普通混凝土用砂-石质量及检验方法标准

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》

随着我国基础设施建设的大规模开展,混凝土的生产和使用量逐年增大,混凝土原材料的短缺问题也日益凸显。而作为最常使用的混凝土细骨料———砂,由于用量巨大,其短缺问题尤为显著。我国与世界大多数国家一样,一般采用河(江)砂作为混凝土的细骨料和建筑砂浆用料。但多年的开采已使许多地区出现河(江)砂资源非常缺乏的现象,为防止过度开采河(江)砂对航运安全、自然景观和生态环境造成的严重后果,政府不得不开始限制开采河(江)砂。此外对于沿海地区,远距离运输河(江)砂也提高了工程造价。因此,人们开始将注意力转向了海砂资源,吴中伟院士曾断言:“从世界范围看,人类对陆地的开发已日趋饱和,……今后要开发有巨大潜力的海洋资源……”,这一趋势已经为诸多发达国家的发展历史所证实。合理开发和利用海砂资源,是解决建筑砂短缺的有效措施。但是,未经净化的海砂中氯盐成分含量较大,容易引发混凝土中钢筋锈蚀。此外,较高的贝壳含量,使得混凝土拌合物和易性变差,对混凝土的强度也有一定的影响,直接将未经淡化处理的海砂应用于建筑工程,会给工程安全埋下严重隐患。20世纪80年代,沿海地区经济迅猛发展,对基础设施的建设力度也比较大。由于河(江)砂来源不足,一些地区使用了未经淡化的海砂代替河(江)砂生产混凝土,且未采取相应的技术措施,引发了诸多“海砂屋”破坏的工程实例,不仅造成了巨大的经济损失,而且造成严重的社会问题。当地政府曾经几度明令“禁止”、“严禁”使用海砂,但调查发现,海砂甚至未淡化的海砂在建筑市场从来不曾减少,偷采海砂的现象也屡有发生。因此,科学引导、合理开发和使用海砂,是缓解河(江)砂资源短缺、确保混凝土材料性能、保证建筑物正常服役的关键。为在普通混凝土中合理使用天然砂,保证普通混凝土用砂的质量,建设部于2006年颁布并强制执行JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(以下简称标准),其中明确了符合该标准要求的海砂可作为建筑用砂,并规定了海砂中贝壳物含量的质量检验方法和评定标准。依照标准,本文作者系统地对比研究了河砂与海砂的物理性能。该标准中大部分为常规试验,但以往对“轻物质含量”和“坚固性试验”的性能指标要求较少,因而鲜见相关报导。通过试验,建议对以下几项试验方法进行讨论。

1砂中氯离子含量

原材料中的氯离子含量的影响一直是钢筋锈蚀研究关注的热点,因此,氯离子含量测定对于评价细骨料的性能十分重要,尤其对海砂而言,更是关键性指标。标准中针对氯离子含量的测定试验是以5%铬酸钾为显色指示剂,用0·01 mol/L硝酸银标准溶液进行滴定,通过对比砂样溶液与空白溶液变色时消耗的硝酸银溶液的毫升数,计算砂样中的氯离子含量(% )。由于以百分比计量氯离子含量,其数值很小,因此,试验中“滴定终点”的确定,将直接影响结果的准确性。根据分步沉淀的原理,溶液中首先析出AgCl定量沉淀。当AgC1定量沉淀后,过量半滴AgNO3溶液与CrO2-4生成砖红色的Ag2CrO4沉淀,即为滴定终点。已有研究者指出,在AgNO3溶液滴定Cl-方法中,经典空白试验是由透明的黄色转变成砖红色,而测试溶液则是由乳白色变成砖红色(因为生成AgCl为白色沉淀掩盖了K2CrO4的黄色),二者色调变化不尽相同,尤其是当砂样含泥量较高时,尽管砂样浸泡溶液已过滤,但与空白溶液相比仍显浑浊。用0. 01mol/LAgNO3标准溶液滴定后,与空白溶液进行颜色比较,验证了文献[2]的论述。此时,仅凭肉眼判断滴定终止的颜色变化,很容易产生误差,从而影响试验结果。此外,试验中观察到溶液颜色的变化,是一个渐变过程。当AgC1定量沉淀后,过量半滴AgNO3溶液便与CrO2-4生成砖红色的Ag2CrO4沉淀,但此时的沉淀是局部的,如果采用磁力搅拌,则沉淀消失,只有继续滴定,才能出现规范中要求的“砖红色”滴定终止标志。因此,本文作者认为,对于氯离子含量试验中滴定终止的界定,其实际操作性有待进一步细化。

2砂中轻物质

该试验用于测定砂中轻物质的近似含量。砂中轻物质指的是比重小于2·0 g/cm3的软质颗粒,如煤、褐煤和木材等。这些杂质是不稳定的,会导致腐蚀和分层,对混凝土强度造成不

利影响,故标准中规定轻物质含量按重量计不宜大于1%。配制密度为1950~2000 kg/m3的重液是本试验的关键,这种液体的密度小于细骨料而大于细骨料中的轻物质,因此,能够起到将细骨料与轻物质分离的目的。值得一提的是,配制重液是一个不断尝试的过程,首先要向1000 ml量杯中加水至600 ml刻度处,再加入1500 g氯化锌(分子量136·3)。由于氯化锌遇水放热量较大,需要用玻璃棒搅拌直至氯化锌全部溶解,待溶液冷却至室温后,将部分溶液倒入250 ml量筒中测其密度。如所测重液密度未满足要求,需要重新倒回量杯,继续加入氯化锌,直至溶液密度满足要求为止。本文作者第一次测定砂中轻物质含量,并严格按照试验步骤进行。试验过程中发现,待氯化锌全部加入时,液面已接近量杯口,由于液体较满,倾倒很不方便,而第一次测的密度往往不能满足要求,按照标准需再加入氯化锌,而此时必须更换容积大于1000 ml的量杯,才能继续试验。因此,建议需要测定轻物质含量的研究人员,试验初始就选择容积较大的量杯,以增强后续试验的可操作性。

3砂的坚固性

砂的坚固性试验是通过硫酸钠饱和溶液形成结晶时的裂胀力对砂的破坏程度,间接地判断其坚固性。标准中要求配制硫酸钠饱和溶液并在20℃~25℃条件下静置48 h,然后,对已经筛分的砂样进行“浸烘”循环试验。其间,浸泡过程都应在20℃~25℃条件下完成。然而, 20℃~25℃条件下硫酸钠较难完全溶解,其饱和溶液也极易结晶,溶液体积变化很大。如果试验中不及时补充浸泡溶液,则未等试验结束,硫酸钠溶液就已经全部结晶了。针对硫酸钠溶液极易结晶的现象,作者在试验中使用了恒温水浴箱,通过调节温度,促进硫酸钠溶解且延缓结晶,但这样也加速了溶液蒸发。因此,建议对相应的试验内容进行调整,以增强可操作性。

4总结

随着基础设施建设的大量开展,混凝土用量与日俱增,而对于混凝土中用量较大的细骨料———砂而言,随着河(江)砂资源的日渐匮乏,海砂资源的利用已成为必然。而科学准确的试验方法,是评定海砂性能、决定其能否用于混凝土工程的重要手段。本文对JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中“氯离子含量”、“轻物质含量”和“坚固性”的试验方法,提出了一些建议,旨在于增强试验操作的可行性,避免和减小因试验误差影响结果的准确性。