摘要
本文介绍了砂子的主要技术指标，并对其合理利用作了较为详细的说明，对混凝土生产企业和研究人员具有指导意义。
一
砂的主要技术指标
粒径为0.16～4.75mm的集料称为细集料，简称砂。混凝土用砂分为天然砂和人工破碎砂。
天然砂是建筑工程中的主要用砂，它是由岩石风化所形成的散粒材料，按来源不同分为河砂、山砂、海砂等。山砂表面粗糙、棱角多，含泥量和有机质含量较多。海砂长期受海水的冲刷，表面圆滑，较为清洁，但常混有贝壳和较多的盐分。河砂的表面圆滑，较为清洁，且分布广，是混凝土主要用砂。
人工破碎砂是由天然岩石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，较为清洁，但砂中含有较多片状颗粒和细砂，且成本较高，一般在缺乏天然砂时使用。
1.1砂的粗细与颗粒级配
砂的粗细是指砂粒混合后的平均粗细程度。砂的颗粒级配是指大小不同颗粒的搭配程度。
砂的粗细和颗粒级配通常采用筛分析法测定与评定，既采用一套孔径为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm的标准筛，将500g干砂由粗到细依次筛分，然后称量每一个筛上的筛余量，并计算出各筛的分计筛余百分率和累计筛余百分率。筛余量、分计筛余百分率、累计筛余百分率的关系见表1-3-1。
表1-3-1 筛余量、分计筛余百分率、累计筛余百分率的关系
筛孔尺寸(mm)筛余量(g)分计筛余（%）累计筛余（%）
4．75
2．36
1．18
0．60
0．30
0．15m1
m2
m3
m4
m5
m6а1
а2
а3
а4
а5
а6β1=а1
β2=а1+а2
β3=а1+а2+а3
β4=а1+а2+а3+а4
β5=а1+а2+а3+а4+а5
β6=а1+а2+а3+а4+а5+а6
标准规定，砂的粗细程度用用细度模数μf来表示，计算式如下：
细度模数越大，表示砂越粗。标准规定μf=3.7～3.1为粗砂, μf=3.0～2.3为中砂, μf=2.2～1.6为细砂, μf=1.5～0.6为特细砂。
砂的级配用级配区来表示。砂的级配区主要以0.60mm筛的累计筛余百分率来划分，并分为三个级配区，各级配区的要求见表1-3-2。混凝土用砂的颗粒级配应处于三个级配区的任何一个级配区内。除0.60和4.75筛的累计筛余外，其它筛的累计筛余允许稍有超出分界线，但其总量百分率超出不得大于5%。
表1-3-2 砂的颗粒级配区范围
筛孔尺寸（mm）累计筛余（%）
Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区
9.5000
4.7510～010～010～0
2.3635～525～015～0
1.1865～3550～1025～0
0.6085～7170～4140～16
0.3095～8092～7085～55
0.15100～90100～90100～90
1.2含泥量及泥块含量
粒径小于0.075mm的黏土、淤泥、石屑等粉状物统称为泥。块状的黏土、淤泥统称为泥块或黏土块 (对于细集料指粒径大于1.2Omm，经水洗手捏后成为小于0.6Omm的颗粒；对于粗集料指粒径大于4.75mm，经水洗手捏后成为小于2.36mm的颗粒)。泥常包覆在砂粒的表面，因而会大大降低砂与水泥石间的界面黏结力，使混凝土的强度降低，同时泥的比表面积大，含量多时会降低混凝土拌合物流动性，或增加拌合用水量和水泥用量以及混凝土的干缩与徐变，并使混凝土的耐久性降低。泥块对混凝土性质的影响与泥基本相同，但危害更大。
按《建筑用砂》（GB/T14684-2001）的规定，Ⅰ类砂含泥量小于1.0%，不得有泥块；Ⅱ类砂含泥量小于3.0%，泥块含量小于1.0%；Ⅲ类砂含泥量小于5.0%，泥块含量小于2.0%。
《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）还规定，C60与C60以上的混凝土，砂中含泥量与泥块含量应分别不大于2.0%、0.5%；C55～C30的混凝土，砂中含泥量与泥块含量应分别不大于3.0%、1.0%；对C25及C25以下的混凝土，砂中含泥量与泥块含量应分别不大于5.0%、2.0%；对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求的小于或等于C25的混凝土用砂，其含泥量与泥块含量应分别不大于3.0%、1.0%。
1.3有害物质
砂中不应混有草根、树叶、塑料、煤渣、炉渣等杂物。砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表1-3-3的规定。
表1-3-3 砂的有害物质含量
项目ⅠⅡⅢ
云母（按质量计%），1.02.02.0
轻物质（按质量计%），1.01.01.0
有机物（比色法）合格合格合格
硫化物及硫酸盐（按SO3质量计%），0.50.50.5
氯盐（按氯离子质量计%），0.010.020.06
《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）还规定，有抗冻、抗渗要求的混凝土，砂中云母的含量不应大于1.0%。砂中如发现有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，须进行专门检验，确认能满足混凝土的耐久性要求时，方能使用。
1.4活性氧化硅
砂中不应含有活性氧化硅。对重要工程混凝土使用的砂，应采用砂浆长度法进行集料的碱活性试验。经检验判断为有潜在危害时，应采取下列措施：
（1）使用含碱量小于0.6%的水泥或采用能抑制碱-集料反应的掺合料。
（2）当使用含钾、钠离子的外加剂时，必须进行专门试验。
1.5坚固性
坚固性用硫酸钠饱和溶液法测定，既将细集料试样在硫酸钠饱和溶液中浸泡至饱和，然后取出试样烘干，经5次循环后，测定因硫酸钠结晶膨胀引起的质量损失，Ⅰ类和Ⅱ类小于8%，Ⅲ类小于10%。
二
砂子含泥对混凝土性能的影响
2.1砂子含泥对强度的影响
泥的存在使集料界面由于没有水化的能力，既不能象水泥一样和集料相互结合产生强度；也不能象砂石一样在混凝土中起骨架作用，只相当于在水泥石中引入了一定数量的空洞和缺陷，增加了水泥石的空隙率，并且这些孔大多在几十到几百微米的范围内，甚至更大，严重影响水泥石的强度；泥质组分大幅度增加了混凝土的用水量，提高了混凝土的实际用水量，降低了外加剂的有效掺量,导致水泥石的强度降低。
2.2砂子含泥对外加剂的影响
砂子中的含泥量较高时，由于含泥量实际是粘土质的细粉末，与胶凝材料具有相同的吸水性能，而在配合比设计时，没有考虑这些粉料的吸水问题，因此这些粘土需要等比例的水量才能达到表面润湿，同时润湿之后的粘土质材料也需要等比例的外加剂达到同样的流动性。这就是相同配比的条件下，当外加剂和用水量不变时，含泥量由2%提高到5%以上时，导致胶凝材料中外加剂的实际掺量小于推荐掺量,混凝土初始流动性变差、坍落度经时损失变大,为了实现混凝土拌合物的工作性不变,则外加剂的掺量增加。
2.3 砂子含泥对砂率的影响
砂子中的含泥量较高时，由于含泥量实际是粘土质的细粉末，与胶凝材料具有相同的吸水性能，而在配合比设计时，没有考虑这些粉料的数量问题，砂子的称量过程也没有考虑这些粉料的数量问题，因此使生产过程中实际的砂子用量小于配合比设计计算用量，使混凝土拌合物的实际砂率小于计算砂率，这就是相同配比的条件下，含泥量提高导致混凝土实际砂率降低使混凝土拌合物初始流动性变差、坍落度经时损失变大。
三
砂子含水对混凝土性能的影响
3.1砂子含水对强度的影响
砂子的饱和含水量为5.7%—7.7%，当砂子中的含水较高超过这一数值时，多余水分包裹在砂子表层形成一层水膜,砂子出现容胀现象，在配合比设计和生产的过程中,由于没有充分考虑这些水的问题，导致利用这种砂子配制的混凝土实际用水量大于配合比设计的计算用水量, 使混凝土拌合物的水胶比提高,混凝土拌合物出现离析泌水现象，工作性变差，混凝土凝固后由于这些多余水分蒸发，在混凝土内部形成大量孔隙,混凝土强度降低。
3.2砂子含水对外加剂的影响
混凝土的生产中，外加剂通过计量系统首先进入混凝土拌和水中形成一种均匀的混合物，当砂子中的含水较高超过饱和含水量时，在混凝土生产的过程中,根据砂子含水量扣除了这些水，虽然混凝土总的用水量不变，但是通过计量系统称量进入搅拌机的水量减小，导致混凝土外加剂的有效掺量降低,混凝土拌合物初始流动性变差，经时损失变大。
四
人工砂生产和使用过程中需要解决的问题
4.1人工砂生产中石粉的处理方法
4.1.1干粉的收集、处理及合理使用
人工砂生产过程中产生大量的粉末及扬尘，既影响工作环境又浪费资源，为了从根本上解决这个问题，砂石生产企业主要通过在破碎设备上部安装除尘设备的办法解决这个问题，治理扬尘的效果良好，但是由于收尘量大，干粉的处理变成了一个严重的问题。经过多年研究，经过除尘设备收集到的干石粉虽然没有反应活性，但是由于具有很大的比表面积，加入水泥代替部分混合材，由于粒径和粒形与水泥颗粒之间具有良好的填充互补性，可以明显提高水泥的早期强度,其最佳掺量为4%--8%。用于混凝土的配制，代替部分混凝土矿物掺合料，能够充分发挥填充效应，可以明显改善混凝土拌合物的工作性，提高混凝土的早期强度,其最佳掺量为胶凝材料的5%--10%。
4.1.2湿粉的收集及合理利用
在水资源比较充分和可以循环利用的企业,为了从根本上解决砂石破碎产生的石粉和扬尘问题，砂石生产企业主要通过在破碎设备上部安装淋水除尘设备以及冲洗石粉的办法解决这个问题，治理扬尘的效果良好，对于淋水除尘和冲洗形成的湿粉料首先进入沉降池，待装满池子上层水分蒸发后,将湿石粉按比例加入较粗的砂子用来调整砂的细度模数。经过水洗的石粉虽然没有反应活性，但是由于颗粒形状变成了圆球形,根据相似相容的原理，这些颗粒进入混凝土配制的拌合物时,具有很好的润滑和填充作用，可以明显改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土的早期强度,湿石粉在粗砂子中的掺量范围在5%--25%之间。
4.2模数较大的人工砂应用的思路
经过近十年的研究证明,掺加湿石粉,细集料的级配及颗粒形状、大小对混凝土的工作性产生很大的影响，进而影响混凝土的强度。良好细集料可用较少的用水量制成流动性好、离析泌水少的混凝土，达到增强或节约水泥的效果。生产预拌混凝土所用细砂子应当具备：空隙率小，以节约水泥；比表面积要小，以减少润湿集料表面的需水量；要含有适量的细颗粒 (0.315 mm以下)，以改善混凝土的保水性和增加混凝土的密实度以及黏聚性，有利于克服混凝土的泌水和离析；颗粒表面光滑且成蛋圆型，减小混凝土的内摩擦力，增加混凝土的流动性。人工砂的主要特点：基本为中粗砂，含有一定量的石粉；筛余基本满足天然砂I区、II区要求，0.315 mm以下颗粒一般低于20%，因此机制砂自身的空隙率一般较大；颗粒粒型多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐，且针片状多。所以人工砂单独作为细集料在混凝土中使用效果较差，特别是在泵送混凝土中使用表现尤为明显。而细砂的特点是0.315 mm以下颗粒过多，造成细砂比表面积较大，在混凝土中引起需水量上升，从而使混凝土强度下降。解决人工粗砂应用的第一个思路是按一定比例将人工砂和细砂混合后的混合砂能弥补二者的不足，可使混合砂颗粒总体粒型、空隙率、比表面积均得到改善，并能在混凝土中取得良好的效果。试验中可以将人工砂与细砂按1：1混合后，混合砂细度模数调整到2.2—2.8之间，级配基本符合II区砂的要求，0.315 mm以下颗粒含量32%左右,实现人工粗砂与细砂的合理搭配。对于没有细砂的情况,解决人工粗砂应用的思路是将生产过程中收集到的石粉充分润湿使之变成圆球形,按比例加入较粗的人工砂,这时测量砂的细度模数虽然没有明显的变化,但是利用这种砂子配制的混凝土拌合物粘聚性,包裹性特别好,观察外观质量,混凝土拌合物不离析不泌水,不扒地不抓地,泵送时泵压小,特别有利于泵送施工，这时湿石粉在人工砂中的掺量最高可达25%。
4.3石粉对混凝土质量的影响
4.3.1 对工作性的影响
砂子中的干石粉含量较高，由于石粉是细粉末，与胶凝材料具有相同的吸水性能，而在配合比设计时，没有考虑这些粉料的吸水问题，因此这些石粉需要等比例的水量才能达到表面润湿，同时润湿之后的石粉也需要等比例的外加剂达到同样的流动性。这就是相同配比的条件下，当外加剂和用水量不变时，石粉含量由2%提高到10%以上时，导致胶凝材料的实际水胶比和外加剂的实际掺量均小于设计计算值,使混凝土初始流动性变差、坍落度经时损失变大。在生产过程中，为了实现混凝土拌合物的工作性不变,则生产用水和外加剂的掺量增加。
4.3.2 对强度的影响
在人工砂的生产过程中，可能会同时掺入一定量的泥，按照传统的含泥量检测方法不能区分石粉和泥的含量，给生产和使用都带来了一定的困难， GB/T14684-2001特别规定在石粉含量测定前先要进行亚甲蓝MB值测定或进行亚甲蓝快速试验，以此来判别泥的含量。石粉与泥是两种不同的物质，其成分不同，颗粒分布也不同，在混凝土中发挥的作用也不同。泥没有水泥的水化能力，不能象水泥一样和集料相互结合产生强度；不能象砂、石一样在混凝土中起骨架作用，只相当于在水泥石中引入了一定数量的空洞和缺陷，增加了水泥石的空隙率，并且这些孔大多在几十到几百微米的范围内，甚至更大，严重影响水泥石的强度；泥质组分大幅度增加了混凝土的用水量，加大了混凝土的实际水胶比，降低了水泥石的强度。
而适量的石粉能起到非活性填充料作用，增加浆体的数量，减小水泥石的空隙率，使水泥石更密实，由此提高了混凝土的综合性能，同时由于浆体的增加，改善混凝土的和易性，从而提高了混凝土强度，来弥补人工砂表面形状造成的和易性下降和用水量上升造成的强度下降。
4.3.3 有效水胶比
石粉含量的增加，引起混凝土拌合物的实际用水量增加，但混凝土强度并没有下降趋势，这是由于胶凝材料的有效水胶比没有发生变化，在石粉含量一定范围内，石粉含量增加，混凝土强度同样上升。石粉掺量为5%--20%的混凝土拌合物比人工砂配制的混凝土拌合物和易性明显改善，泌水少且易于振实。因此，适量掺加石粉的人工砂在泵送混凝土生产中，虽然用水量增加但胶凝材料的有效水胶比没有发生变化，石粉对增加混凝土泵送性能十分有利，能有效提高混凝土和易性及减少泌水量，且混凝土强度不会下降。
五
配合比设计用砂所需计算参数
5.1紧密堆积密度
紧密堆积密度是混凝土配合比设计过程中需要采用的重要参数，对于质量均匀稳定的混凝土，砂子均匀且紧密地填充于石子的空隙当中，因此单方混凝土中砂子的合理用量应该为石子的空隙率乘以砂子的紧密堆积密度求得。
5.2含水率
由于水泥检验采用0.5的水胶比，扣除水泥标准稠度用水，润湿标准砂所用的水介于5.7---7.7%之间，这个范围没有对水泥强度造成影响，在混凝土配比设计过程中，我们控制砂子用水的合理水量也在这个范围。
5.3含石率
砂子中的含石率较高时，由于石子是粗集料，砂子的称量过程没有考虑这些石子的数量问题，因此使生产过程中实际的砂子用量小于配合比设计计算用量，使混凝土拌合物的实际砂率小于计算砂率，这就是相同配比的条件下，含石率提高导致混凝土实际砂率降低使混凝土拌合物初始流动性变差、坍落度经时损失变大。因此在生产过程中必须及时检测砂子的含石率并及时调整计量秤。
5.4含泥量
由于砂子的含泥量同时影响混凝土的工作性、强度、外加剂的适应性以及实际砂率，因此我们要求严格控制砂子的含泥量符合国家标准的指标。
作者：朱效荣 薄超 方忠建
信息来源：混凝土第一视频网
