商品混凝土用砂含泥量快速检测方法研究
商品混凝土用砂含泥量快速检测方法研究
砂含泥量是影响混凝土性能的关键指标之一。本文针对传统砂含泥量检测方法耗时较长的问题，提出两种快速检测方法，并通过试验验证了其可行性和准确性。研究结果表明，快速检测法2在保证数据准确性的前提下，可将检测时间缩短约2.5小时，具有重要的工程应用价值。
引言
目前，机制砂已经在建材行业中得到全面使用。砂含泥（粉）量对混凝土的工作性、强度、耐久性等各项性能指标有显著影响。由于砂含泥量过高会导致严重的工程事故，因此虽然目前针对砂含泥量指标有所放宽，但其危害仍应得到重视。砂含泥量是指砂中粒径小于0.08mm的细微颗粒含量，其矿物组成和化学成分与母岩不同，且吸附性相对较强。天然河砂中的泥主要来源于河底的黏土，机制砂中的泥为岩石表面黏土。
砂的含泥量对混凝土的影响是多方面的。在强度方面，当砂的含泥量过大时，具有吸水性的泥矿物质会吸附大量的水，导致混凝土拌和物中的自由水减少，混凝土流动性变差，坍落度降低，此时为满足混凝土工作性能的需要，通常会采取增加用水量的方式，但这会导致混凝土的水胶比增大，混凝土强度降低；同时，泥矿物质没有水化活性，使得水泥石的强度降低，水泥石与砂石料之间的黏结力降低，从而使得混凝土的抗压强度和耐久性劣化。
在耐久性方面，混凝土中的泥矿物质会在混凝土中形成不封闭的气孔，并导致强度下降，混凝土抵抗冻融破坏的能力降低；在冻融情况下气孔中的水分更易产生冻胀破坏，从而使得混凝土的耐久性劣化。在和易性方面，泥中含有较多的层状硅酸盐矿物，由该类矿物构成单位结构的片层间存在层间域，其吸水后易膨胀，尺寸随之变大，对水分子和聚羧酸分子的吸附性变强，会导致体系用水量进一步减少，并且用于分散水泥颗粒的聚羧酸减水剂分子被黏土占据，从而影响混凝土的和易性。
目前，搅拌站基本是按照JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中的试验方法对砂进行含泥量检测。虽然该试验方法比较准确，但试验所需时间长，整个砂含泥量检验流程需要2～3h左右。
在商品混凝土的实际生产中，为保障生产运作效率，场站试验室不仅需要出具砂检测报告，还需提高砂含泥量的检测速率。目前，单一混凝土场站面对一天数批的砂检测需求，为了保证生产，拌站试验室通常采取目测的方式，这需要丰富的经验，但还是存在误判的可能性。因此，如何在尽量保证数据准确的情况下提高检测效率是拌站试验员所要解决的问题。本文针对砂含泥量的检测方法进行改进。
含泥量试验方法
本文将在现有含泥量试验方法的基础上进行改进，力求加快检测速度，同时保证检测数据在标准允许误差范围内。
标准法
采用标准法检测砂含泥量的试验参考JGJ52-2006标准。标准法计算公式如下：
式中：ωc为砂含泥量，%；m0为试验前烘干试样质量，g；m1为试验后烘干试样质量，g。
快速检测法1
从标准的含泥量试验过程来看，含泥量试验最费时间的步骤是对试样进行浸泡。如果省去该步骤，直接对试样进行冲洗并烘干，可以大幅节省试验时间，从而提高工作效率。目前，所面临的问题在于省去该步骤是否会对含泥量的结果产生重大影响。如果影响较小，可以考虑精简含泥量试验的浸泡过程。
根据JGJ52-2006标准，对湿样进行烘干并取干样400g。省去浸泡过程，直接对干样进行反复淘洗，在确认洗出水清澈后将干样放置在烘箱烘干，最后得出数据，其计算公式与标准法一致。操作流程如图1所示。
快速检测法2
本研究旨在最大程度地精简含泥量试验过程，来大幅提高工作效率，因此在省去浸泡过程之后，可以将含泥量试验进一步简化。从公式角度出发，含泥量试验中包含“烘干试样”的步骤。此步骤的目的是将试样中的含水率进行扣除。因此从这一角度出发，同时进行含水率以及试样砂含泥量的检测，最后得出结果。在此基础上，将试验步骤修改为：将500g试样放置在烘箱进行烘干，检测含水率，同时根据试样初步猜测含水率；将大于400g的试样（根据预估含水率来决定砂的称取质量）直接进行淘洗，一并放入烘箱进行烘干，并对原公式进行修改。新公式如下：
式中：fw为砂的含水率。
此方法可以优化试样初次烘干的步骤，在快速检测法1的基础上可再次缩短试验时间，从理论角度出发，此方法是可行的。快速检测法2的操作流程、湿样称重和湿样淘洗分别如图2～4所示。
试验结果与分析
试验结果
本次试验随机取用包括机制砂与天然砂在内的共计11种样本，在其他条件不变的情况下，分别通过上述3种含泥量检测方法对11种砂进行检测，并记录所需时间及含泥量。检测的含泥量及误差见表1。不同检测方法所需时间见表2。结果表明：将快速检测法1和快速检测法2与标准法所得结果进行对比，各样本的平均误差分别为−0.4%和−0.1%，平均减少时间分别为122min和158min（约2.5h）。
结果分析
从表1可以看出，在快速检测法1下含泥量数据相较于采用标准法获得的试验数据，除了编号1，其他试验结果均偏小，且基本是负偏差，平均误差为−0.4%。同时，根据JGJ52-2006标准中相关规定，如果2次试验结果误差大于0.5%，则判定需要重新检测。快速检测法1与标准法的试验结果误差绝对值大于0.5%的比例为45%。因此，尽管快速检测法1的试验结果与标准法相比具有一定的确定性（均为负偏差），可以用于辨识趋势，但所得试验结果与标准法之间存在显著误差。在实际混凝土原材料质量管理中，这一问题可能导致出现未留有足够安全余量的情况，从而增加生产质量问题的风险。
当采用快速检测法1出现这些情况时，主要原因在于试验过程中缺乏浸泡2h的步骤。标准法中规定对砂样品进行烘干前需浸泡2h，这是因为在烘干过程中，部分黏土细颗粒在失水过程中可能发生结团和板结现象。随着失水程度的增加，黏结强度也相应提高。在这种情况下，如果事先不进行浸泡软化，淘洗过程中可能出现清洗不彻底的情况，从而导致试验数据偏小。
相较于标准法，采用快速检测法2获得的含泥量数据会出现上下浮动的情况，有正偏差，也有负偏差，平均误差为−0.1%，且试验误差大于0.5%的仅有1组，占总数的9%。由此可见，虽然快速检测法2的试验结果相对于标准法结果的误差存在不确定性，但相比快速检测法1，快速检测法2的试验结果与标准法的误差符合标准要求，可以替代混凝土生产中砂含泥量的检测方法。
快速检测法2相较于快速检测法1的试验结果误差较小的原因在于，日常生产中所使用的砂，无论是天然砂还是机制砂，基本处于潮湿状态，含水率基本达到3%，部分机制砂含水率甚至达到11%。在这种情况下，砂中黏土质基本处于长期保水软化状态，按照快速检测法2将试样直接进行淘洗，所得试验结果与标准法的试验结果更接近。
从表2可以看出，相较于标准法，快速检测法1和快速检测法2试验所需时间均大幅减少，快速检测法1中由于减少浸泡样品2h的过程，平均时间减少了123min，而快速检测法2在快速检测法1的基础上进一步省略了烘干样品的过程，使得试验时间进一步减少，比快速检测法1平均减少了35min。可以看出，快速检测法1和快速检测法2均能大幅缩短检测时间，可达到提高检测效率的目的。
综合试验数据精度和检测效率2个方面的情况，笔者判断快速检测法2是有效检测砂含泥量的方法，可用于混凝土生产中原材料的质量检测。但是，砂的含水率会随着时间以及其他情况而发生变动。
为了验证快速检测法2的有效性，在不同含水率下进行同种砂的含泥量检测试验。该试验是在同一艘4000t运砂船的不同部位取样，用于含水率和含泥量的检测。其中含水率为0%的情况为采用标准法对砂的含泥量进行检测，其他含水率的样品均使用快速检测法2进行检测。考虑到针对的是同一批次砂在不同含水率下的检测数据，采用方差对试验结果进行判断，试验结果见表3。结果发现，砂1、砂2的含泥量平均值分别为4.9%和6.8%，最大误差分别为−0.5%和0.4%，方差均为0.09%。
结语
（1）当下用于砂含泥量检测的标准方法耗时较长。对于进场的湿砂，可以免去浸泡环节，直接对进场砂试样进行淘洗，并同步进行含水率测定，计算含泥量，进而提高检测效率。
（2）与标准法检测结果相比，快速检测法2的检测结果平均误差为−0.1%，符合标准要求，能够缩短约2.5h的检测时间，提高了检测效率，适用于砂检测需求较大的预拌混凝土场站。
值得注意的是，对于长期干燥的砂，快速检测法2并不适用。当对试验结果存在异议时，应采用标准法进行复检。