拌和均勻，大致攤平，然后沿互相垂直的兩個(gè)方向，把試樣由中間向邊攤開，分成大致相等的四份，取其對(duì)角線的兩份重新拌勻，重復(fù)上述過程，直至縮分后的材料量略多于進(jìn)行試驗(yàn)所必需的量。有的試驗(yàn)檢測人員應(yīng)用了四分法，但是應(yīng)用錯(cuò)誤，四分后隨意增減數(shù)量，人為將材料分成完全相等的兩份，這是不對(duì)的。四分法取樣后，兩份樣品狀態(tài)接近，數(shù)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(duì)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(zhì)量分別為559 g和567 g，烘干后樣品質(zhì)量為537.4 g和544.8 g。

1.3 數(shù)值修約

《路規(guī)》要求縮分后的兩份樣品準(zhǔn)確至0.5 g，篩分后各篩篩余質(zhì)量也是精確至0.5 g。不論是在項(xiàng)目調(diào)研中還是在各類試驗(yàn)技能比賽中，我們發(fā)現(xiàn)很多試驗(yàn)檢測人員沒有按照規(guī)范要求修約，或者修約的不正確。數(shù)值修約規(guī)則可以參考現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定》(GB/T 8170-2008)進(jìn)行。

1.3.1 進(jìn)舍規(guī)則

擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字小于5，則舍去，保留其余各位數(shù)字不變。

例：將12.149 8修約到一位小數(shù)，得12.1。

擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5，則進(jìn)一，即保留數(shù)字的末位數(shù)字加1。

例：將12.179 8修約到一位小數(shù)，得12.2。

擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字是5，且其后有非0數(shù)字(5后面的數(shù)字不全為0)時(shí)進(jìn)一，即保留數(shù)字的末位數(shù)字加1。

例：將12.150 02修約到一位小數(shù)，得12.2。

擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字為5，且其后無數(shù)字或皆為0時(shí),若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)(1，3，5，7，9)則進(jìn)一，即保留數(shù)字的末位數(shù)字加1；若所保留的末位數(shù)字為偶數(shù)(0，2，4，6，8)則舍去。

例：將12.15修約到一位小數(shù)，得12.2。

將12.850 00修約到一位小數(shù)，得12.8。

1.3.2 不允許連續(xù)修約

擬修約數(shù)字應(yīng)在確定修約間隔或指定修約數(shù)位后一次修約獲得結(jié)果，不得多次按1.3.1規(guī)則連續(xù)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(jìn)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(duì)擬修約的數(shù)值0.5單位進(jìn)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(gè)數(shù)值能明顯的看出修約結(jié)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(duì)于有些數(shù)值，無法判斷出與哪一方接近，這時(shí)可以按照《數(shù)值修約規(guī)則》(GB/T 8170-2008)標(biāo)準(zhǔn)里的相關(guān)條款進(jìn)行。即將擬修約數(shù)值X乘以2，按指定修約間隔對(duì)2X依1.3.1的規(guī)定修約，所得數(shù)值(2X修約值)再除以2。例如60.25修約到“個(gè)”數(shù)位的0.5單位，由于這個(gè)數(shù)值剛好在60.0～60.5，肉眼無法判斷出來，所以按照修約規(guī)則，把此數(shù)乘以2，得到120.50，再按照1.3.1的條款，修約至整數(shù)，也就是保留1個(gè)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(gè)”數(shù)位的0.5單位，同理60.75乘以2，得到121.5，修約至整數(shù)122，除以2得到61，由于是修約至0.5單位，所以應(yīng)為61.0。

1.4 試樣篩分

在本文第1.2部分，烘干后樣品質(zhì)量為537.4 g和544.8 g，《路規(guī)》要求準(zhǔn)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(jìn)行篩分，搖篩機(jī)篩約10 min，然后取出套篩，再按篩孔大小順序，在淺盤上逐個(gè)進(jìn)行手篩，《路規(guī)》要求直到每分鐘的篩出量不超過篩上剩余量的0.1%時(shí)為止，但這樣控制會(huì)非常麻煩，通過多次試驗(yàn)得出，手篩時(shí)只要篩下幾乎不流砂即可。

1.5 級(jí)配參數(shù)的計(jì)算

篩余量要求準(zhǔn)確至0.5 g，可按1.3.1～1.3.3進(jìn)行修約，表1是砂樣I和砂樣II的篩分結(jié)果，篩余量已修約到0.5 g。分計(jì)篩余百分率，就是每號(hào)篩的篩余量占試樣總質(zhì)量的百分率。但要注意，《路規(guī)》要求計(jì)算分計(jì)篩余時(shí)是除以篩前質(zhì)量。理論上篩后各號(hào)篩的篩余量和篩底剩余量的總質(zhì)量應(yīng)等于篩前質(zhì)量，但在實(shí)際試驗(yàn)中，可能會(huì)有一點(diǎn)損耗，因?yàn)橛行┘蠒?huì)卡在篩上，尤其是0.15 mm和0.3 mm居多?！堵芬?guī)》中規(guī)定損失量不超過篩前質(zhì)量的1%。如果是新建試驗(yàn)室，套篩是新的，一定要先篩分2次，篩分結(jié)果廢棄，然后在進(jìn)行正式的試驗(yàn)，否則很容易超差。新的套篩試篩2次后，有些集料會(huì)卡在篩上，后面在進(jìn)行篩分時(shí)，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(jì)算分計(jì)篩余百分率由于是除以篩前的質(zhì)量，所以會(huì)導(dǎo)致累計(jì)篩余不是100%，這是正常的。在項(xiàng)目調(diào)研中和各種比賽、考試中發(fā)現(xiàn)，很多試驗(yàn)檢測人員篩余量沒有修約至0.5 g，計(jì)算分計(jì)篩余百分率時(shí)，除以的是篩后的質(zhì)量，這與規(guī)程的要求明顯不符。

本文列舉的兩份砂樣的篩分，結(jié)果見表1。試樣I篩分后總質(zhì)量為535.0，損失率為0.37%；試樣II篩分后試樣質(zhì)量為541.5，損失率為0.6%；兩份試驗(yàn)篩分后損失率均小于篩前試樣質(zhì)量的1%，滿足規(guī)范要求。試樣I的細(xì)度模數(shù)為2.74，試樣II的細(xì)度模數(shù)為2.65，相差0.09，誤差小于0.2，滿足規(guī)范要求。

表1 篩分試驗(yàn)計(jì)算示例

1.6 級(jí)配曲線的繪制

假定該砂拌制的混凝土用于公路橋梁建設(shè)中，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)中規(guī)定中砂的級(jí)配范圍見表1。以橫坐標(biāo)表示篩孔尺寸，縱坐標(biāo)表示累計(jì)篩余百分率，級(jí)配曲線如圖2。需要說明的是，橫坐標(biāo)采用的對(duì)數(shù)坐標(biāo)，如果采用普通坐標(biāo)，那么0.15、 0.3、0.6 mm篩非常接近，1.18、2.36、4.75 mm又會(huì)非常稀疏，繪圖時(shí)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(dāng)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制時(shí)，橫坐標(biāo)篩孔尺寸的間距幾乎是相等的，這樣橫坐標(biāo)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(jí)配范圍的上限和下限，B線表示試驗(yàn)的平均累計(jì)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(nèi)，而且B基本上接近A、C范圍的中線，說明該砂樣級(jí)配合格且級(jí)配良好。

圖2 級(jí)配曲線

2 建 議

2.1 關(guān)于精度

現(xiàn)行《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JJG-E42-2005)是2005年發(fā)布實(shí)施的，至今已有15年的時(shí)間了，當(dāng)時(shí)一些試驗(yàn)室用的還是架盤天平，精度有限，所以篩分試驗(yàn)各號(hào)篩的篩余量要求準(zhǔn)確到0.5 g?，F(xiàn)在的試驗(yàn)室已經(jīng)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(yàn)時(shí)，一般用的感量都是0.1或0.01的天平，精度已經(jīng)高于規(guī)范要求，建議《路規(guī)》再次修訂時(shí)考慮現(xiàn)實(shí)情況，將規(guī)范中精確至0.5 g改成精確至0.1 g，這樣會(huì)省去由于數(shù)值修約帶來的麻煩，極大方便了試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理工作。

2.2 關(guān)于天平

《路規(guī)》中要求配備的天平稱量為1 000 g，但在試驗(yàn)準(zhǔn)備中，縮分前試驗(yàn)質(zhì)量都在1 000 g以上，在加上稱量盤的質(zhì)量，天平的稱量明顯不夠，所以試驗(yàn)儀具需要增加一臺(tái)2 000 g或以上的天平。

2.3 分計(jì)篩余的計(jì)算

在計(jì)算分計(jì)篩余時(shí)，《路規(guī)》中細(xì)集料是除以篩前質(zhì)量，而粗集料是除以篩后質(zhì)量，很容易造成混淆，兩者應(yīng)該統(tǒng)一，筆者認(rèn)為都除以篩后質(zhì)量更加科學(xué)，因?yàn)榭ㄔ诤Y上損失的樣品并沒有參與到計(jì)算過程中。

3 總 結(jié)

細(xì)集料篩分試驗(yàn)看似比較簡單，但在實(shí)際操作中，要想準(zhǔn)確無誤，考慮的細(xì)節(jié)問題還是比較多的，控制的關(guān)鍵點(diǎn)總結(jié)如下：①四分法取樣；②稱量前天平要調(diào)平；③要學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)修約，篩前試樣質(zhì)量和篩余量要修約到0.5單位；④篩分后質(zhì)量損失符合要求；⑤計(jì)算分計(jì)篩余時(shí)除以篩前質(zhì)量；⑥兩份平行試驗(yàn)的細(xì)度模數(shù)不超過0.2；⑦繪制級(jí)配曲線時(shí)，橫坐標(biāo)采用的是對(duì)數(shù)坐標(biāo)。只有逐一掌握這些要點(diǎn)，才能做出一個(gè)正確的試驗(yàn)。

①

②

③

④

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