郭文康，李先高，繆詳輔，郭 輝，石正國

(1.長江科學院 工程質(zhì)量檢測中心，武漢 430010； 2.華能瀾滄江水電有限公司 黃登·大華橋水電工程建設與管理局，云南 蘭坪 671400)

灰?guī)r人工砂石粉含量試驗檢測方法探討

郭文康1，李先高2，繆詳輔2，郭 輝1，石正國1

(1.長江科學院 工程質(zhì)量檢測中心，武漢 430010； 2.華能瀾滄江水電有限公司 黃登·大華橋水電工程建設與管理局，云南 蘭坪 671400)

為探討因《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》修訂更新導致新舊版本試驗規(guī)程所推薦的石粉含量試驗檢測方法變化對試驗檢測結(jié)果的影響，結(jié)合黃登水電站工程實際，開展了不同試驗檢測方法對灰?guī)r人工砂石粉含量檢測結(jié)果的影響程度及規(guī)律試驗研究，試驗共檢測灰?guī)r人工砂石粉含量535組。試驗結(jié)果表明：①試驗檢測方法對灰?guī)r人工砂石粉含量檢測結(jié)果影響顯著，且具有一定規(guī)律性；②采用“濕篩水洗法”與“顆粒級配干篩法”得到的石粉含量結(jié)果差值和“濕篩水洗法”得到的微粒含量結(jié)果數(shù)據(jù)分布情況基本滿足正態(tài)分布曲線；③采用2種試驗方法檢測的常態(tài)砂和碾壓砂石粉含量結(jié)果差值分別為5%～9%和4%～8%，平均差值分別為6.7%和5.2%；④灰?guī)r常態(tài)砂和碾壓砂微粒含量在石粉含量中所占比例基本相同，約為石粉含量的80.4%。

灰?guī)r人工砂；石粉含量；試驗檢測方法；微粒含量；黃登水電站

1 研究背景

人工砂石粉含量是指人工骨料中粒徑<0.16 mm，且其礦物組成和化學組成與被加工母巖相同的顆粒含量[1]，主要包括細骨料中的石粉以及粗骨料中的裹粉，一般用質(zhì)量百分數(shù)表示。研究表明[2-5]，適量的人工砂石粉在混凝土中可發(fā)揮微集料作用改善混凝土的孔結(jié)構，提高混凝土的密實性；可發(fā)揮表面粗糙的顆粒形態(tài)效應，增加骨料與漿體之間的機械咬合力，改善混凝土各組分之間的界面作用。此外，達到一定細度的磨細石灰石粉還具有一定的活性效應，可充當混凝土摻合料部分取代水泥、粉煤灰等膠凝材料。因此，灰?guī)r石灰石粉越來越多地被工程科研人員所重視，在水利水電工程中的應用也日益廣泛。

當前，水利水電工程用人工砂石粉含量的試驗檢測方法主要為能源電力行業(yè)頒布的《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)和水利行業(yè)頒布的《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)[6]等標準提供的“人工砂石粉含量試驗”，即“濕篩水洗法”(下文“試驗方法”部分詳述)。但是，由于行業(yè)差異,在2014年8月1日《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)正式實施前，能源電力行業(yè)在人工砂石粉含量試驗檢測中并未采用水利行業(yè)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)推薦的“濕篩水洗法”，而是直接利用能源電力行業(yè)頒布的《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2001)提供的“砂料顆粒級配試驗”推薦的“顆粒級配干篩法”，通過計量經(jīng)搖篩機充分篩分后粒徑<0.16 mm的顆粒含量百分數(shù)來確定人工砂石粉含量。

由于2014年能源電力行業(yè)修訂的《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》引入了“人工砂石粉含量試驗”，導致采用2014版規(guī)程與2001版規(guī)程檢測的灰?guī)r人工砂石粉含量結(jié)果差異很大。工程實踐中，因檢測結(jié)果的變化直接影響能源電力行業(yè)選用《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2015)[7]和《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5433—2009)[8]進行人工砂品質(zhì)檢驗結(jié)果合格評定。為此，有必要通過科學試驗研究探討不同試驗方法對石粉含量指標檢測結(jié)果的影響程度及其規(guī)律。

黃登水電站工程位于云南省蘭坪縣境內(nèi)，為碾壓混凝土重力壩，最大壩高202 m，屬Ⅰ等大(1)型工程。電站裝機容量1 900 MW，保證出力507.95 MW，年發(fā)電量86.29億kW·h。黃登水電站混凝土工程中常態(tài)混凝土約200萬m3，碾壓混凝土約270萬m3，需大量使用當?shù)厣a(chǎn)的灰?guī)r人工骨料。該工程大格拉砂石料生產(chǎn)系統(tǒng)是在《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151— 2014)正式實施前建成投產(chǎn)，因此其生產(chǎn)的人工砂品質(zhì)指標(含石粉含量)是根據(jù)舊版試驗規(guī)程相關要求進行設計和生產(chǎn)質(zhì)量控制，導致在使用灰?guī)r人工砂過程中遇到了因試驗規(guī)程修訂更新帶來的人工砂石粉含量指標試驗結(jié)果變化等工程實際問題。為探討新舊兩版《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2001和DL/T 5151—2014)推薦的石粉含量試驗“顆粒級配干篩法”和“濕篩水洗法”方法對灰?guī)r人工砂石粉含量結(jié)果的影響程度和規(guī)律，指導工程實踐，開展了“不同試驗檢測方法對灰?guī)r人工砂石粉含量的影響研究”課題，得到了大量的試驗成果數(shù)據(jù)：共535組，其中常態(tài)混凝土用人工砂(以下簡稱常態(tài)砂)244組，碾壓混凝土用人工砂(以下簡稱碾壓砂)291組，為解決該工程實際問題和類似工程應用提供了詳實可靠的參考成果。

2 原材料及試驗方法

2.1 原材料

試驗選用的原材料為黃登水電站工程大格拉砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的灰?guī)r人工砂，包括常態(tài)砂和碾壓砂，其中常態(tài)砂244組，碾壓砂291組。試驗用常態(tài)砂細度模數(shù)為2.62～2.80，平均值為2.74；碾壓砂細度模數(shù)為2.54～2.77，平均值為2.68，常態(tài)砂、碾壓砂均屬中砂范圍。大格拉石料生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂石粉含量是根據(jù)舊版試驗規(guī)程相關要求進行設計和生產(chǎn)質(zhì)量控制，選用“顆粒級配干篩法”進行品質(zhì)檢測，常態(tài)砂控制在14%～18%，碾壓砂控制在18%～22%。試驗選用的常態(tài)砂和碾壓砂石粉含量均滿足設計技術要求。常態(tài)砂和碾壓砂所有指標均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2015)和《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5433—2009)要求。

2.2 試驗方法

2.2.1 “顆粒級配干篩法”

根據(jù)石粉含量的定義，即人工骨料中粒徑<0.16 mm，且其礦物組成和化學組成與被加工母巖相同的顆粒含量。因此，《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2001和DL/T 5151—2014)推薦的“顆粒級配試驗”中用方孔篩<0.16 mm的累積篩余量也可認定為石粉含量，由于該方法是將人工砂樣品烘干后經(jīng)篩分得到石粉含量結(jié)果，因此本文簡稱“顆粒級配干篩法”。具體試驗步驟和計算方法詳見《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》。

2.2.2 “濕篩水洗法”

“濕篩水洗法”為新修訂《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)新增的“人工砂石粉含量試驗”和《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006) “人工砂石粉含量試驗”推薦方法。該法與“顆粒級配干篩法”最大的不同在于，其主要步驟是通過盛砂樣桶內(nèi)注入清水并充分浸泡、多次重復攪拌和淘洗，并將淘洗砂樣后的渾水用1.25,0.16,0.08 mm的套篩濾掉<0.08 mm的顆粒，重復上述操作步驟，將附著在顆粒中的石粉充分淘洗干凈，直至桶內(nèi)的水清澈為止。然后將清洗干凈的套篩中各級篩余砂濾去水分后分別烘干計算其石粉含量和微粒含量(<0.08 mm方孔篩的含量)。具體試驗步驟和計算方法詳見《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)和《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)。

2.2.3 2種試驗檢測方法之間的差異

比較“顆粒級配干篩法”和“濕篩水洗法”的試驗方法差異可知，由于灰?guī)r骨料中的微細顆粒比表面積大、具有極強的黏附性，致使單純通過“顆粒級配干篩法”無法將附著于較粗顆粒表面的細微顆粒完全篩除，而無法真實反映灰?guī)r骨料的真實石粉含量和微粒含量。然而，“濕篩水洗法”通過反復清水淘洗的方式可將附著在各粒徑人工砂中的石粉和微粒洗出來，經(jīng)篩分后烘干可得到相對真實的石粉含量和微粒含量范圍。能源水電行業(yè)在新修訂《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)中引入了更為科學合理的“濕篩水洗法”，但在新版規(guī)程實施前，常規(guī)的試驗方法仍為操作相對簡單的“顆粒級配干篩法”。

3 不同試驗檢測方法對灰?guī)r人工砂石粉含量的影響

根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2015)和《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5433—2009)要求，水工常態(tài)混凝土用人工砂的石粉含量建議控制在6%～18%，經(jīng)試驗論證后可適當放寬；水工碾壓混凝土用人工砂的石粉含量宜為12%～22%。黃登水電站工程設計技術要求規(guī)定，該工程常態(tài)混凝土和碾壓混凝土用人工砂石粉含量(干篩法)控制范圍分別為14%～18%和18%～22%。采用不同試驗檢測方法檢測的灰?guī)r人工砂石粉含量試驗結(jié)果統(tǒng)計列于表1。

由表1可知，黃登水電站工程選用干篩法檢測的灰?guī)r常態(tài)砂和碾壓砂滿足設計技術要求的合格率均為100%，但當選用水洗法檢測時其合格率均降低至0%。由此可知，不同試驗方法所得的檢測結(jié)果差異顯著。

表1 采用不同試驗方法檢測的灰?guī)r人工砂石粉含量結(jié)果

3.1 常態(tài)混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量

分別采用“顆粒級配干篩法”和“濕篩水洗法”檢測的244組常態(tài)混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量試驗結(jié)果離散點分布如圖1所示。

圖1 采用不同試驗方法檢測的常態(tài)混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量結(jié)果散點圖Fig.1 Scatter diagram of stone powder content in artificial limestone sand used for normal concrete obtained by different testing methods

從圖1可知，試驗檢測的244組常態(tài)砂中“顆粒級配干篩法”得到的石粉含量試驗結(jié)果絕大部分集中在16%～18%(共計226組，占比92.6%)；“濕篩水洗法”得到的石粉含量試驗結(jié)果主要集中在22%～26%(共計207組，占比84.8%)。 “顆粒級配干篩法”和“濕篩水洗法”所得石粉含量平均值分別為16.9%和23.5%，平均差值為6.7%。從圖1各樣品試驗結(jié)果的離散點分布情況可知，“顆粒級配干篩法”較“濕篩水洗法”所得試驗數(shù)據(jù)分布更為集中，原因是灰?guī)r人工砂表面裹粉情況有較大的隨機性，且受生產(chǎn)期間的砂石系統(tǒng)水洗、跌落、運輸、碰撞、擠壓等不確定因素的影響較大，導致不同樣品人工砂表面吸附微細石粉顆粒程度差異較大。

圖2 采用不同試驗方法檢測的常態(tài)混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量差值分析Fig.2 Deviation analysis of stone powder content in artificial limestone sand used for normal concrete obtained by different testing methods

采用不同試驗方法得到的常態(tài)混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量差值區(qū)間分布情況和正態(tài)分布曲線如圖2所示。由圖2可知，其石粉含量差值基本滿足正態(tài)分布曲線分布規(guī)律，差值范圍主要集中在5%～9%(共計217組，占比88.9%)，其中6%～8%(共計133組，占比54.5%)最為明顯。

綜上可見，當執(zhí)行最新的《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)推薦“濕篩水洗法”后，灰?guī)r常態(tài)砂的石粉含量將平均提高6%～8%，導致該工程人工砂質(zhì)量評定中遠遠超出《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2015)要求的6%～18%以及設計技術要求的14%～18%。

3.2 碾壓混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量

分別采用“顆粒級配干篩法”和“濕篩水洗法”檢測的291組碾壓混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量試驗結(jié)果散點分布如圖3所示。

圖3 采用不同試驗方法檢測的碾壓混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量結(jié)果Fig.3 Scatter diagram of stone powder content in artificial limestone sand used for roller compacted concrete obtained by different testing methods

從圖3可知，試驗檢測的291組常態(tài)砂中“顆粒級配干篩法”得到的石粉含量試驗結(jié)果絕大部分集中在18%～21%(共計268組，占比92.1%)；“濕篩水洗法”得到的石粉含量試驗結(jié)果主要集中在23%～26%(共計277組，占比95.2%)。 “顆粒級配干篩法”和“濕篩水洗法”所得石粉含量平均值分別為19.5%和24.4%，平均差值為5.2%。從圖3各樣品試驗結(jié)果的散點分布情況可知，“顆粒級配干篩法”較“濕篩水洗法”所得試驗數(shù)據(jù)離散點分布情況差異較常態(tài)砂小，2種試驗方法得到的檢測結(jié)果波動情況相似。因為碾壓砂的石粉含量相對較大，導致碾壓砂的微細顆粒含量稍大于常態(tài)砂，而微細顆粒的比表面積相對較大，其顆粒吸附能力也較強，采用“顆粒級配干篩法”試驗時難以將該部分微細顆粒完全篩除。然而，采用“濕篩水洗法”時經(jīng)過較長時間浸泡、淘洗后可將附著于大小顆粒間的絕大部分微細顆粒清洗出來。因此，影響檢測結(jié)果數(shù)據(jù)離散點分布差異的微粒含量對碾壓砂的影響相對較小，數(shù)據(jù)離散點分布情況差異較常態(tài)混凝土用人工砂小。

采用不同試驗方法得到的碾壓混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量差值區(qū)間分布情況和正態(tài)分布曲線如圖4所示。

圖6 灰?guī)r人工砂微粒含量(水洗法)試驗結(jié)果分析Fig.6 Test result analysis of microparticle content in artificial limestone sand obtained by wet screening and washing method

圖4 采用不同試驗方法檢測的碾壓混凝土用灰?guī)r人工砂石粉含量差值分析Fig.4 Deviation analysis of stone powder content in artificial limestone sand used for roller compacted concrete obtained by different testing methods

由圖4可知，其石粉含量差值同樣滿足正態(tài)分布曲線分布規(guī)律，差值范圍主要集中在4%～8%(共計259組，占比89.0%)，其中5%～7%(共計174組，占比達59.2%)最為集中分布。

綜上可見，當執(zhí)行最新的《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2014)推薦的“濕篩水洗法”后，碾壓砂的石粉含量提高趨勢和幅度同人工砂一致，平均提高5%～7%，導致該工程人工砂質(zhì)量評定中遠超出《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5433—2009)要求的12%～22%及設計技術要求的18%～22%。

3.3 “濕篩水洗法”灰?guī)r人工砂微粒含量

人工砂微粒含量是指人工砂石粉含量中粒徑方孔篩篩余<0.08 mm的微細顆粒含量?！端せ炷辽笆橇显囼炓?guī)程》(DL/T 5151—2014)推薦的石粉含量“濕篩水洗法”中包含微粒含量試驗。由于微粒含量的大小對改善混凝土孔結(jié)構，提高填充密實性和發(fā)揮部分活性效應作用明顯，因此，一般要求石粉中微粒含量占有一定的比例。

本試驗共檢測灰?guī)r人工砂微粒含量535組，其中常態(tài)砂244組，碾壓砂291組。該工程用灰?guī)r人工砂微粒含量試驗結(jié)果數(shù)據(jù)離散點分布如圖5所示。

圖5 “濕篩水洗法”檢測的灰?guī)r人工砂微粒含量結(jié)果

由圖5試驗結(jié)果可知，“顆粒級配干篩法”檢測的石粉含量主要為16%～18%的常態(tài)砂與石粉含量主要為18%～20%的碾壓砂的微粒含量平均值相差不大，常態(tài)砂微粒含量平均值為19.0%，約為常態(tài)砂石粉含量平均值(水洗法)的80.9%；碾壓砂微粒含量平均值為19.5%，約為碾壓砂石粉含量平均值(水洗法)的79.9%?；?guī)r人工砂微粒含量平均約為石粉含量的80.4%。比較而言，碾壓砂微粒含量的穩(wěn)定性優(yōu)于常態(tài)砂，碾壓砂檢測結(jié)果離散點的分布更加集中。

根據(jù)圖6所列灰?guī)r人工砂微粒含量(水洗法)試驗結(jié)果分析，其常態(tài)砂和碾壓砂微粒含量分布情況基本滿足正態(tài)分布曲線分布規(guī)律。常態(tài)混凝土的微粒含量主要集中在17%～22%(共計227組，占比93.0%)，其中19%～22%(共計170組，占比高達69.7%)最為集中分布；碾壓混凝土的分布集中程度更加明顯，主要集中在19%～22%(共計253組，占比86.9%)，其中20%～21%(共計134組，占比46.0%)最為顯著。

4 結(jié)論與建議

通過試驗研究，結(jié)合黃登水電站工程應用實際，本文探討了不同試驗檢測方法對灰?guī)r石粉含量指標檢測結(jié)果的影響程度及其規(guī)律，主要結(jié)論及建議如下：

(1) 采用新舊版本《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2001和2014)提供試驗方法檢測的灰?guī)r石粉含量結(jié)果差異顯著，且具有一定規(guī)律性。

(2) 采用不同試驗方法檢測的灰?guī)r常態(tài)砂、碾壓砂的差值和采用“濕篩水洗法”檢測灰?guī)r人工砂微粒含量結(jié)果基本滿足正態(tài)分布曲線分布。

(3) 采用“濕篩水洗法”檢測的常態(tài)砂和碾壓砂石粉含量結(jié)果與采用“顆粒級配干篩法”的差值分別集中在5%～9%(約為88.9%)和4%～8%(約為89.0%)，平均差值分別為6.7%和5.2%。

(4) 灰?guī)r常態(tài)砂和碾壓砂微粒含量在石粉含量中所占比例基本相當，約為石粉含量的80.4%。

(5) “濕篩水洗法”較“顆粒級配干篩法”更能準確反映灰?guī)r人工砂石粉含量真實狀況，建議工程應用中優(yōu)先選用“濕篩水洗法”進行石粉含量試驗。

(6) 灰?guī)r人工砂水電工程應用中若需將按舊版試驗規(guī)程確定的石粉含量設計技術指標更改為采用新版試驗規(guī)程檢測時，可將石粉含量設計控制值提高約5%～8%。

[1] DL/T 5151—2014,水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程[S]．北京:中國電力出版社,2014.[2] 杜青林，王樹平，田先忠.大理巖人工砂石粉含量對錦屏一級水電站大壩混凝土性能的影響[J].水電站設計，2011,27(4):106-109.

[3] 王雨利，王稷良，周明凱,等.機制砂及石粉含量對混凝土抗凍性能的影響[J].建筑材料學報，2008，11(6):726-731.

[4] 王述銀，覃理利，鄧建武.龍灘水電站骨料質(zhì)量改進措施及效果[J].長江科學院院報，2009，26(5):37-41.

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[6] SL 352—2006,水工混凝土試驗規(guī)程[S]．北京:中國水利出版社,2006．

[7] DL/T 5144—2015,水工混凝土施工規(guī)范[S]．北京:中國電力出版社,2015．

[8] DL/T 5433—2009,水工碾壓混凝土施工規(guī)范[S]．北京:中國電力出版社,2009．

(編輯：占學軍)

Discussion on Test Methods of Detecting Stone Powder Contentin Artificial Limestone Sand

GUO Wen-kang1, LI Xian-gao2, MIU Xiang-fu2, GUO Hui1, SHI Zheng-guo1

(1. Engineering Quality Inspection Center, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010,China; 2.Huangdeng & Dahuaqiao Hydropower Engineering Construction and Administration Department, Huaneng Lancang River Hydropower Co., Ltd., Lanping 671400,China)

Test methods for stone powder content (hereafter referred to as SPC) are quite different between the 2001 version and 2014 version ofCodefortestingaggregatesofhydraulicconcrete. In order to investigate the influence of method change on SPC test results, we detected 535 groups of artificial limestone powder (hereafter referred to as ALP) from Huangdeng hydropower station by different test methods. Results indicate that the measured values of ALP are quite different by different SPC test methods, and the influence of test method is of some regularity. The deviations in SPC test results obtained by wet screening & washing method and dry-sieve method accord with normal distribution, and the measured values of micro-particle content of ALP by wet screening & washing method also follows normal distribution. Moreover, the deviations in ALP test results obtained by the two methods in normal concrete mainly varies from 5% to 9%, with the mean value of 6.7%; as for roller compacted concrete, the interval is from 4% to 9%, and the mean value is 5.2%. In addition, the proportions of micro-particle content in ALP in normal concrete and roller compacted concrete are identical in general, approximately accounting for 80.4% of SPC.

artificial limestone sand; stone powder content; testing detection method; microparticle content; Huangdeng hydropower station

2016-05-19；

2016-06-17

郭文康(1986-),男，瑤族，湖南郴州人，工程師，碩士，主要從事水工混凝土性能及原材料應用的研究，(電話)18995627339(電子信箱)guowenkang86@163.com。

10.11988/ckyyb.20160488

2017,34(8):144-148

TU528.042

A

1001-5485(2017)08-0144-05