官地水电站竹子坝玄武岩人工砂颗粒级配测试方法比较
（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙410014）
摘要：通过采用本文所述的干筛法与水洗法对官地水电站竹子坝砂石料生产系统不同时期生产的玄武岩人工砂（碾压砂）颗粒级配及石粉含量测试比较，结果表明：用干筛法测得的人工砂细度模数比水洗法测得的细度模数大，大部分人工砂样品用两种方法测得的细度模数具有较大或明显且并不相对固定的差异，但也有少量样品差异并不明显。用干筛法测得的人工砂石粉含量比水洗法测得的石粉含量小，用两种方法测得的石粉含量具有较大或明显且并不相对固定的差异。两种方法所测得细度模数或石粉含量的差异与人工砂的细度模数大小不具有相关性或不呈现某种趋势。两种方法所测得的颗粒级配分级筛余差异，主要在0.63mm级，其次为0.315mm级，再次是1.25mm级；当两者的石粉含量有较大或明显差异时，在0.63mm与0.315mm两级上则相应有较明显或强烈的差异显示。
关键词：竹子坝玄武岩人工砂；颗粒级配；石粉含量；石粉吸附；测试方法
1 引言
《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）按颗粒大小将人工砂分成5～10mm、2.5～5mm、1.25～2.5mm、0.63～1.25mm、0.315～0.63mm、0.16～0.31mm、小于0.16mm的级配，人工砂中小于0.16mm的颗粒称为“石粉”。
按官地施工项目划分，大坝混凝土由中国水利水电第四工程局第十一工程局联营体负责施工，而碾压混凝土用砂石骨料由中国水利水电第八工程局官地项目部在竹子坝玄武岩料场负责生产与供应。在人工砂的试生产及生产以及使用过程中，管理局、监理、生产供应、使用各方对人工砂的细度模数与石粉含量问题产生了一些疑义，主要反映在生产方与供应方测试结果之间、测试结果与成品料堆表观特征之间以及测试结果与RCC现场碾压试验施工显露出的效果之间。为确保混凝土原材料人工砂的生产质量符合工程技术要求，保证大坝混凝土的施工质量，官地水电站试验检测中心对中水八局竹子坝砂石料生产系统不同时间生产的玄武岩人工砂同一样品，进行干筛法与水洗法（具体方法见下文）测试比较，供工程各方统一人工砂颗粒级配（含石粉）的测试标准参考，并释疑人工砂测试结果与成品料堆表观特征之间以及RCC现场碾压试验施工显现效果之间的困惑。
2 测试材料与方法
2.1 测试材料
2009年8月—2009年12月，中水八局竹子坝砂石料生产系统不同时间生产（包括试生产）用于碾压混凝土的玄武岩人工砂（简称碾压砂）。样品随机取自人工砂生产线、或人工砂成品料堆、或生产方与使用方交货地点，既有点样（从某点取）样品，亦有批量生产代表性样品。采取上述取样方式，其目的是希望样品组的几项主要测试指标有较大的范围。
2.2 测试方法
同一样品干筛法与水洗法平行进行。本文的干筛法是指按《水工混凝土试验规程》（SL 352—2006）与《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中的颗粒级配试验方法，采用烘干后不对样品采取辅助措施直接筛分，水洗法则是样品烘干后先按SL 352—2006人工砂石粉含量试验方法用水洗过筛后，余样再烘干按干筛法试验过程进行测试，并将水洗去的颗粒加入后续试验中相应粒级进行计算和数据处理。
3 结果与分析
3.1 两种方法所得细度模数结果差异以及结果差异与细度模数之间的关系
11组碾压砂样品，用干筛法测得的细度模数在2.84～3.33之间，用水洗法测得的细度模数在2.53～2.97之间，干筛法测得的细度模数比水洗法测得的细度模数大0.06～0.45，见表1。如果用试验方法要求重做的标准（两次测试的细度模数相差超过0.2）判断，11组碾压砂样品中有8组细度模数的测试结果有较大或明显的差异。说明，用干筛法测得的细度模数比水洗法测得的细度模数大，大部分人工砂样品用两种方法测得的细度模数具有较大或明显的差异，但也有少量样品差异并不明显。
表1 人工砂干筛法与水洗法的细度模数测试结果
注 测试结果以干筛法细度模数从小到大排列，不代表测试的先后次序，表中细度模度结果差异为干筛法结果减去水洗法结果。
图1为两种测试方法所得细度模数差异与干筛法细度模数之间的关系曲线图。从图可知，对于玄武岩人工碾压砂，两种方法所测得细度模数的差异与人工砂的细度模数大小不具有相关性或不呈现某种趋势。
图1 细度模数差异与干筛法细度模数结果关系曲线图
3.2 两种方法所得石粉含量结果差异以及结果差异与细度模数之间的关系
11组碾压砂样品，用干筛法测得的石粉含量在8.4%～14.7%之间，用水洗法测得的石粉含量在17.1%～27.0%之间，干筛法测得的石粉含量比水洗法测得的石粉含量小2.6～12.4个百分点，见表2。如果用试验方法要求重做的标准（两次测试的石粉含量相差大于0.5%）判断，11组碾压砂样品石粉含量的测试结果有较大或明显的差异。说明，用干筛法测得的石粉含量比水洗法测得的石粉含量小，人工砂样品用两种方法测得的石粉含量具有较大或明显且并不相对固定的差异。
表2 人工砂干筛法与水洗法的石粉含量测试结果
图2为两种测试方法所得石粉含量差异与干筛法细度模数之间的关系曲线图。从图可知，对于玄武岩人工碾压砂，两种方法所测得石粉含量的差异与人工砂的细度模数大小不具有相关性或不呈现某种趋势。
图2 石粉含量差异与干筛法细度模数结果关系曲线图
3.3 两种方法所得分级筛余差异以及与石粉含量差异的关系
表3为两种方法测试人工砂所得筛孔孔径5mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm、小于0.16mm的颗粒各分级筛余百分数结果以及分级筛余差异。
表3 人工砂分级筛余与差异结果
续表
注 测试结果以干筛法细度模数从小到大排列，不代表测试的先后次序，表中分级筛余差异为干筛法结果减去水洗法结果。差异统计值为分级筛余差异中（除小于0.16mm即石粉外）两个大值之和。
结果显示，11组样品分级筛余差异最大值（除石粉外）中，0.63mm级有9组；11组样品分级筛余差异第二大值中，1.25mm级有4组，0.63mm级有1组，0.315mm级有6组；分级筛余差异两个大值之和与石粉含量差异在数值上接近或两者相当；然而有趣的是，除石粉含量差异最小的一组样品（序号5）外，0.16mm级分级筛余并未在分级筛余差异两个大值中占有份额。结果与分析表明，两种测试方法所测得的颗粒级配分级筛余差异，主要在0.63mm级，其次为0.315mm级，再次是1.25mm级；当两者的石粉含量有较大或明显差异时，在0.63mm与0.315mm两级上则相应有较明显或强烈的差异显示。说明大部分玄武岩人工砂石粉在脱水后或饱水不充分的状态下，具有较强的吸附性质，或者说石粉颗粒吸附并包裹在0.315～1.25mm之间的颗粒上或相互吸附形成0.315～1.25mm之间的颗粒而难于自由分散。
3.4 测试结果现象原因探讨
产生前述试验现象的可能因素包括如下几个方面：人工砂材料属性、测试方法、生产工艺、存储等。本文就前两个方面进行一般性探讨。
其一，材料属性方面，与玄武岩的属性、玄武岩人工砂中石粉的吸附性和表面性状有关，从人工砂成品料堆放一段时间（表面自然脱水）表面板结或成团现象以及人工砂样品烘干脱水后颗粒板结或成团现象可得到印证。
其二，测试方法方面，DL/T 5151—2001和SL 352—2006关于砂料颗粒级配试验的方法等同，即检测人工砂的细度模数、石粉含量、颗粒分级筛余或累计筛余为砂样烘干脱水后，于摇筛机上机械筛分后手工筛分，对于具有强烈吸附性的玄武岩人工砂尤其是其中的石粉颗粒在脱水或失水（含水率低于饱和面干吸水率）造成人工砂或石粉成团或板结现象，方法本身并未提供具有可操作性的解决办法，容易让不同的试验人员或不同试验室之间人为地产生操作误差，而导致较大的测试偏差；而对于石粉含量测试，SL 352—2006又单独提供了相应测试方法DL/T 5151—2001则未单独提供），即砂样烘干后用水洗去石粉，余样再烘干称量，总量减去余样量则为石粉含量，试验过程容易人为地造成石粉含量测试结果偏大现象发生，而烘干余样可否用于颗粒级配筛分并测试细度模数等并无说明；本试验中的水洗法测试，为试验比较起见，将烘干余样按干筛法进行筛分，并将水洗去的石粉部分加入余量筛分的数据中进行细度模数、分级筛余、石粉含量计算，在测试过程中砂样经过了一次水浸和两次烘干，亦可能会对砂粒起破损作用而导致水洗法与干筛法在测试结果上产生较大的差异。
因此，本文建议在加以辅助措施的前提下，以干筛法作为具有强烈吸附性质的玄武岩人工砂测试手段。
4 结论
对于竹子坝人工碾压砂，采用干筛法与水洗法检测颗粒级配，用干筛法测得的细度模数比水洗法测得的细度模数大，大部分人工砂样品用两种方法测得的细度模数具有较大或明显且并不相对固定的差异，但也有小量样品差异并不明显。
用干筛法测得的石粉含量比水洗法测得的石粉含量小，人工砂样品用两种方法测得的石粉含量具有较大或明显且并不相对固定的差异。
两种方法所测得细度模数或石粉含量的差异与人工砂的细度模数大小不具有相关性或不呈现某种趋势。
两种方法所测得的颗粒级配分级筛余差异，主要在0.63mm级，其次为0.315mm级，再次是1.25mm级；当两者的石粉含量有较大或明显差异时，在0.63mm与0.315mm两级上则相应有较明显或强烈的差异显示。