集料细集料砂当量检测技术规程

1 检测项目分类及技术要点

砂当量试验是测定细集料中粘土性杂质（粒径小于0.075mm的颗粒，特别是膨胀性粘土矿物）含量相对比例的试验方法。根据试验目的和应用场景，主要分为以下两类：

1.1 粗砂当量（SE）

• 技术要点：

  • 适用对象： 通常指对粒径0/2mm或0/4mm的细集料进行检测。

  • 试样制备： 需按规定方法进行缩分，并通过规定孔径的筛（如2mm或4mm）除去超粒径颗粒。试样的湿润程度对结果影响显著，需严格控制。

  • 冲洗液制备与使用： 必须使用由无水氯化钙、甘油（丙三醇）、甲醛和蒸馏水按严格比例配制的标准冲洗液，其浓度和pH值需符合规范要求。冲洗液需在（20±2）℃环境下恒温。

  • 絮凝与静置： 将试样与冲洗液在量筒中充分振荡混合后，垂直静置规定时间（通常为20min±15s），使砂粒沉淀，同时粘土性物质保持悬浮。

  • 读数测量： 使用特制的活塞测定仪，分别测量絮状物高度（h₁）和砂粒沉淀高度（h₂）。读数精度要求达到1mm。

  • 结果计算： 砂当量值 SE = (h₂ / h₁) × 100。结果精确至1%。数值越大，表明细集料越洁净，粘土性杂质含量越少。

1.2 微型砂当量（MSE）

• 技术要点：

  • 适用对象： 适用于粒径小于0.315mm的细颗粒部分，或当材料数量有限时使用。

  • 试样制备： 将细集料进一步筛分，仅取用通过0.315mm筛的部分。试样量远少于粗砂当量试验。

  • 试验器具： 使用特制的微型量筒和配套的活塞装置，尺寸较粗砂当量试验的器具小。

  • 操作程序： 基本原理与粗砂当量相同，包括注入冲洗液、加入试样、振荡、静置和测量。由于试样粒径更细，静置时间可能略有不同，需严格遵循特定规程。

  • 相关性： MSE值与标准SE值具有一定的相关性，但通常不能直接等同，主要用于快速检测或当材料无法满足标准砂当量试验要求时的替代评估。

2 各行业检测范围的具体要求

不同行业及规范对细集料砂当量的检测方法和合格指标有不同的规定。

2.1 公路与桥梁工程

• 主要依据： 《公路工程集料试验规程》（JTG 3432）中 T0334-2005《细集料砂当量试验》。

• 适用范围： 适用于测定天然砂、人工砂、石屑等细集料中粘土性杂质的含量。适用于公称最大粒径不超过4.75mm的细集料。

• 技术要求： 用于沥青混合料时，通常要求砂当量不小于60%；用于水泥混凝土时，根据结构物等级和部位，要求通常为砂当量不小于60%-70%。具体指标需符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）或《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/T F30）等相关规范的要求。

2.2 铁路工程

• 主要依据： 《铁路工程土工试验规程》（TB 10102）中相关章节。

• 适用范围： 主要用于路基填料、道床底层及混凝土用细骨料的质量控制。

• 技术要求： 对于高速铁路路基填料，对细粒土含量和塑性指数有严格要求，砂当量是重要控制指标之一。对于混凝土用细骨料，要求通常比公路工程更为严格，例如，对于设计使用年限100年的重要结构，砂当量可能要求不低于70%或更高，具体需根据《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424）等规范执行。

2.3 建筑工程

• 主要依据： 《建设用砂》（GB/T 14684）及《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52）。

• 适用范围： 适用于建筑工程中混凝土及其制品用砂。

• 技术要求： GB/T 14684根据技术要求将砂分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。对于砂当量指标，Ⅰ类砂要求最高，通常要求≥80%；Ⅱ类砂要求≥70%；Ⅲ类砂要求≥60%。JGJ 52中亦有类似规定，用于配制混凝土的砂，其砂当量值应符合设计要求或相关标准的规定，通常不宜小于60%。

3 检测仪器的原理和应用

砂当量试验的核心是使砂粒和粘土性杂质在特定条件下分离，并通过测量其高度比值来评估洁净程度。

3.1 仪器构成与原理

• 机械振荡器：

  • 原理： 通过产生固定频率和振幅的往复振荡，使量筒内的试样（砂与冲洗液混合物）受到规律性的剪切力和搅拌力。这种作用促使包裹在砂粒表面的粘土性物质充分分散到冲洗液中，同时保证砂粒在悬浮液中均匀分布，为后续的絮凝沉淀创造条件。

  • 应用： 是保证试验结果重现性的关键设备。振荡频率（通常为90次/分钟，即180次往复/分钟）和振幅（通常为20cm）需严格符合规范要求，否则会影响分散效果和最终结果。

• 冲洗液：

  • 原理： 冲洗液是一种由无水氯化钙、甘油、甲醛和蒸馏水按比例配制的化学溶液。

    • 氯化钙： 提供钙离子，起到电解质作用，促进粘土颗粒的絮凝沉降，形成清晰的絮状物界面。

    • 甘油： 增加溶液粘度，减缓粘土颗粒的下沉速度，使悬浮液界面更稳定，便于测量。

    • 甲醛： 作为防腐剂，防止有机物质在试验过程中发酵、腐败，干扰试验结果。

  • 应用： 在试验中，冲洗液首先作为分散介质，帮助粘土从砂粒表面分离；其次作为絮凝介质，使分散的粘土颗粒在静置期间凝聚成可见的絮状物。

• 砂当量测定仪（含活塞）：

  • 原理：

    • 测量装置： 主要包括一个透明的、带有刻度的专用量筒和一个配重的活塞。量筒用于容纳冲洗液和试样，并提供沉淀和测量的空间。活塞由配重部分、活塞杆和底部的橡胶密封塞组成。

    • 测量过程： 静置结束后，将活塞组件缓缓放入量筒。活塞在自身配重作用下匀速下降。当活塞底部的橡胶塞接触到絮状物表面时，由于絮状物是松散结构，活塞会轻微受阻，此时读取活塞杆上对应的刻度，即为絮状物高度（h₁）。继续下压活塞，直至活塞的配重部分完全搁置在量筒口沿上，此时活塞底部的橡胶塞紧密贴合在砂粒沉淀层的表面。读取此时活塞杆上的刻度，即为砂粒沉淀高度（h₂）。

  • 应用： 通过测量同一体系中两个关键界面的高度，直接计算出反映细集料中粘土性杂质相对含量的砂当量值。该仪器设计巧妙，排除了人为估读界面的主观误差，提高了测量的准确性和重复性。