对现行水工规范细骨料含水率和粗骨料超逊径问题的分析及建议

对现行水工规范细骨料含水率和粗骨料超逊径问题的分析及建议【摘要】现行水工规范对水工混凝土细骨料饱和面干含水率、粗骨料的超逊径质量标准以及试验方法

给予了明确的规定。在工程实际应用中,这些规范存在着一些问题,本文对存在的问题进行分析并提出建议。

【关键词】水工混凝土;细骨料饱和面干含水率;超逊径;分析及建议1.约定为了叙述的简便,约定如下:(1)现行《水工混凝土施工规范DL/T5144-2001》,简称《施工规范》。(2)现行《水电水利基本建设工程单元工程质量等级标定标准DL/T5113.1-2005》,简称《质量评定标

准》(3)现行《水工混凝土砂石骨料试验规程DL/T5151-2001》简称《试验规程》

(4)含水率、表面含水率等,均指饱和面干含水率。2.细骨料的含水率2.1规范规定。《施工规范》第5.2.7明确,“人工砂饱和面干的含水率不宜超过6%”。《质量评定标准》中，“表A.34混凝土拌和质量评定表”和“表B3混凝土拌和质量的检查项目和质量标

准”均规定，“砂子饱和面干含水率＜6%的频率”,不小于70%时，拌和质量评定为“合格”，不小于90%时,拌和质

量评定为“优良”。2.2问题分析。显然,规范和标准均认为,混凝土细骨料的含水率相当重要,饱和面干含水率一般应当不大于6%,如果大

于6%的比例较高,例如大于30%时,《质量评定标准》甚至认为混凝土拌和物质量不合格。如何理解混凝土细骨料含水率对混凝土性能产生什么样的影响,是正确解决上述问题的关键所在。

细骨料的含水率是否一定需要进行如此严格的限制,应当考虑两方面的问题:普适性:即这一要求是否可以普遍适用于众多水电工程,也就是通常所说的是否具有广泛的可操作

性。必要性:即这一要求是否为工程质量控制所必须,如果不满足这一要求,是否会对混凝土的施工和质量

产生不良影响。2.2.1普适性的讨论。目前,水电工程混凝土已经很少使用天然骨料,主要使用人工破碎骨料。近年我国大型水电工程大多集中

于西南地区,地势狭窄,地貌陡峭,骨料生产系统难以布置,有的工程只得将骨料贮存仓布置于地下。例如四川

二滩电站、云南小湾电站的大坝混凝土骨料生产系统,由于地形、地貌的限制,大坝混凝土骨料均贮存于典型

的地下深井式贮料仓内。过去，水工混凝土施工相关规范规定细骨料中的石粉含量(小于0.16mm)为6%〜12%，实际使用时，一般

大约8%左右，微细颗粒(小于0.08mm)的含量一般约为3%〜5%。现行《施工规范》规定，细骨料中石粉含

量为6%〜18%。实际使用时，一般大约为13%〜15%左右，微细颗粒(小于0.08mm)的含量大约为6%〜8%

左右。实践证明,对于水工混凝土而言,这样的石粉含量是很适合的。水工混凝土人工骨料一般为湿法生产，即骨料在生产过程中，采用大量水对骨料进行冲洗。刚刚生产的成

品砂，含水率大约为12%〜15%%左右，过多的自由水需要脱除。新规范对石粉含量以及微细颗粒含量的大

幅增加，造成了细骨料脱水难度的巨大变化。在石粉含量约为15%，微细颗粒含量约为8%的情况下，饱和面

干含水率达到约为6.3%〜6.5%左右后，依靠重力进一步脱水是相当困难的。小湾工程中，通过认真观察及检测，发现:处于地下深井式贮砂内的细骨料，脱水时间12〜15天，细骨料含水率也只能降到大约6.3%〜6.5%左右，此后基本稳定在这一状态。即自由水已经基本达到了稳定状态。另一方面，现在的水电工程建设速度很快，混凝土月浇筑量很大，例如二滩电站和小湾电站，大坝混凝土施工高峰期月浇筑量就超过20万方。这样,限于细骨料的生产能力,以及存放场地的限制,要求细骨料含水率不大于6%的比例达到70%,是难以实现的。四川二滩电站和云南小湾电站工程细骨料的含水率实测情况如表1所示。a］鼻也二址电凿，协覽电站xsm■料的含水事為■悄观电朗牡厭、幣世EMMSL平埠《!1二毗曲卿43S14.47A干大于各未和I£%T.UK26H7.fi3«1itfltih二锻归站曲尸工和167Jit.A…Ji.6不丸D1*.承也鬥*站太卑MOii115■n7.2耶大于百9」样和脚t孔唱；金二”电JSJtM,關昔则■舟曲0-1.IS：rb,:.2(-4.7郛曲吾住述上料苗崔I门北巒显售，專.中4Ut%*4*扌曲仇，悟二中工輕屮・JU＜匸艰軒jtT工土it工卓也育巾巴丈严Si理土如井+K3tU£iifr*t+++^AVz4i**x+4ifrBtJit・唸小诲电“貳盘土議工单｛1S.J»|fliTfl-±产SUI生.2.2.2必要性的讨论。一般认为,之所以要求,“人工砂”的饱和面干含水率“不宜”大于6%,其原因在于:(1)一般情况下,自然状态下的细骨料，饱和面干含水率可稳定在2%〜6%之间。如果大于6%,则细骨料表面的自由水,由于重力作用原因,易于发生迁移,造成细骨料的含水率不稳定,从而导致混凝土质量不稳定。(2)对于水工大体积混凝土,由于具有严格的出机口混凝土温度控制要求,需要加冰拌和,即用一定量的冰代替部分水拌和混凝土。如果细骨料含水率过大,将不能掺入足够的冰。从而不能有效控制出机口混凝土温度。2.2.2.1含水率稳定问题。含水率大于6%时,细骨料的含水率就不稳定,这种认识是不全面的。这一认识,主要是基于过去混凝土施工的经验,以及过去细骨料的级配构成情况。很明显,细骨料中的自由水是否易于发生迁移,不仅仅取决于其含水率,而且还取决于细骨料的级配情况,尤其是微细颗粒含量的多少,将直接影响细骨料的脱水情况。近年,水工混凝土相关规范对细骨料级配，尤其是小于0.16mm和小于0.08mm含量的巨大改变,以及大多数水电工程位于南方潮湿多雨地区,必然须要对细骨料的含水率作出相应的改变,不能再简单地延用6%的

规定。工程实践已经证明:基于目前水工混凝土相关规范对细骨料级配情况的改变,以及实际使用的细骨料级配情况,即便饱和面干含水率大于6%,甚至约为7%时,仍不会导致细骨料含水率的明显不稳定情况的发生。即便含水率超过6%,甚至为7%以上,只要石粉含量适当,细骨料含水率也是稳定的,从而同样可以保证出机口混凝土的质量稳定。例如二滩电站,大坝混凝土细骨料实际含水率平均值约为7.1%,地下洞室混凝土细骨料实际含水率平均值约为8.6%,但是其混凝土质量却是很优秀的。小湾电站混凝土的细骨料含水率也不满足规范要求,但是混凝土的质量很稳定,依据现行《施工规范》和《质量评定标准》,无论是出机口拌和物性能,还是硬化混凝土性能指标,均满足《施工规范》和《质量评定标准》的最高质量等级要求。(说明,《施工规范》的质量最高等级标准为“优秀”,《质量评定标准》的最高质量等极标准为“优良”)#i小睥电塑坤:»土岸和摘惟馨检需慣况〔出如口】打・曲曲冶佈率弃灼％如％■玮.iL^；萄円…倔z土*尺为*x*4ifr工艺,X坍工JL’iSjl不sq,4-\t-frdC4fB,跳叙鼻理樽・戏A■站円曲冲油出氏・③木工总星土弋1304犷的带囂曲.诅出啣H和孟，H圧爭址为4Ji：P.通搭工就駁上“松弊曲社iTg體押拝和柚i枕口曲弭%4±的孔町■岳牡由耳孙弃度,1A.#«爭所萍現，«1协沖电站玄弹3U土厘竄F■FFF綁BWTtt辰顾1祖期I摒准去毎注1It*?JT.3i?3fl.I3-田优庄1C邸：IBDI»72口950.442.B3.3399.1忧良3C|B3O180茄13O.t-I?.?W-J3.72忧很评墨4Ci^402?那&43.D3L73.00忧爵52$152D22.42a.z盒科百C|*M2i1244M.O14.7±J1iL4k[D*m*丄就带[刑HdditJt,集用3丸杲丘iUHi羡此背土戶审世评丸・恥聊量*丄#霍)诗丈誉星土尿Jt*胃.⑨倉土乳观土弋I««"**+*外・ftfll-M-ftIWA.SUt*±4A«MP-・以上工程实际试验结果表明:在具体工程中,细骨料饱和面干含水率大于6%,甚至达到7%以上,对混凝土的质量控制而言,也是可以满足混凝土质量控制要求的,甚至仍然能生产出优质的混凝土,换言之,细骨料实际含水率不大于6%的规定,并不是必须的。2.2.2.2混凝土温控问题。水工大坝混凝土，一般要求拌和楼出机口混凝土温度约为10°C左右，小湾电站甚至低到7°C。大体积混凝土的温控问题,必然要求对出机口混凝土温度进行严格控制,最主要的措施为:通过各种冷却措施,降低粗骨料的温度。采用低温冰片代替一部分水,进行混凝土拌和。一般认为,细骨料含水率不大于6%的要求,另一个重要因素是如果含水率大于6%,则难以保证出机口混凝土的温度控制要求。水工大体积混凝土多数为IV级配骨料混凝土，单方用水量很低。对于大坝最为常用的IV级配混凝土而言,单方用水量一般约为90Kg左右。如果细骨料含水率过高则由于单方混凝土总用水量的限制,可能导致加冰量不足,难以保证出机口混凝土温度。对于出机口混凝土温度控制问题,应当注意到两个方面:

(1)细骨料含水率的高低将会对加冰量产生直接的影响。(2)细骨料本身的温度,也必然对混凝土加冰量产生重大影响。工程实际中,细骨料是不能进行预先低温冷却的,主要原因为:细骨料颗粒之间空隙很小,低温空气无法透过细骨料,从而对细骨料进行风冷。所以,细骨料以及细骨料所含的水,温度均较高。由于工程所处地区的气候条件不同,自然气温相差很大,使得细骨料的温度相差明显。另外,细骨料的贮存方式、贮存地点不同,也会对细骨料的温度产生明显，甚至是重大的影响。例如，三峡电站的细骨料夏天的温度大约为28C左右,而小湾电站大坝混凝土所用细骨料的温度，则由于细骨料处于地下深井内,常年为18C左右。所以,考虑对加冰量影响的问题时,不但要考虑细骨料的含水率,同时还应当考虑细骨料的实际温度情况。对于水工大体积混凝土,IV级配的混凝土，砂率约为25%左右，单方用水量约为90Kg,水胶比约为0.4,细骨料用量约为550Kg。片冰的温度约为-7C,冰的比热大约为骨料的4〜5倍。这样便可以计算比较,细骨料的含水率以及细骨料的温度对出机口混凝土温度的影响情况。例如,在四川的二滩电站要求出机口温度一般为10C,小湾电站工程要求出机口混凝土温度一般为7

C。细骨料的含水率均约为7%,甚至在施工高峰时期可达到9%左右，但是出机口混凝土温度均能够严格地

控制在要求范围之内。综上所述,基于出机口混凝土温度控制的严格要求,应当综合考虑细骨料的含水率,以及细骨料本身的温度问题。混凝土出机口温度的严格控制要求,并不意味着细骨料含水率不大于6%具有广泛的合理性（新规范规定的细骨料石粉含量已经大幅度升高,含水率却依然延用过去的习惯要求）,更不意味着《质量评定标准》要求不大于6%的百分率必须不小于70%的必要性。2.2.3对混凝土质量评定影响的讨论。依照《质量评定标准》的规定，细骨料饱和面干含水率＜6%的百分率三70%，是混凝土拌和质量合格的“必要条件”。拌和质量合格,又是混凝土最终合格的“必要条件”。如果细骨料饱和面干含水率不大于6%的比例

不大于70%,则混凝土拌和物质量不合格,混凝土拌和物质量不合格,则又导致混凝土质量最终评定为不合

格。《质量评定标准》中的“表A.34”，关于混凝土拌和质量评定表的主要部分如下。表4渥凝土样和质■评定表（主要部分）项类检査项目质量标礁合格:主控项目最少拌和时间綾合规范要求1•原材料称量符合规范要求的频率^70%^90%2.砂子饱和面张含水率W6強的^70%^90%一般频率项目G坍落度（¥C值｝合格率^70%^90%址含气量合格率>70%5s90%&岀机口温度合格率^70%^90%同时,《质量评定标准》B.2.4.3规定:“混凝土拌和质量合格或优良,混凝土性能质量优良”，混凝土质量评为优良。“混凝土拌和质量合格或优良,混凝土性能质量合格”，混凝土质量评为合格（说明:这里的“混凝土性能”实际是指“硬化混凝土性能”）。这样,如果细骨料的含水率不大于6%的频率不大于70%,则混凝土拌和质量不合格,进而混凝土质量根本就不能评为“合格”。如果,严格依照《质量评定标准》,则二滩电站混凝土,小湾电站大坝混凝土等著名工程的,公认质量极其稳定和优良的混凝土,必将得出结论——混凝土不合格。导致得出错误结论的原因是:《质量评定标准》将质量控制行为要求和质量本身混为一谈。因为混凝土拌和物的性能主要由其（1）和易性、（2）含气量、（3）温度等具体指标体现（水工混凝土“拌和物性能”通常指拌和楼出机口新鲜混凝土的性能）。很明显，“最少拌和时间”是工艺要求，“含水率”是拌和物质量稳定的保障措施要求之一,两者均属于质量控制的保障措施要求,而不是质量本身。况且,含水率即便大于6%的频率不大于70%,只要含水率稳定,也往往能够拌和出质量稳定的混凝土。2.3建议。细骨料饱和面干含水率＜6%的规定,在水电工程中,其必要性不充分,也不具有广泛的可操作性。所以现行《施工规范》在对细骨料的石粉含量作出了重大变化的情况下,仍然延用老规范对含水率不宜超过6%规定,是不恰当的。另外,《施工规范》为:“不宜超过6%”。规范中使用了“不宜”二字。对“不宜”二字应当何解,规范本身未进

行解释。一般可理解为:表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样作的正面词采用“宜”或“可”,反面词采用“不宜”。如果依此理解,《施工规范》的规定似乎尚无可厚非。但是由于《施工规范》未对“不宜”进行解释,

使得在实际工程中具体应用规范时,很难把握“稍有”的程度,造成不少人常常难以对“不宜”进行正确理解,容易将含水率的规定理解为“强制性要求”。例如《施工规范》的英文版本,就将“不宜超过6%”理解为“不得超过6%”(英文表述为"thewatercontentinsaturationdeficitofartificialsandshallnotexcess6%”)《质量评定标准》将含水率不小于6%的百分比要求作出了强行规定,并将其作为对细骨料质量、混凝土质量评定的指标,显然是错误的。有鉴于此,提出如下建议:(1)《施工规范》应当将细骨料饱和面干含水率适当放宽,因为《施工规范》规定的细骨料石粉含量已经大幅度增加,继续延用过去的习惯,就明显不“与时俱进”。(2)《施工规范》应当对规范中的常用词,诸如“应当”、“不宜”等,给予解释。《质量评定标准》应当分清质量控制行为、质量保证措施与质量本身的区别,不应当将诸如“拌和时间”、“细骨料饱和面干含水率”等作为评定混凝土质量的指标。3.粗骨料超、逊径3.1规范规定。《施工规范》5.2.8规定,粗骨料的超逊径含量:“以原孔筛检验,其控制标准:超径小于5%,逊径小于10%。当以超、逊径筛检验时,其控制标准:超径为零,逊径小于2%”。《质量评定标准》提出了相同的要求。3.2问题分析。何谓“原孔筛”,即与骨料生产系统筛分骨料所用筛网具有相同筛孔的筛。何谓“超逊、径筛”,依据《水工混凝土砂石骨料试验规程DL/T5151-2001》的规定,超径筛孔形状为“圆孔”。筛孔规定如表5。埴軽弾帔程脖孔尺寸去tm卷径5-3J20-4040801®-1^0(120)下隈上限TK上軌J1W1屜砌孔尺寸520加4040150(120)塩逼甩师節扎尺寸4123-473357175(140)《施工规范》、《质量评定标准》和《试验规程》存在两个问题:(1)《施工规范》认为,超逊径试验,既可以采用“原孔筛”,也可以采用“超逊径筛”,而《试验规程》仅仅给出了“超逊径筛”,导致两者不统一。(2)两种筛孔得出的试验结果常常存在矛盾,无法评定骨料的超逊径试验结果。在小湾水电站工程中,进行了大量的对比试验。对比试验方法为,对于同一样品,分别采用原孔筛和超逊径筛进行检测。实际上是采用与骨料公称粒径尺寸一致的“方孔筛”代替“原孔筛”进行试验,因为与骨料公称粒径尺寸一致的“方孔筛”与骨料生产系统的筛孔很接近,可以将其当作“原孔筛”使用。大量的对比试验结果表明,采用原孔筛与超逊径筛的检测结果相差很大。一般情况下,采用“原孔筛”的试验结果,其合格率明显高于“超逊径筛”的试验结果。部分试验结果如表6所示。表6原孔筛■超逊径筛粗骨料趙逊径对比检测结果序号骨料粒级(mm)S试样总16(g)超径率(%)逊径率(%)X逊径合格15-20原孔筛230501.319.7是否超逊径筛230501.77.2否否20-40原孔筛344500.320.3是否超逊径筛344500.32.3否否220-40原孔筛337001.46.3是是超逊径筛337000.80.4否是20-40原孔筛328000.712是否超逊径筛328000.60.6否是否35-20原孔筛23300015.3是超逊径筛2330001.4是是20-40原孔筛29300027.9是否超逊径筛2930003.2是否45-2020-40原孔筛290000.714.5是否紐逊径筛200000.76.4否否原孔筛30000012.8是否超逊径筛300000.21.6否是520-40原孔筛6480006.8是是超逊径筛648000.90.6否是640-80原孔筛592901.29.1是是超逊径筛592903.80.8否是40-80原孔筛56550011.1是否超逊径筛565501.10.7否是试验统计情况对比检测次数=11原孔筛平均值=0.51%平均值=14.1%合格率=100%合格率=27.3%超逊径筛平均值=0.9%平均值=2.3%合格率=18%合格率=63.6%众所周知,骨料超逊径试验检测的目的,主要有二:(1)对使用者而言,合适的超逊径含量,可以减小骨料在运输过程中的分离,同时能够较好地控制混凝土中

的骨料实际级配组成。同时控制骨料尺寸与混凝土泵送管径及结构钢筋布设的尺寸相适应。(2)对于生产者而言,通过检测超逊径情况,查知骨料生产系统的工艺及质量控制情况,从而采取有效的质

量控制措施,以确保产品质量。骨料粒级的分级直接决定于生产系统的筛网,所以从理论上讲,只有采用真正的“原孔筛”才最能反映骨

料的生产工艺以及质量控制情况,骨料生产者能够依据试验结果及时调整生产系统的生产工艺。如果采用“超

逊径筛”,则由于筛孔与生产系统的实际筛孔相差很大,骨料生产者难以依据其检测结果对生产系统和生产工

艺进行及时调整。目前,我国水电工程骨料生产系统的筛网为“方孔筛”(在等效面积上的孔数多,透筛率高)。应当采用与骨

料公称粒径尺寸一致的“方孔筛”作为超逊径的试验用筛,其理由如下:(1)由于生产工艺和质量控制的需要,骨料生产系统的实际筛孔尺寸与骨料的公称尺寸略有差别,虽然按

照“公称粒径尺寸”分级的“方孔筛”并不是真正的“原孔筛”,但是两者很接近。可以将符合公称粒径尺寸要求的

筛网“看做”原孔筛。(2)符合骨料公称粒径尺寸的“方孔筛”的筛孔与水工混凝土骨料的公称粒径分级及生产系统的筛孔分级

是相互一致的,“超逊径筛”则不一致。所以采用“方孔筛”,既符合混凝土骨料公称粒径的分级标准要求,又符合

骨料生产系统的生产工艺和质量控制要求。符合骨料公称粒径尺寸的“方孔筛”与骨料生产系统的筛孔很接近,骨料生产者可以依据“方孔筛”对超

逊径的检测结果,及时调整生