普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准讲义.ppt

普通混凝土用砂 石质量及检验方法标准 JGJ52 2006 一 任务来源 根据建设部建标 1998 第84号文 二00一 二00二年度工程建设城建 建工行业标准制订 修订计划 的通知要求 将原 普通混凝土用砂质量标准及检验方法 JGJ52 92 和 普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法 JGJ53 92 两本标准合并成 普通混凝土用砂 石质量及检验方法标准 一本进行修订 编制组于2002年9月12日在北京正式成立以来 进行了大量试验验证 调查研究的工作 现已有建设部正式批准于2007年6月1日正式实施 现将修订工作情况汇报如下 二 主编及参编单位 本标准的主编单位 中国建筑科学研究院参编单位 铁道部产品质量监督检验中心 贵州中建建筑科研设计院 重庆市建筑科学研究院 上海市建筑科学研究院 山东省建筑科学研究院 浙江省建筑科学研究设计院 上海市建工材料工程有限公司 河南省商丘市建委人工砂应用研究会 济南市四建集团总公司 绍兴肯特机械电子有限公司 上海东星建材设备有限公司 三 标准 修订工作概况 2002年9月12日 在北京召开了编制组成立暨第一次工作会议 会议讨论并通过了编制大纲 分工和进度计划 2002年10月 2003年3月 翻译国外相关标准 编制成译文集 对修订项目进行验证试验 并形成初稿 于3月26 27日在北京召开了编制组第二次工作会议 讨论初稿 2003年4月 6月 完成征求意见稿 2003年7月 10月 全国范围征求意见 2003年11月 2004年3月 收集并整理征求意见 2004年4月 10月 形成送审稿 草案 在网上征求意见 并通过信函及座谈会形式征求有关专家意见 2004年11月 召开第三次编制组工作会议 确定送审稿和条文说明 2005年10月 召开审查会 2006年1月 报批 2006年12月 正式批准 四 主要修订内容 一 增加了人工砂的相关质量指标及试验方法 1 修订的意义及内容 混凝土使用的天然砂是经过亿万年的时间形成的 是一种不可再生的资源 随着建设规模的扩大和对混凝土质量要求的日益提高 天然砂资源特别是优质天然砂资源日益短缺 同时环境保护工作的加强以及可持续发展战略的实施 使用人工砂代替天然砂的局面已成为砂行业未来发展的趋势 许多工业发达国家 早在数十年前就将人工砂的应用列入国家标准 我国部分地区和部门 在三 四十年前开始研究利用人工砂 近年来 人工砂混凝土在国内建筑工程中的研究与实际应用也得到了长足进步 各地区进行的 人工砂高强混凝土 人工砂流态混凝土 高性能人工砂混凝土 等科研课题相继完成 为我国人工砂混凝土的研究与应用作出了重大贡献 根据目前天然砂资源日益枯竭的状况 为缓解混凝土用砂的供需矛盾 扩大混凝土用砂的来源范围 故增加了人工砂 主要修订内容为 在总则中增加了人工砂 在术语中同时增补了人工砂及混合砂的定义 在质量要求中增设了人工砂及混合砂中的石粉含量限值 颗粒级配的要求和人工砂的压碎指标值 并设置了检验人工砂及混合砂中的石粉含量和人工砂的压碎指标值的试验方法 大量的实践工作结果表明 在人工砂的生产工程中 只要适当控制人工砂中的粉末含量 一般将小于0 075mm部分控制在5 以下 人工砂混凝土的立方体抗压强度在28d时可以达到50 60MPa 如果在混凝土中掺用高性能流化剂和掺合料等 混凝土强度可以达到100MPa以上 而使用适当的配合比和外加剂 可使人工砂混凝土的坍落度轻易达到200mm以上 同时还具有优异的和易性和工作性 2 关于人工砂及混合砂中的石粉问题 石粉含量对人工砂的综合影响经过几十年的试验证明 贵州省从七十年开始研究使用人工砂 当人工砂中石粉含量从0 30 时 其对混凝土的性能影响很小 对中 低等级混凝土的抗压 抗拉强度无影响 C50混凝土强度的降低也极微 收缩与河砂接近 铁科院的试验研究也证明 人工砂配制的混凝土各项力学性能与河砂混凝土相比更好一些 在水泥用量与混凝土拌合物稠度相等的条件下 1 石粉的成因及分析 用于配制混凝土所用的人工砂一般均由岩石经开采 爆破 机械破碎 筛分而成 人工砂中小于0 075mm颗粒一般称之为石粉 人工砂颗粒组成分析大于0 075mm的颗粒均在75 以上属于砂类 小于0 075mm的粉末 其中 大于0 05mm的颗粒均在50 以上 不属于砂土的范畴 小于0 005mm的颗粒不到4 属砂质粘土类 从化学成分上分析 颗粒与母岩相近 故与一般泥土不同 从比重分析 石粉比重均在2 8 2 84之间 与白云石 比重2 8 2 9 矿物相似 而土固体颗粒比重一般在2 5 2 8之间 2 人工砂中石粉对混凝土的作用 一方面 石粉是一种比表面积较大的惰性物质 掺入水泥中不参与水化反应 另一方面 由于人工砂的粒形多棱角 砂表面与水泥石粘结比较好 同时骨料骨架刚度大 都能够增加混凝土强度 这两种互相矛盾的作用导致人工砂中的石粉含量会有一个最优临界值 3 人工砂和石粉含量对混凝土性能的影响 1 石粉对混凝土抗压强度和抗拉强度的影响低等级混凝土中人工砂中含有一定量石粉不仅能够改善混凝土和易性 还能提高混凝土强度 石粉含量应控制在5 10 2 石灰石质尾矿类人工砂对混凝土抗折强度 弹性模量 耐磨性能 抗冻性能及收缩的影响 石灰石质尾矿类级配人工砂 混合砂 砼 除了前期干缩值较大 需要施工时加强养护 外 其抗折 弹性模量 抗冻性能都高于河砂混凝土 3 质量指标的制定依据 许多工业发达国家早在数十几年前对人工砂进行研究并把人工砂列入国家标准 现将我国有关标准及国外标准对石粉含量的指标列入下表 贵州省 山砂混凝土技术规定 国标 建筑用砂 各国外标准中石粉含量的规定 经试验证明 当人工砂中含有7 5 的石粉时 配制C60泵送混凝土强度比普通天然砂的强度稍高 当石粉含量为14 5 时 配制C35的强度比普通天然砂高 因此现将石粉标准定为大于等于C60 5 C55 C30 7 小于等于C25 10 是可行的 石粉在C10以下的强度等级的混凝土中 由于水泥用量少 可弥补人工砂和易性差的短处 因此可以放宽至20 左右 4 检验石粉含量的试验方法 考虑到采矿时山上土层没有清除干净或有土的夹层会在人工砂中夹有泥土 标准要求人工砂或混合砂需先经过亚甲蓝法判定 其原理是试样的水悬浮液中连续逐次加入亚甲蓝溶液 每次加亚甲蓝溶液后 通过滤纸沾染试验检验游离染料的出现 以检验试样对染料溶液的吸附 当确认游离染料出现后 即可计算出亚甲蓝值 MB或MBF 表示为每千克试验粒级吸附的染料克数 亚甲蓝法对石粉的敏感性如何 经试验证明 此方法对于纯石粉其测值是变化不大的 当含有一定量的石粉和粘土时其测定值有新变化 其相关系数在0 99 一是石粉对亚甲兰的敏感性试验 方法是 在机制砂中分别掺入不含粘土成分的纯石灰石石粉10 15 20 测定其亚甲兰测定值MB分别为0 35 0 75和0 75 依此绘制图 见图 从图中可以看出机制砂中掺入不同比例的石粉 亚甲蓝测定值变化不大 说明亚甲蓝对纯石粉不敏感 二是用总量固定 用其中纯石粉含量和粘土成分含量不同的6组粉状物 分别加入固定量的蒸馏水中 用亚甲兰测定其MB值 依此绘成曲线 见附图 求得其相关系数高达0 9959 这说明用亚甲兰法检测石粉中的粘土含量精确度是很高的 是可用的 5 人工砂压碎指标值及试验方法 参照贵州省地方标准及铁道部的企业标准 人工砂的压碎指标值是检验其坚固性及耐久性的一项指标 经试验证明 中 低等级混凝土的强度不受压碎指标的影响 高等级混凝土与人工砂的压碎指标抗冻性无显著影响 但耐磨性有明显下降 因此将总压碎指标定为30 6 人工砂的级配问题 人工砂的粒级有差较大的差异 一种人工砂是由制砂机专门生产的 这部分人工砂级配可调整 但其成本较高 另一种是加工碎石时筛除大于4 75mm颗粒后的下脚料 俗称石屑 也有称尾矿 这部分颗粒级配差别很大 一般前者2 36mm以上的颗粒较多 后者0 300与0 150mm的颗粒较多 根据贵州省关于山砂的地方标准及铁道部有关企标 砂的颗粒级配中I区 区对人工砂在300 m 150 m的累计筛余下限均可以下调15 2 36mm的累计筛余上限可以上调15 均可在工程中使用 二 特细砂 1 增加的原因 本次修订增加了特细砂 考虑到天然砂资源越来越溃乏 使用特细砂的地区已不限于重庆地区 原建筑工程部标准 BJG19 65 关于 特细砂混凝土配制及应用规程 至今一直未修订 本次修订将特细砂纳入本标准范围内 由特细砂配制的混凝土 俗称特细砂混凝土 在我国特别是重庆地区应用已有半个世纪 经研究和工程应用表明其许多物理力学性能和耐久性与天然砂配制的混凝土的性能相当或接近 只要材料选择恰当 配合比设计合理 完全可以用于一般混凝土和钢筋混凝土工程 与人工砂复合改性 提高混合砂的细度模数与级配 也可以用于预应力混凝土工程 2 特细砂混凝土的物理力学性能 1 特细砂混凝土拌合物性能特细砂混凝土拌合物的粘度较大 主要结构部位的混凝土必须采用机械拌合 机械振捣 拌合时间应比中 粗砂配制的混凝土延长1 2min 混凝土成型后宜进行二次振捣与抹面 2 特细砂混凝土的抗压强度 特细砂混凝土的抗压强度主要取决于配制材料的种类 质量及各原材料之间的相对比例 配制C50以上强度等级的混凝土 不宜单独使用特细砂作细骨料 需将特细砂与天然中 粗砂或母岩强度满足要求的人工砂按适当比例混合使用 3 抗拉强度 砂率适当时 特细砂混凝土的抗拉强度与抗压强度之比接近中 粗砂混凝土 该比值在5 5 7 5 之间 4 抗折强度 特细砂混凝土的抗折强度与抗压强度之比与中 粗砂混凝土相当 该比值在13 9 16 5 之间 5 轴心抗压强度 同中 粗砂混凝土的轴心抗压强度与抗压强度之比接 一般在73 3 84 1 之间 6 弹性模量 特细砂混凝土的弹性模量主要取决于其抗压强度和粗骨料的品种 且与中 粗砂混凝土的弹性模量相当 一般采用花岗岩碎石作粗骨料所配混凝土的弹性模量低于同条件下高强石灰岩岩碎石混凝土的弹性模量 7 耐磨性 特细砂混凝土的耐磨性较中 粗砂混凝土的耐磨性差 其磨损试验值为3 42 17 35g cm2 而中 粗砂混凝土的磨损试验值仅为0 43 3 58g cm2 8 收缩 特细砂混凝土的收缩值较中 粗砂混凝土同龄其的收缩值稍大 通常180天龄期的收缩值约350 10 6 400 10 6 365天龄期的收缩值为400 10 6 450 10 6 9 徐变 1 卵石特细砂混凝土 2 碎石特细砂混凝土 3 用特细砂配制混凝土的技术要求 1 细度模数 C40 不小于0 90 C35 不小于0 80 C30 不小于0 70 C25以下不小于0 60 配制C60以上混凝土 不宜单独使用特细砂 应与天然砂 粗砂或人工砂按适当比例混合使用 由于特细砂多数均为150 m以下颗粒 因此无级配要求 2 配制防水混凝土的要求 配制有特殊性能要求的混凝土应通过试验 3 含泥量测定 特细砂的含泥量测定应用 虹吸管法 4 砂率 特细砂混凝土配合比的砂率应低于中 粗砂混凝土 5 水泥用量和水灰比 特细砂混凝土的最小水泥用量应按增加20kg m3 最大水泥用量不宜大于550kg m3 6 特细砂混凝土宜配制成低流动混凝土 混凝土拌合物的坍落度宜控制在50mm以内 配制坍落度大于70mm以上的特细砂混凝土 宜掺外加剂 4 特细砂混凝土配合比 1 由于各地区资源条件有所不同 总结适合本地区资源条件管理水平的特细砂混凝土配合比设计方法 2 特细砂混凝土配合比设计仍需遵守低砂率的原则 3 当需要使用化学外加剂时 应进行试配 检验外加剂与所有水泥的适应性 外加剂和掺合料的掺量应通过试验确定 三 增加了C60以上混凝土用砂 石的质量指标 1 增加的原因及内容 随着现代混凝土技术的发展 高标号 高性能混凝土在建筑工程中的使用越来越多 故本标准增加了C60以上混凝土对砂 石的质量要求 以满足工程使用的需求 有以下几项 天然砂中含泥量 砂中的泥块含量 人工砂或混合砂的石粉含量 碎石或卵石中针 片状颗粒含量 碎石或卵石中含泥量 泥块含量 碎石及卵石的压碎指标 2 国内外有关混凝土砂 石标准的主要质量指标表1 表2中所列指标均为有关砂石指标的最严格的上限值 表1国外有关混凝土砂 石标准的主要质量指标 表2国内有关混凝土砂 石标准的主要质量指标 3 国内C60混凝土用砂 碎石和破碎卵石的质量调查 从调查情况看 C60级混凝土用砂的含泥量基本在0 3 2 9 的范围内 多数在2 以下 泥块含量在0 5 1 0 的范围内 C60级混凝土用碎石及碎卵石的含泥量在0 1 1 0 的范围内 泥块含量在0 0 4 的范围内 针片状含量在1 2 19 内 多数在3 15 压碎指标在3 8 11 8 1 砂石的含泥量 经569批C60混凝土用砂含泥量调查统计结果 含泥量 1 5 占20 0 1 8 占18 4 2 占13 9 鉴于砂子实际含泥的状况及国内外标准 同时考虑到在运输过程中的污染 将C60及C60以上混凝土的含泥量定在 2 碎石或碎卵石中含泥量经827批次的数据统计 0 5占21 8 0 6占13 9 0 8占4 1 考虑到泥对混凝土耐久性有较大影响 将指标定在 0 5 2 砂石中的泥块含量 美国标准对砂中泥块含量不分等级 所有混凝土均为3 0 国内 建筑用砂 高强混凝土结构技术规程 要求C60以上混凝土为0 经调查用于C60级混凝土中的569个砂样 泥块含量大于0 3 占18 3 大于0 5 占10 2 0 8占8 6 石子中泥块含量827个样中 0 2占5 6 0 3占1 4 0 5占0 1 考虑到运输过程的污染 为使质量指标既满足使用要求又符合实际情况 允许用于C60及C60以上的砂中泥块含量为0 5 石中的泥块含量为0 2 3 碎石及碎卵石中的针片状含量 经调查用于C60混凝土的808个样的碎石针片状 8 0 的占39 6 10 的占22 5 12 的占5 4 实践证明8 含量的针片将能够配制C60的混凝土 四 砂 石2 5mm以上的筛孔由圆孔改为方孔 为促进国际间相互交流 与新修订的国家标准 建筑用砂 建筑用碎石及卵石 衔接 消除骨料生产用筛网与使用时筛网不一致而产生混乱的现象 根据国际标准 混凝土 骨料的筛分析 ISO6274及国标 建筑用砂 建筑用碎石及卵石 的规定 并通过大量试验验证筛孔形状的改变不会对骨料级配数据产生较大影响后 因此本次修订决定将砂 石2 5mm以上的筛孔由圆孔改为方孔 1 国内外的同类标准 国际上对各行各业使用的试验筛有统一的 试验筛 技术要求和试验方法 标准 即ISO3310 1 2000 金属丝网试验筛 及ISO3310 2 2000 金属穿孔板试验筛 我国机械工业部根据国际标准等效制定了我国的 金属丝编织网试验筛 GB T6003 1 1997及 金属穿孔板试验筛 GB T6003 2 1997国家标准 试验筛的国际标准和国家标准在 金属穿孔板试验筛 中均允许方孔和圆孔两种筛孔形状供大家选用 ISO TC171水泥和混凝土委员会 1982年制定的关于 混凝土 骨料筛分析 试验方法 即ISO6274 规定了混凝土普通骨料的颗料粒级分布的方法试验用筛为方孔筛 孔径应符合规定系列中的任意一种 推荐用A系列 ISO6274试验用筛筛孔尺寸单位 毫米 国外一些先进国家如美国 日本 英国 欧盟骨料试验均采用方孔筛 而且颗粒级配范围也基本相同 各国采用的系列不大相同 欧盟采用的A系列 美国 英国 日本均采用B系列 我国的 建筑用砂 建筑用卵石 碎石 标准也采用B系列 我国交通部新修订的水泥混凝土用集料标准也改为使用方孔筛 与沥青混凝土用筛一致 2 圆孔改方孔对砂石颗粒级配及针片状含量的影响 1 砂子试验情况 颗粒级配及细度模数共试验砂子试样200个 其中20组为特细砂 36组为人工砂 其余均为普通天然砂 有9组细度模数相差0 2以上 占总数的4 5 其余均在0 2以下 占95 5 即95 5 是在试验要求误差范围内 其中两种筛试验结果 细度模数 完全一致的有43组 占总数的21 5 共有14组试样颗粒级配区不在同一区域 其中7组是由5mm圆孔筛分计筛余超标引起的 因此真正不在同级配区的只有3 5 从试验结果看 大部分为由方孔筛试验的细度模数比圆孔筛稍大 一般相差0 1 但均在试验允许误差0 2的范围内 从各号筛分计筛余百分率来看 确实存在一些差异 但绝大多数均在同一级配区内 因此从试验结果来说 砂子筛孔原2 50 5 00 10 0mm孔径的圆孔 改为2 36 4 75 9 50mm的方孔后 对砂子的颗粒级配的分区影响不大 砂子的细度模数也没有明显改变 2 石子的颗粒级配试验情况 共试验171组 级配公称粒径分别为5 16 26组 5 25 80组 20 40 60组 另有5组分别为5 40 2组 5 31 5 1组 16 31 5 1组 10 20 2组 方孔筛与圆孔筛基本满足颗粒级配范围的131组占总数的77 不满足的占23 其中有5组因数据异常引起 方孔筛与圆孔筛各号筛上的百分率平均差值 圆 方 注 以上最大 最小值是指各有的各号筛上的累计筛余的平均值中的最大值 最小值 3 石子的针片状含量情况 由于筛孔的变化 引起针片状仪的尺寸变化 变化后的对针片状质量指标的影响有多大 我们共进行了75组 从各地试验的试样来看 圆孔筛的试验结果要比方孔筛的大 数值基本相同 75组平均 圆孔为4 21 方孔为5 18 通过试验证明 圆孔变方孔后 对砂子的级配区与细度模数的判定基本没有影响 对石子的级配影响也不大 累计筛余百分率波动均在允许误差范围内 针片状含量变化为2 因此我们认为 筛孔形状由圆孔改为方孔 以前使用的砂石级配范围仍可维持不变 五 增加了海砂中贝壳含量指标及试验方法 1 增加的原因 因海砂中的贝壳会降低混凝土的和易性 大幅度降低高强度混凝土强度 减小混凝土的弹性模量 有较大的危害 因此在海砂的使用过程中必须严格控制其中的贝壳含量 本次修订在参考浙江舟山 宁波地区的建筑用海砂技术规程后 增加了海砂中的贝壳质量指标 并参照 宁波市建筑用海砂技术规程 编写了试验方法 我国海砂分布广 蕴藏量大 海砂按来源分 海滩上的海砂和浅海底部的海砂 浅海底部的海砂含泥量 氯离子含量 贝壳含量偏高 20世纪八十年代末以后 我国大部分沿海地区开始禁止开挖海岸边的海砂 从而大量使用浅海底部的海砂 那么现在混凝土工程所用的海砂其贝壳含量对混凝土究竟有什么影响 国内外曾相继进行了一些研究 在日本 英日专家专门研究过海砂中的贝壳对混凝土的影响 英国专家认为 海砂中的贝壳对混凝土强度无有害影响 但使混凝土和易性略有影响 日本专家认为 海砂中较多的扁平 大颗粒贝壳使混凝土的和易性显著降低 当贝壳含量大于30 时会使混凝土强度降低 小于30 时 对混凝土强度影响不大 2 贝壳对混凝土性能的影响 经我们试验证明 贝壳对混凝土的和易性有一定影响 随着贝壳含量的增加 流动性减少 当贝壳含量大于18 时 混凝土的保水性变差 出现泌水现象 贝壳对混凝土强度也有一定的影响 40MPa以上的混凝土强度影响显著 即随着贝壳含量的增加混凝土强度降低要明显 含贝壳的海砂混凝土抗渗性比河砂稍差 弹性模量偏低 六 删除了原标准中砂石碱活性试验的化学方法 此方法不能直接反映骨料引起的膨胀率大小 同时其测定结果易受骨料中其它物质 如氧化铝 碳酸盐等 的干扰而产生误差 具有不直观和误差较大的问题 因此本次修订将此方法删除 七 增加了砂石的碱活性试验的快速法 本方法是按照ASTM1260 940 碱骨料潜在活性标准试验方法 砂浆棒 编写而成 可在16天内测得骨料碱活性反应的膨胀值 同时其试验条件比较严格 不会被砂浆中原材料影响 因此具有快速 方便 准确的特点 适合作为周期较长的砂浆长度法的补充方法 五 结束语 编制组在历时两年多的时间里进行了有针对性的试验论证工作 广泛的调查研究 征求意见 翻阅了国内外的相关标准 总结实践经验 对原 砂石标准 JGJ52 92 JGJ53 92进行了修订 按合同要求 本次修订工作根据混凝土的向高性能 高标号发展的方向及砂石资源日益匮乏的实际情况 增加了相应质量指标十二个 试验方法四个 修订工作量大 涉及面广 修订后的新标准 适应当前建筑工程的发需要 能保证工程质量 本标准在建设部标准定额研究所的指导下 中国建筑科学研究院及各参编单位的大力协助和支持下 以及全体编制组成员的辛勤工作下 完成了标准的修订任务 修订后的标准达到了先进性 科学性及实用性