寧鵬森 聶憶華 陳陽 向志亨

（湖南科技大學土木工程學院）

細度模數(shù)是評價砂是否可用于工程當中的主要基本指標之一，在我國的相關現(xiàn)行規(guī)范、標準中，細集料根據(jù)其細度模數(shù)的差異，可以相應的把砂分為粗砂（3.7～3.1）、中砂（3.0～2.3）、細砂（2.2～1.6）三類，這個值越大，說明砂越粗。

美國阿布侖早在1918 年就提出了使用細度模數(shù)來評價估包括砂子、石子的粗細狀況，接下來1943 年蘇聯(lián)的斯克拉姆塔耶夫提出用平均粒徑來評價砂子的粗細狀況。1975 年戴鎮(zhèn)潮［1］通過了對砂的細度模數(shù)與平均粒徑進行了比較，發(fā)現(xiàn)了細度模數(shù)是集料（包括細集料和粗集料）的幾何平均粒徑的對數(shù)函數(shù)，它有著清晰明確的物理意義，并且計算簡便。細度模數(shù)計算過程和所應用的篩分曲線圖是相應的。通過細度模數(shù)來衡量砂子粗細程度，可得到與混凝土坍落度、含砂率有對應規(guī)律的關系。用細度模數(shù)來評價砂子粗細的指標正確的。1991年邰宏秋［2］對砂的篩分實驗稱量方法進行了改進，免去了取出套篩再稱量使得樣品丟失幾乎為零，免去取出套篩再稱量的過程很大程度上節(jié)省了時間。1996 年田文玉［3］對細集料的細度模數(shù)計算公式進行了修正，修正后的公式可以更為全面表達細度模數(shù)所包含的物理意義。2013 年王迪［4］對細度模數(shù)的影響因素進行了研究，提出了要獲得較為確切的細度模數(shù)值，試驗樣品的過程就肯定需要注重考慮顆粒分布的均勻性。同時，他認為如若僅以細度模數(shù)來作為衡量砂的基本性質(zhì)的指標，則不能達到想要的預期效果，因此應該充分考慮砂的真實情況，從多個方面對砂進行綜合評價。2017 黃文景［5］采用了干式制砂篩分系統(tǒng)空氣篩，與傳統(tǒng)的砂石篩分體系相比較，該方法有益效果如下：提高了篩分效率，還能杜絕成品砂多余石粉；同時，利用粒度調(diào)整技術使產(chǎn)品砂的細度模數(shù)實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)；減少篩分過程的粉塵和噪音，確保綠色環(huán)保。2019年王甲春等人［6］對普通混凝土用砂料的細度模數(shù)所對應的物理意義進行了討論，主要內(nèi)容如下：①用試驗砂的細度模數(shù)進行分析，能從砂的質(zhì)量平均粒徑計算公式、砂的算術平均粒徑計算公式，得出的結論：細度模數(shù)的含義可以理解為是砂的篩上質(zhì)量平均粒徑。②砂的細度模數(shù)與砂的質(zhì)量平均粒徑及砂算術平均粒徑之間均存在多解性，從而表明砂的級配不能夠只依賴細度模數(shù)，還有砂的級配曲線的影響。③在計算過程中發(fā)現(xiàn)，砂的算術平均粒徑值與細顆粒的質(zhì)量相關性較大，而砂的質(zhì)量平均粒徑值與粗顆粒的相關性較大。施工當中常用的有河砂以及機制砂，河砂細度模數(shù)通常只有一種，且其存在問題為資源有限、恢復周期長、限制開采等問題，反觀機制砂具有細度模數(shù)可根據(jù)需求、價低質(zhì)優(yōu)、國家提倡等優(yōu)點。而機制砂的細度模數(shù)用篩分法測定需投入較多的人力和時間，同時會出現(xiàn)操作誤差使細度模數(shù)不準確，本文要論述的是確定機制砂的細度模數(shù)標準值時會出現(xiàn)操作誤差的原因，通過分析誤差出現(xiàn)原因整理出可準確地測定機制砂細度模數(shù)的方法，避免因結果的不合理而重復實驗，減少人力節(jié)約時間，提高實驗效率。

1 實驗方法

1.1 主要儀器設備

主要儀器設備如如表1、圖1所示。

圖1 儀器圖

圖2 實驗用砂

表1 儀器表

注：另需搪瓷盤，硬、軟毛刷等。

1.2 實驗用砂制備

對于實驗用砂的要求是公稱粒徑不可大于10.0mm，故在烘干之前可進行初步篩分，將實驗用砂先通過公稱直徑為10mm 的篩網(wǎng)。將實驗用砂放入搪瓷盤中，在(105±5)℃的條件下進行烘干到恒重取出冷卻，當其溫度到達室溫之后，稱取1200g 裝袋備用，保存于干燥通風處、保持通風良好。

1.3 篩分實驗需要注意的要點

⑴篩分之前需要測定樣品的含泥量，樣品的含泥量大于5%須通過水洗，放入電熱鼓風干燥箱烘干至恒重，才能進行篩分實驗；

⑵無搖篩機時?？筛挠檬趾Y；

⑶在手篩結束之后將各篩余量分別倒入電子天平稱量(精確至1g),所有各篩的篩余量和底盤中的剩余量之和與篩分前的試樣做對比，兩者相差不可超過1%，否則重新進行篩分實驗；

⑷在實驗過程中應注意儀器的功能是否正常，如發(fā)現(xiàn)故障請及時向生產(chǎn)廠家或?qū)嶒灢块T報告并尋求幫助。

1.4 細度模數(shù)標準值的評定

砂料的細度模數(shù)宜采用計算，并數(shù)據(jù)精確至0.01：

式 中 ：A1、A3、A3、A4、A5、A6：4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm篩的累計篩余。

注：篩分后可將2 次測試結果的算術平均值作為測定值精確到0.10。2 次實驗得到的細度模數(shù)差值在0.20 以上，進而說明試驗結果的誤差不符合規(guī)范要求，應重新拿該樣品重新進行篩分實驗。

2 實驗過程的影響因素

在對20 袋實驗用砂進行篩分實驗，出現(xiàn)有三種產(chǎn)生誤差的影響因素。表2、表3 中實驗編號為1、3、5 為影響因素所造成數(shù)據(jù)，而實驗編號為2、4、6 為修正影響因素后重新進行篩分實驗的數(shù)據(jù)。

表2 篩分相關數(shù)據(jù)

表3 篩分細度模數(shù)結果

2.1 實驗用砂取樣過程的影響

由表2、表3 的實驗編號為1 的數(shù)據(jù)結果顯示：該組實驗用砂的細度模數(shù)誤差相差0.3，由現(xiàn)行的行業(yè)標準、規(guī)范規(guī)定砂篩分的兩次試驗結果的細度模數(shù)不可超過0.2已超過規(guī)范所規(guī)定的限值，須再次重新篩分。

在實際人為操作中用四分法在攤鋪成圓形的過程易出現(xiàn)實驗用砂的顆粒分布不均勻的現(xiàn)象，而且粒徑較大的砂子會出現(xiàn)堆積在實驗用砂上面的現(xiàn)象，然后分成相等的四份之后也會出現(xiàn)顆粒分布不均勻的現(xiàn)象，所以在實驗過程中需注意在分樣和取樣時應盡量保證顆粒分布均勻，通過減少因人工四分法的操作不當對實驗結果造成的影響。

取該組樣品重新實驗實驗編號為2，在人為四分法分樣、取樣的過程都使實驗用砂顆粒均勻地分布。實驗結果符合規(guī)范，細度模數(shù)標準值的結果為2.9。

2.2 套篩上實驗用砂殘留的影響

由表2、表3 的實驗編號為3 的數(shù)據(jù)結果顯示：①同一組的實驗用砂的細度模數(shù)相差0.3，已超過規(guī)范所規(guī)定的限值，須再次重新篩分。②第一次篩分之后總計已經(jīng)超過樣品質(zhì)量，會對最后的細度模數(shù)結果造成影響。③2.36mm 的篩余量、300μm 的篩余量兩次篩分結果相差較大會加劇兩個細度模數(shù)結果。

由于在手篩過程中會出現(xiàn)篩網(wǎng)有樣品殘留、容易堵篩的情況，導致下次篩分后的質(zhì)量增加，而篩余量兩次篩分結果相差較大，進而影響了細度模數(shù)標準值。為了避免類似情況的發(fā)生，需要將每個篩網(wǎng)盡量清理干凈，減少樣品的殘留，可降低對整個實驗的影響。

在該組實驗重新進行之前對套篩進行了徹底地清理，之后進行對該組實驗用砂的篩分實驗，其實驗結果為實驗編號4 數(shù)據(jù)，去除殘留實驗試樣對實驗結果的影響，細度模數(shù)標準值的結果為2.9。

2.3 實驗操作不當對實驗結果的影響

由表2、表3 的實驗編號為5 的數(shù)據(jù)結果顯示：同一組的實驗用砂的細度模數(shù)雖然符合標準，但是第二組數(shù)據(jù)中篩分實驗前后的樣品質(zhì)量對比，相差已超過1%，不符合實驗要求須重新進行實驗。

經(jīng)過分析上述實驗情況的原因：由于對篩網(wǎng)進行逐一手篩時出現(xiàn)實驗樣品灑出，導致最后分計篩余量和底盤中的剩余量之和的減少。

對該組實驗用砂重新進行篩分實驗實驗數(shù)據(jù)結果為實驗編號6 所示，可判定該組實驗用砂的細度模數(shù)標準值為2.9，且每個孔徑尺寸的篩余量相差較小，說明篩分實驗在手篩的過程中需要注意不能夠出現(xiàn)試樣灑出的情況。

2.4 修正后的實驗步驟

處理套篩→取樣→篩分→手篩→記錄數(shù)據(jù)

實驗步驟具體操作：

⑴處理套篩：對每一個篩網(wǎng)都要把樣品殘留清理干凈；

⑵取樣：將已裝袋的1200g 試樣倒入搪瓷盤中，利用人工四分法將顆粒分布均勻，再稱取兩組500g 的試樣，進行篩分；

⑶篩分：倒入按篩孔大小順序排列(大孔在上、小孔在下)的套篩的最上一只篩（孔徑為4.75mm 的方孔篩)上，將套篩裝入搖篩機內(nèi)固定，篩分10min后取出套篩；

⑷手篩：再按篩孔由大到小的順序，在清潔的淺盤上逐一進行手篩，手篩注意控制搖篩幅度避免試樣灑出，直至每分鐘的篩出量不超過試樣總量的0.1%時為止。通過的顆粒并入下一只篩子，并和下一只篩子中的試樣一起進行手篩。按這樣順序依次進行，直至所有的篩子全部篩完為止；

⑸記錄數(shù)據(jù)：記錄并分析兩組數(shù)據(jù)。

3 結論

通過實驗分析總結了誤差出現(xiàn)的原因，在原有篩分法的基礎上需要注意以下幾點：

⑴在實際操作中要注意樣品的顆粒分布均勻；

⑵取每個篩網(wǎng)以及將樣品放入天平中稱量時不要將樣品灑落；

⑶在進行篩分實驗之前要將每個篩清理干凈。最后整理的篩分方法減少影響因素降低誤差，可使所測機制砂的細度模數(shù)準確、可靠。