砂（天然、人工）检测

砂（天然砂、人工砂）检测项目详解

砂是建筑工程中不可或缺的骨料，其质量直接影响混凝土、砂浆等建筑材料的强度、耐久性和工作性。为确保工程质量，对砂进行科学、全面的检测至关重要。检测涵盖天然砂（如河砂、海砂、山砂）和人工砂（机制砂），重点关注以下核心项目：

一、 物理性能指标检测

1. 颗粒级配（筛分析）：

   • 目的： 确定砂中各粒径颗粒的分布比例。
   • 意义： 级配优劣直接影响砂的空隙率、需水量、堆积密度及配制混凝土/砂浆的工作性和强度。良好级配可使颗粒间空隙最小，节约胶凝材料用量。
   • 方法： 烘干试样，用一套标准方孔筛进行筛分，计算各筛余量和累计筛余百分率，对照标准要求评定级配区。

2. 含泥量：

   • 目的： 测定砂中粒径小于0.075mm的尘屑、淤泥和粘土的总含量。
   • 意义： 含泥量过高会包裹砂粒表面，阻碍其与水泥石的粘结；增加用水量，降低混凝土/砂浆的强度和耐久性，增大干缩变形。
   • 方法： 通常采用水洗法（淘洗法），将烘干试样在水中淘洗，收集小于0.075mm的颗粒烘干称重计算含量。

3. 石粉含量（主要针对人工砂）：

   • 目的： 测定人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量（主要由岩石破碎过程中产生的细粉组成）。
   • 意义： 适量的石粉可以改善人工砂混凝土的和易性，但过量会增大用水量，影响强度和收缩性能。标准对其含量有上限要求（有时也允许一定的下限）。
   • 方法： 主要通过水洗法测定（原理同含泥量测定）。需注意区分石粉与泥块或粘土成分。

4. 泥块含量：

   • 目的： 测定砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后破碎成小于0.6mm颗粒的含量。
   • 意义： 泥块对混凝土/砂浆性能的危害远大于普通的含泥量，会显著削弱界面粘结强度，形成薄弱区域。
   • 方法： 将烘干试样过1.18mm筛，筛上颗粒用水浸泡、手捏，再过0.6mm筛，烘干筛余物计算含量。

5. 表观密度：

   • 目的： 测定砂颗粒本身单位体积（包含内部封闭孔隙）的质量。
   • 意义： 是计算砂的空隙率和进行混凝土配合比设计的重要参数之一。
   • 方法： 通常采用容量瓶法（排液法）。

6. 堆积密度与空隙率：

   • 堆积密度： 测定烘干砂在自然堆积状态下（松散堆积密度）或按规定方法振实后（紧密堆积密度）单位体积的质量。
   • 空隙率： 由表观密度和堆积密度计算得出，表示砂粒间空隙体积占堆积体积的百分比。
   • 意义： 直接影响配制混凝土/砂浆时所需胶凝材料浆体的用量。空隙率小，可节约胶凝材料，降低成本，提高密实度。

7. 含水率：

   • 目的： 测定砂中所含水的质量占烘干砂质量的百分比。
   • 意义： 施工配合比中需要考虑砂的含水状态，以精确控制混凝土/砂浆的实际水灰比和加水量。过高含水率可能导致混凝土离析泌水。
   • 方法： 烘干法（标准法）或快速测定法（如炒干法、酒精燃烧法）。

8. 吸水率：

   • 目的： 测定砂在饱和面干状态下（内部吸水饱和而表面干燥）所吸收的水分质量占烘干砂质量的百分比。
   • 意义： 了解砂的孔隙特性及其在混凝土拌合过程中吸收水分的程度，有助于更精确地控制总用水量。

9. 氯离子含量：

   • 目的： 测定砂中以氯离子形式存在的可溶性盐类的含量（尤其关注海砂）。
   • 意义： 氯离子是诱发混凝土中钢筋锈蚀的主要原因，严重威胁结构耐久性。标准对其含量有严格限制。
   • 方法： 常用滴定法（如硝酸银滴定法）或快速测定法（如氯离子选择性电极法）。

10. 云母含量：

    • 目的： 测定砂中云母类矿物的含量。
    • 意义： 云母呈薄片状，表面光滑，与水泥石粘结力差，且易吸水膨胀，会削弱混凝土强度和耐久性。
    • 方法： 比重法或人工挑拣法结合计算。

11. 轻物质含量：

    • 目的： 测定砂中表观密度小于2000 kg/m³的物质（如煤、褐煤、植物根茎碎片）的含量。
    • 意义： 轻物质强度低、吸水率大，影响混凝土强度和耐久性。
    • 方法： 常用重液（如氯化锌溶液）浮选法分离称重。

12. 压碎指标（主要针对人工砂）：

    • 目的： 评估人工砂在逐步增加的压力下抵抗压碎的能力（表征母岩强度和颗粒坚固性）。
    • 意义： 反映人工砂的坚固性，直接影响配制混凝土的强度。指标值越小，表明砂越坚固。
    • 方法： 将单粒级试样装入规定圆模内，施加规定荷载后，计算压碎后小于规定粒径（如0.3mm）颗粒的质量百分比。

13. 坚固性：

    • 目的： 评估砂抵抗自然界冻融循环或化学侵蚀等破坏因素作用的耐久性能（尤其对用于重要结构或有抗冻要求的混凝土所用砂）。
    • 意义： 反映砂在恶劣环境下的耐久能力。
    • 方法： 通常采用硫酸钠溶液浸泡-烘干循环法或压蒸法，计算质量损失率。

14. 贝壳含量（主要针对海砂）：

    • 目的： 测定海砂中贝壳等海洋生物残骸的含量。
    • 意义： 贝壳通常强度较低、形状扁平不规则、表面光滑，影响混凝土的强度、工作性和泵送性能。标准对其含量有限制。
    • 方法： 常用浮选分离法或人工挑拣法。

15. 亚甲蓝(MB)值（主要针对人工砂及含泥量高的砂）：

    • 目的： 快速检测砂中粒径小于0.075mm颗粒主要是石粉还是粘土（或其混合物）的吸附性能指标。MB值反映粘土的吸附能力。
    • 意义： 区分无害的石粉和有害的粘土成分（尤其是蒙脱石等高活性粘土）。高MB值表示粘土含量高，对混凝土工作性、强度和耐久性危害大。
    • 方法： 砂样悬浊液反复加入亚甲蓝溶液并用玻璃棒沾取液滴滴于滤纸上观察色晕，直至色晕持续存在，记录消耗的亚甲蓝量。

二、 化学性能指标检测

1. 有机物含量：

   • 目的： 定性或定量检测砂中有机杂质（如腐植酸、腐殖质）的含量或存在。
   • 意义： 有机杂质可能延缓水泥水化，降低混凝土早期强度。
   • 方法： 常用比色法（标准法），观察试样上部的氢氧化钠溶液颜色与标准液比较。定量方法有灼烧减量法等。

2. 硫化物及硫酸盐含量：

   • 目的： 测定砂中以硫化物（如黄铁矿FeS₂）及硫酸盐（如石膏CaSO₄·2H₂O）形式存在的硫的含量（折算为SO₃）。
   • 意义： 硫化物可能氧化产生膨胀性产物；硫酸盐可与水泥水化产物反应生成钙矾石或石膏结晶，导致体积膨胀开裂（硫酸盐侵蚀）。
   • 方法： 硫酸钡重量法（经典准确法）或碘量法（测硫化物硫）、分光光度法等。

3. 碱活性（潜在危害性）：

   • 目的： 检验砂中是否含有能与混凝土中的碱（主要来自水泥）发生化学反应（碱-硅酸反应ASR或碱-碳酸盐反应ACR）并产生膨胀的矿物组分（如蛋白石、玉髓、某些燧石、微晶石英、白云石质石灰岩等）。
   • 意义： 预防碱骨料反应造成的混凝土开裂破坏，确保长期耐久性。
   • 方法：
     • 岩相法： 鉴定骨料矿物组成和活性矿物种类。
     • 快速砂浆棒法： 测定掺入高碱水泥砂浆中的砂试件在高温碱溶液中的膨胀率。
     • 混凝土棱柱体法： 更接近实际使用条件，测定长期膨胀率。通常需综合多种方法判断。

4. 放射性核素限量：

   • 目的： 检测砂中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的比活度。
   • 意义： 评估建筑材料对人体产生的内照射指数和外照射指数，确保居住环境辐射安全。
   • 方法： γ能谱分析法。

三、 安全环保指标检测（日益受重视）

1. 重金属含量：
   • 目的： 检测砂中铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)、砷(As)等重金属元素的可浸出含量或总含量。
   • 意义： 评估砂用于建筑后对环境（土壤、地下水）潜在的污染风险。
   • 方法： 酸消解-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)或原子吸收光谱法(AAS)测总量；毒性浸出程序(TCLP等)测浸出量。

检测结果的应用与意义

通过系统检测上述项目，可以全面评估砂的质量是否符合工程要求：

• 确保混凝土/砂浆性能： 合适的级配、较低的含泥量和有害物质含量是保证混凝土强度、工作性、密实度、耐久性的基础。
• 保障结构安全耐久： 控制氯离子、硫化物、碱活性成分是预防钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀和碱骨料反应开裂的关键，延长建筑物使用寿命。
• 优化配合比与经济性： 准确掌握砂的表观密度、堆积密度、空隙率、含水率等参数，有助于科学设计混凝土配合比，节约水泥用量，降低成本。
• 满足环保安全要求： 检测放射性及重金属含量，保障居住环境健康安全。
• 质量控制与验收依据： 检测结果是砂源选择、进场验收、过程质量控制的重要依据。

总结： 砂的检测项目覆盖物理、化学、安全环保等多个维度，核心在于评估其对混凝土/砂浆工作性、力学强度和长期耐久性的直接影响。天然砂与人工砂各有侧重（如海砂重氯离子贝壳，人工砂重石粉压碎指标）。严格的检测是建筑工程质量保障体系中不可或缺的关键环节，必须依据现行标准规范执行，确保数据准确可靠。