细骨料(砂子)

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第70页（5002字）

粒径在0．15～4．75mm之间的骨料称为细骨料，普通混凝土中所用的细骨料为砂子。砂子分为天然砂和人工砂两类。天然砂是岩石自然风化后所形成的大小不等的颗粒，按其产源不同可分为河砂、湖砂、海砂和山砂；人工砂包括机制砂和混合砂。建筑工程一般多采用天然河砂。

根据国家标准《建筑用砂》(GB／T14684一2001)中的规定，砂按细度模数(M_X)大小不同，可分为粗砂、中砂、细砂三种规格；按技术要求可分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类三个类别，其中，Ⅰ类砂宜用于强度等级大于C60的混凝土，Ⅱ类砂宜用于强度等级C30～C60的混凝土，Ⅲ类砂宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。

配制普通混凝土要选用质量良好的砂子，对砂的质量要求主要包括：有害杂质的含量、砂的坚固性、砂的碱活性、粗细程度和颗粒级配等。

(一)有害杂质的含量

用于配制混凝土的砂子，要求其清洁，不含过多的杂质，以保证混凝土的质量。但实际上砂中常含有云母、轻物质、有机物、硫化物、氯化物、黏土、泥块等有害杂质，这些杂质混合或粘附在砂的表面，不仅影响水泥与砂的粘结，严重降低混凝土的强度，而且还会增加混凝土的用水量，加大混凝土的收缩，降低混凝土的耐久性。硫酸盐和硫化物对水泥石有腐蚀作用，氯化物会加剧钢筋混凝土中钢筋的锈蚀。因此，对砂中的有害杂质含量，应当进行严格控制。

根据国家标准《建筑用砂》(GB／T14684－2001)中的规定，用于普通混凝土的砂中有害杂质的含量，应符合表5－1中的要求。

表5－1 混凝土用砂有害杂质要求(GB／T14684－2001)

(%)

(二)砂的坚固性

砂的坚固性是指砂在自然环境或其他物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。天然砂通常用硫酸钠溶液干湿循环5次后的质量损失来表示其坚固性的好坏，人工砂通常采用压碎指标进行检验。天然砂和人工砂的坚固性要求，必须符合表5－2中的规定。

表5－2 砂的坚固性要求(GB／T14684－2001)

(%)

(三)砂的碱活性

当砂中含有过多的活性氧化硅时，在加入混凝土后，可能与水泥中的碱分起化学作用，从而产生碱－骨料反应，使混凝土在硬化后发生膨胀开裂。因此，配制混凝土通常应选用无活性氧化硅的细骨料。

(四)粗细程度和颗粒级配

砂的粗细程度是指用不同粒径的砂混合在一起的平均粗细程度。根据砂的粗细程度不同，砂可分为粗砂、中砂和细砂。配制混凝土所用砂的粗细程度应适宜。

试验充分证明：在砂用量相同的条件下，若砂子过细，则砂的总表面积就较大，需要包裹在砂粒表面的水泥浆数量多，水泥用量必然就大；若砂子过粗，虽然能减少水泥的用量，但混凝土拌合物的黏聚性变差，容易发生分层离析，严重影响混凝土的质量。所以，用于拌制普通混凝土的砂子不宜过粗，也不宜过细。

砂的颗粒级配是指大小不同粒径的砂粒相互间的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。从图5－2中可以看出：如果是相同粒径的砂，砂粒之间的空隙则大，如图5－2a所示；用两种不同粒径的砂搭配起来，砂粒之间的空隙有所减小，如图5－2b所示；用三种不同粒径的砂搭配起来，砂粒之间的空隙更小，如图5－2c所示。由此可见，减小砂粒之间的空隙的唯一方法，必须使大小不同粒径的砂相互搭配，这样才能使砂的级配良好。

图5－2 砂子的颗粒级配示意图

(a)一种粒径；(b)两种粒径；(c)三种粒径

配制普通混凝土所用的砂，当其颗粒较粗、级配良好时，砂的空隙率和总表面积均较小，这样不仅可以节约水泥，降低工程造价，而且还可以提高混凝土的强度和耐久性。因此，严格控制砂的粗细程度和颗粒级配具有重大的技术经济意义。

砂子的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析的方法进行测定，用细度模数来判断砂子的粗细程度，用级配区来表示砂的颗粒级配。筛分析的方法是用一套方孔孔径分别为9．5mm、 4．75mm、2．36mm、1．18mm、600μm、300μm和150μm的7个标准筛，将500g干砂试样依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂质量，并计算出各筛上的分计筛余百分率(分计筛余量占砂样总质量的百分数)及累计筛余百分率(各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和)。砂的筛余量、分计筛余百分率、累计筛余百分率的关系，如表5－3所示。

表5－3 砂的筛余量、分计筛余百分率、累计筛余百分率的关系

注：a_l=m_l／500。

根据砂的累计筛余百分率，可以计算出砂的细度模数，划分砂的级配区，以评定砂的粗细程度和颗粒级配。

砂的粗细程度用细度模数(M_X)表示，可用下式进行计算：

砂的细度模数(M_X)越大，表示砂子越粗。根据国家标准《建筑用砂》(GB／T 14684－2001)中的规定，粗砂的细度模数为3．7～3．1，中砂的细度模数为3．0～2．3，细砂的细度模数为2．2～1．6。普通混凝土用砂的细度模数，一般应控制在3．5～2．0之间较为适宜。

在国家标准《建筑用砂》(GB／T14684－2001)中，对细度模数为3．7～1．6的普通混凝土用砂，根据600μm筛孔的累计筛余百分率分为三个级配区，见表5－4和图5－3所示。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于表5－4或图5－3的任何一个级配区内，否则认为砂的颗粒级配不合格。除4．75mm及600μm筛外，允许有部分超出分区界限，但其总量不得大于5%。

表5－4 砂的颗粒级配区(GB／T14684－2001)

注：1．砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4．75mm和600μm筛孔外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。

2．1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到85～100，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到80～100，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到75～100。

图5－3 砂的级配曲线

工程实践证明：处于2区级配的砂，其粗细比较适中，颗粒级配较好。1区级配的砂，其粗颗粒含量较多，属于粗砂，拌制的混凝土保水性较差。3区级配的砂，其细颗粒含量较多，属于细砂，虽然拌制的混凝土保水性和黏聚性好，但水泥用量大，干缩性也较大，容易产生微裂缝。当采用1区砂时，宜适当增大砂率，以满足混凝土的和易性；当采用3区砂时，宜适当降低砂率，以满足混凝土的强度。

普通混凝土用砂的级配必须合理，否则难以配制出性能良好的混凝土。在实际工程中，如果砂的级配不良，可采用人工掺配的方法加以改善，即将粗砂、细砂按适当比例掺合使用，或将砂进行过筛，筛除过粗或过细的颗粒。

(五)骨料的含水状态

骨料的含水状态，一般分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态四种，如图5－4所示。干燥状态的骨料，其含水率等于或接近于零；气干状态的骨料，其含水率与大气湿度相平衡但未达到饱和状态；饱和面干状态的骨料，其内部孔隙含水达到饱和，而其表面干燥；湿润状态的骨料，不仅内部孔隙含水达到饱和，而且表面还附着自由水。

图5－4 骨料的含水状态

(a)干燥状态；(b)气干状态；(c)饱和面干状态；(d)湿润状态

骨料的含水状态，对于计算普通混凝土的配合比，准确称量各种材料，确保混凝土的材料比例，具有非常重要的作用。在建筑工程中，一般以干燥状态的骨料为基准；而在水利工程中，常以饱和面干状态的骨料为基准。

1．砂的含水率与其体积的关系

砂子的外观体积随着砂子的湿度变化而变化。假定以干砂的体积为标准，当砂的含水率为5%～7%时，砂的体积最大，比干燥松散状态的体积增大30%～35%；当砂的含水率再增大时，体积反而开始逐渐减小，当含水率在17%时，体积将缩至与干燥松散状态下相同；当砂子完全浸泡水中，其密度反而超过干砂，体积可比干燥松散状态体积缩小7%～8%，如图5－5所示。因此，在进行普通混凝土和砂浆配合比设计时，均应以干燥松散状态的砂为标准计算。

图5－5 净砂含水率与堆积密度的关系

2．天然砂、天然净砂、净干砂

天然砂系指从砂坑中开采出来未经加工(过筛)而运至施工现场的砂，其中含有少量的泥土、石子、杂质和水分等。天然净砂系指将天然砂经过加工，筛选掉石子和杂质的砂。净干砂系指将天然净砂经过烘干后的砂。

以上三种砂是质量不同、含水率不同、状态不同的细骨料，在编制建筑工程概(预)算定额时，对这三种状态砂的概念不得混淆。否则，将一种状态下的砂体积，换算为另一状态下砂的重量时，很容易出现错误，从而造成材料的不足或剩余。

3．天然砂含水率与堆积密度的关系

砂子的体积随其含水率不同而发生变化，导致砂的堆积密度随含水率不同而改变。天然砂含水率与其堆积密度关系近似曲线，如图5－6所示。

图5－6 天然砂含水率与堆积密度的关系

从图5－6中可以看出：当天然砂含水率为1%～4%时，其堆积密度比干燥状态下砂的堆积密度逐渐减小；当天然砂含水率增加到5%～7%时，其体积膨胀率最大，则堆积密度最小。天然砂的含水率继续增大时，其堆积密度开始逐渐增加，当含水率增大到10%左右时，其堆积密度最大。

因此，在进行各种砂浆配合比设计时，必须注意砂的体积、堆积密度与含水率的关系。抹灰的水泥砂浆配合比为体积比，系指水泥与净干砂的体积比，不能当作水泥与天然净砂的体积比。净干砂、天然净砂与天然砂的关系，如表5－5所示。

表5－5 净干砂、天然净砂与天然砂的关系

注：表中天然砂的含石率为8%。