特細砂的顆粒形態分析及特細砂混凝土試驗研究

邵欣　汪彭生　章環境　蔡小麟

摘要：特細砂已經演化成為一種建筑資源。利用掃描電鏡，從微觀的角度研究特細砂顆粒形貌，并配制特細砂混凝土及砂漿作為試驗輔助研究。結果表明：遼河特細砂顆粒微觀形貌凹凸不平，棱角較多，表面粗糙，因此比表面積大，在配制混凝土時需水量大，這個影響在砂漿中尤為顯著。

關鍵詞：特細砂；顆粒形態；掃描電鏡；混凝土；砂漿

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）04-0048-02

細骨料是建筑工程材料混凝土的重要組成部分，其一般為粒徑0.150～4.750 mm的砂，其中細度模數小于1.5、且平均粒徑小于0.250 mm的砂稱為特細砂。細骨料的幾何性質包括顆粒形狀、顆粒直徑、顆粒級配等，這些性質不僅會影響混凝土拌合物的和易性與流動性，而且還會影響混凝土的抗壓抗折等力學性能。有相關研究表明，細骨料的顆粒形態和表面結構對混凝土的工作性能和力學性能具有重要影響。

1 特細砂顆粒掃描電鏡樣品制備

在遼河中下游兩處河砂產地采集特細砂樣本，編號分別為A，B。研究表明，該地區特細砂粒徑基本小于0.600 mm，粒度過細，且每一粒徑范圍內顆粒含量差距很大，經過篩分試驗和顆粒級配，其細度模數分別為1.012，1.375。A砂中0.075～0.180 mm間的顆粒含量占整體含量的比重較大，粒度分布均勻性較差；而B砂各個粒徑范圍內都有一定含量的顆粒，粒度分布較A砂均勻。張穎對遼河特細砂顆粒的表面形態及幾何形態進行了研究，得到遼河特細砂具有明顯的分形特征。本試驗在此基礎上，對這兩種砂樣用電鏡掃描，分析特細砂表面的微觀結構。

1） 掃描電鏡樣品制備。特細砂顆粒樣品制備與混凝土碎片樣品的制備方法相同。由于樣品質地粗糙，采用雙噴技術以提高導電性。即先噴一層碳層作為導電底層，然后在高真空的條件下繼續噴涂一層鉑金，使碎片的凸、凹部分均能覆蓋，從而達到既增強導電性、又提高顯微圖象質量的目的。

2） 掃描電子顯微鏡試驗。將制備好的樣品進行掃描電鏡試驗，放大不同的倍數做細微觀察，并拍照。掃描電子顯微鏡為美國FEI公司生產的QUANTA600型號，分辨率為3.5 nm，可以進行高低真空及環境掃描，加速電壓為0.2～30.0 kV，馬達臺參數為X=Y=150 mm，Z=60 mm，T= -10～+60°，R=360°，旋轉類型為連續旋轉。

2 掃描電鏡試驗結果及分析

細骨料顆粒的微觀形態對混凝土和砂漿的各方面性能具有重要影響。利用掃描電鏡分別對A，B兩個砂樣進行表面微觀結構和形態的分析，將A，B兩個砂樣分別放大1 000倍和2 000倍進行觀測，結果如圖1和圖2所示。本次試驗觀測了許多樣品，這里僅列出圖中2個。

圖1中（a）為A砂樣放大1 000倍的微觀結構圖，可以看出A砂表面含有少量的顆粒雜質，凹凸不平，但是整體是很接近于圓形的，棱角較多但較為圓滑；（b）為A砂樣放大2 000倍的微觀結構圖，可以看到有細微的裂縫，表面較為平整光滑。圖2中（a）為B砂樣放大1 000倍的微觀結構圖，可以看出顆粒表面雜質較多，十分接近于球體；（b）為B砂樣放大2 000倍的微觀結構圖，可以看出顆粒表面較為平整，相比A砂樣粗糙一些，不密實，沒有大的凹凸不平。在配制混凝土或者砂漿之前，最好用水將砂子清洗一下，因為這些砂子上面的雜質會影響水泥與砂子的粘結，使水泥與砂子之間產生縫隙。

本試驗選取A，B兩種特細砂作為遼河特細砂的觀測樣品，以得出遼河特細砂的一些普遍的規律。從圖片及上述分析中可以看出：雖然A，B兩種砂樣都接近于圓形，但A砂樣有很多、很大的凸起、凹陷及棱角存在，而B砂樣是特別粗糙。同時，在特細砂混凝土工程以及試驗中，也證實特細砂混凝土和砂漿的流動性要比中砂和粗砂好一些，這均是得益于特細砂顆粒的微觀形態。加上特細砂表面凹凸比較明顯，即從微觀角度解釋了遼河特細砂比表面積大的原因，使得在配制特細砂混凝土的時候需水量大。

3 特細砂與中砂混凝土及砂漿對比試驗分析

分別配制中砂和特細砂混凝土（以中砂混凝土作為對照組），具體配合比及混凝土試塊抗壓強度見表1。

表1中的抗壓強度為3塊混凝土試塊的平均抗壓強度。配制特細砂混凝土時需要遵守低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量取代這4個基本原則，在某些特定工程中還應該適當加入一些外加劑。本試驗為了體現特細砂混凝土與中砂混凝土的對比性，其水灰比與砂率都選取一樣的，并且沒有加入摻和料和外加劑。

試驗中發現，雖然采用相同的用水量，但中砂混凝土的坍落度較特細砂混凝土大一些，流動性較好。同時發現，在水灰比較低時，特細砂在配制混凝土時流動性不好，加入減水劑后有所改善。所以通常需要在特細砂混凝土中加入一些堿水劑，以解決特細砂混凝土用水量大的問題，達到施工中所必要的工作性能。在抗壓強度方面，中砂混凝土的早期抗壓強度和28 d的抗壓強度都比特細砂混凝土的大。

4 結論

掃描電鏡在研究特細砂微觀結構方面具有非常直觀的效果。通過對遼河流域特細砂進行顆粒表面微觀結構的觀察得知，遼河區域特細砂形狀接近于圓形，并且顆粒表面有凹凸不平的棱角或非常粗糙，有少許雜質。該結果從微觀角度說明了遼河特細砂比表面積大的原因，因此遼河特細砂在配制特細砂混凝土或砂漿的時候需水量較多。

通過混凝土試驗發現，特細砂顆粒微觀形貌決定顆粒形態差異，不僅影響配制混凝土及砂漿時的用水量，還影響到混凝土與砂漿的抗壓強度。尤其是特細砂砂漿受此影響很大，導致其抗壓強度很低。

參考文獻

[1] 徐定華，馮文元.混凝土材料實用指南[M].北京：中國建材工業出版社，2005.

[2] 陳云波，徐培濤.水泥顆粒形貌的表征及其研究方法[J].水泥，2003（2）：17-19.

[3] 溫喜廉，歐陽東，李建友.細骨料顆粒形貌特征、顯微及微觀結構研究[J].混凝土，2013（6）：62-66.

Abstract： The superfine sand has evolved into a building resource. In this paper， the scanning electron microscopy is applied to observe the superfine sand from a micro scope， and make superfine sand concrete and mortar as experimental test. The results show that the superfine sand in Liao River has more uneven edges and corners and rough surface， so the specific surface area is big. Therefore water demand is big when it is used in the preparation of superfine sand concrete， and the effect in the superfine sand mortar is particularly significant.

Key words： superfine sand； particle morphology； scanning electron microscopy； concrete； mortar

摘要：特細砂已經演化成為一種建筑資源。利用掃描電鏡，從微觀的角度研究特細砂顆粒形貌，并配制特細砂混凝土及砂漿作為試驗輔助研究。結果表明：遼河特細砂顆粒微觀形貌凹凸不平，棱角較多，表面粗糙，因此比表面積大，在配制混凝土時需水量大，這個影響在砂漿中尤為顯著。

關鍵詞：特細砂；顆粒形態；掃描電鏡；混凝土；砂漿

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）04-0048-02

細骨料是建筑工程材料混凝土的重要組成部分，其一般為粒徑0.150～4.750 mm的砂，其中細度模數小于1.5、且平均粒徑小于0.250 mm的砂稱為特細砂。細骨料的幾何性質包括顆粒形狀、顆粒直徑、顆粒級配等，這些性質不僅會影響混凝土拌合物的和易性與流動性，而且還會影響混凝土的抗壓抗折等力學性能。有相關研究表明，細骨料的顆粒形態和表面結構對混凝土的工作性能和力學性能具有重要影響。

1 特細砂顆粒掃描電鏡樣品制備

在遼河中下游兩處河砂產地采集特細砂樣本，編號分別為A，B。研究表明，該地區特細砂粒徑基本小于0.600 mm，粒度過細，且每一粒徑范圍內顆粒含量差距很大，經過篩分試驗和顆粒級配，其細度模數分別為1.012，1.375。A砂中0.075～0.180 mm間的顆粒含量占整體含量的比重較大，粒度分布均勻性較差；而B砂各個粒徑范圍內都有一定含量的顆粒，粒度分布較A砂均勻。張穎對遼河特細砂顆粒的表面形態及幾何形態進行了研究，得到遼河特細砂具有明顯的分形特征。本試驗在此基礎上，對這兩種砂樣用電鏡掃描，分析特細砂表面的微觀結構。

1） 掃描電鏡樣品制備。特細砂顆粒樣品制備與混凝土碎片樣品的制備方法相同。由于樣品質地粗糙，采用雙噴技術以提高導電性。即先噴一層碳層作為導電底層，然后在高真空的條件下繼續噴涂一層鉑金，使碎片的凸、凹部分均能覆蓋，從而達到既增強導電性、又提高顯微圖象質量的目的。

2） 掃描電子顯微鏡試驗。將制備好的樣品進行掃描電鏡試驗，放大不同的倍數做細微觀察，并拍照。掃描電子顯微鏡為美國FEI公司生產的QUANTA600型號，分辨率為3.5 nm，可以進行高低真空及環境掃描，加速電壓為0.2～30.0 kV，馬達臺參數為X=Y=150 mm，Z=60 mm，T= -10～+60°，R=360°，旋轉類型為連續旋轉。

2 掃描電鏡試驗結果及分析

細骨料顆粒的微觀形態對混凝土和砂漿的各方面性能具有重要影響。利用掃描電鏡分別對A，B兩個砂樣進行表面微觀結構和形態的分析，將A，B兩個砂樣分別放大1 000倍和2 000倍進行觀測，結果如圖1和圖2所示。本次試驗觀測了許多樣品，這里僅列出圖中2個。

圖1中（a）為A砂樣放大1 000倍的微觀結構圖，可以看出A砂表面含有少量的顆粒雜質，凹凸不平，但是整體是很接近于圓形的，棱角較多但較為圓滑；（b）為A砂樣放大2 000倍的微觀結構圖，可以看到有細微的裂縫，表面較為平整光滑。圖2中（a）為B砂樣放大1 000倍的微觀結構圖，可以看出顆粒表面雜質較多，十分接近于球體；（b）為B砂樣放大2 000倍的微觀結構圖，可以看出顆粒表面較為平整，相比A砂樣粗糙一些，不密實，沒有大的凹凸不平。在配制混凝土或者砂漿之前，最好用水將砂子清洗一下，因為這些砂子上面的雜質會影響水泥與砂子的粘結，使水泥與砂子之間產生縫隙。

本試驗選取A，B兩種特細砂作為遼河特細砂的觀測樣品，以得出遼河特細砂的一些普遍的規律。從圖片及上述分析中可以看出：雖然A，B兩種砂樣都接近于圓形，但A砂樣有很多、很大的凸起、凹陷及棱角存在，而B砂樣是特別粗糙。同時，在特細砂混凝土工程以及試驗中，也證實特細砂混凝土和砂漿的流動性要比中砂和粗砂好一些，這均是得益于特細砂顆粒的微觀形態。加上特細砂表面凹凸比較明顯，即從微觀角度解釋了遼河特細砂比表面積大的原因，使得在配制特細砂混凝土的時候需水量大。

3 特細砂與中砂混凝土及砂漿對比試驗分析

分別配制中砂和特細砂混凝土（以中砂混凝土作為對照組），具體配合比及混凝土試塊抗壓強度見表1。

表1中的抗壓強度為3塊混凝土試塊的平均抗壓強度。配制特細砂混凝土時需要遵守低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量取代這4個基本原則，在某些特定工程中還應該適當加入一些外加劑。本試驗為了體現特細砂混凝土與中砂混凝土的對比性，其水灰比與砂率都選取一樣的，并且沒有加入摻和料和外加劑。

試驗中發現，雖然采用相同的用水量，但中砂混凝土的坍落度較特細砂混凝土大一些，流動性較好。同時發現，在水灰比較低時，特細砂在配制混凝土時流動性不好，加入減水劑后有所改善。所以通常需要在特細砂混凝土中加入一些堿水劑，以解決特細砂混凝土用水量大的問題，達到施工中所必要的工作性能。在抗壓強度方面，中砂混凝土的早期抗壓強度和28 d的抗壓強度都比特細砂混凝土的大。

4 結論

掃描電鏡在研究特細砂微觀結構方面具有非常直觀的效果。通過對遼河流域特細砂進行顆粒表面微觀結構的觀察得知，遼河區域特細砂形狀接近于圓形，并且顆粒表面有凹凸不平的棱角或非常粗糙，有少許雜質。該結果從微觀角度說明了遼河特細砂比表面積大的原因，因此遼河特細砂在配制特細砂混凝土或砂漿的時候需水量較多。

通過混凝土試驗發現，特細砂顆粒微觀形貌決定顆粒形態差異，不僅影響配制混凝土及砂漿時的用水量，還影響到混凝土與砂漿的抗壓強度。尤其是特細砂砂漿受此影響很大，導致其抗壓強度很低。

參考文獻

[1] 徐定華，馮文元.混凝土材料實用指南[M].北京：中國建材工業出版社，2005.

[2] 陳云波，徐培濤.水泥顆粒形貌的表征及其研究方法[J].水泥，2003（2）：17-19.

[3] 溫喜廉，歐陽東，李建友.細骨料顆粒形貌特征、顯微及微觀結構研究[J].混凝土，2013（6）：62-66.

Abstract： The superfine sand has evolved into a building resource. In this paper， the scanning electron microscopy is applied to observe the superfine sand from a micro scope， and make superfine sand concrete and mortar as experimental test. The results show that the superfine sand in Liao River has more uneven edges and corners and rough surface， so the specific surface area is big. Therefore water demand is big when it is used in the preparation of superfine sand concrete， and the effect in the superfine sand mortar is particularly significant.

Key words： superfine sand； particle morphology； scanning electron microscopy； concrete； mortar

摘要：特細砂已經演化成為一種建筑資源。利用掃描電鏡，從微觀的角度研究特細砂顆粒形貌，并配制特細砂混凝土及砂漿作為試驗輔助研究。結果表明：遼河特細砂顆粒微觀形貌凹凸不平，棱角較多，表面粗糙，因此比表面積大，在配制混凝土時需水量大，這個影響在砂漿中尤為顯著。

關鍵詞：特細砂；顆粒形態；掃描電鏡；混凝土；砂漿

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）04-0048-02

細骨料是建筑工程材料混凝土的重要組成部分，其一般為粒徑0.150～4.750 mm的砂，其中細度模數小于1.5、且平均粒徑小于0.250 mm的砂稱為特細砂。細骨料的幾何性質包括顆粒形狀、顆粒直徑、顆粒級配等，這些性質不僅會影響混凝土拌合物的和易性與流動性，而且還會影響混凝土的抗壓抗折等力學性能。有相關研究表明，細骨料的顆粒形態和表面結構對混凝土的工作性能和力學性能具有重要影響。

1 特細砂顆粒掃描電鏡樣品制備

在遼河中下游兩處河砂產地采集特細砂樣本，編號分別為A，B。研究表明，該地區特細砂粒徑基本小于0.600 mm，粒度過細，且每一粒徑范圍內顆粒含量差距很大，經過篩分試驗和顆粒級配，其細度模數分別為1.012，1.375。A砂中0.075～0.180 mm間的顆粒含量占整體含量的比重較大，粒度分布均勻性較差；而B砂各個粒徑范圍內都有一定含量的顆粒，粒度分布較A砂均勻。張穎對遼河特細砂顆粒的表面形態及幾何形態進行了研究，得到遼河特細砂具有明顯的分形特征。本試驗在此基礎上，對這兩種砂樣用電鏡掃描，分析特細砂表面的微觀結構。

1） 掃描電鏡樣品制備。特細砂顆粒樣品制備與混凝土碎片樣品的制備方法相同。由于樣品質地粗糙，采用雙噴技術以提高導電性。即先噴一層碳層作為導電底層，然后在高真空的條件下繼續噴涂一層鉑金，使碎片的凸、凹部分均能覆蓋，從而達到既增強導電性、又提高顯微圖象質量的目的。

2） 掃描電子顯微鏡試驗。將制備好的樣品進行掃描電鏡試驗，放大不同的倍數做細微觀察，并拍照。掃描電子顯微鏡為美國FEI公司生產的QUANTA600型號，分辨率為3.5 nm，可以進行高低真空及環境掃描，加速電壓為0.2～30.0 kV，馬達臺參數為X=Y=150 mm，Z=60 mm，T= -10～+60°，R=360°，旋轉類型為連續旋轉。

2 掃描電鏡試驗結果及分析

細骨料顆粒的微觀形態對混凝土和砂漿的各方面性能具有重要影響。利用掃描電鏡分別對A，B兩個砂樣進行表面微觀結構和形態的分析，將A，B兩個砂樣分別放大1 000倍和2 000倍進行觀測，結果如圖1和圖2所示。本次試驗觀測了許多樣品，這里僅列出圖中2個。

圖1中（a）為A砂樣放大1 000倍的微觀結構圖，可以看出A砂表面含有少量的顆粒雜質，凹凸不平，但是整體是很接近于圓形的，棱角較多但較為圓滑；（b）為A砂樣放大2 000倍的微觀結構圖，可以看到有細微的裂縫，表面較為平整光滑。圖2中（a）為B砂樣放大1 000倍的微觀結構圖，可以看出顆粒表面雜質較多，十分接近于球體；（b）為B砂樣放大2 000倍的微觀結構圖，可以看出顆粒表面較為平整，相比A砂樣粗糙一些，不密實，沒有大的凹凸不平。在配制混凝土或者砂漿之前，最好用水將砂子清洗一下，因為這些砂子上面的雜質會影響水泥與砂子的粘結，使水泥與砂子之間產生縫隙。

本試驗選取A，B兩種特細砂作為遼河特細砂的觀測樣品，以得出遼河特細砂的一些普遍的規律。從圖片及上述分析中可以看出：雖然A，B兩種砂樣都接近于圓形，但A砂樣有很多、很大的凸起、凹陷及棱角存在，而B砂樣是特別粗糙。同時，在特細砂混凝土工程以及試驗中，也證實特細砂混凝土和砂漿的流動性要比中砂和粗砂好一些，這均是得益于特細砂顆粒的微觀形態。加上特細砂表面凹凸比較明顯，即從微觀角度解釋了遼河特細砂比表面積大的原因，使得在配制特細砂混凝土的時候需水量大。

3 特細砂與中砂混凝土及砂漿對比試驗分析

分別配制中砂和特細砂混凝土（以中砂混凝土作為對照組），具體配合比及混凝土試塊抗壓強度見表1。

表1中的抗壓強度為3塊混凝土試塊的平均抗壓強度。配制特細砂混凝土時需要遵守低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量取代這4個基本原則，在某些特定工程中還應該適當加入一些外加劑。本試驗為了體現特細砂混凝土與中砂混凝土的對比性，其水灰比與砂率都選取一樣的，并且沒有加入摻和料和外加劑。

試驗中發現，雖然采用相同的用水量，但中砂混凝土的坍落度較特細砂混凝土大一些，流動性較好。同時發現，在水灰比較低時，特細砂在配制混凝土時流動性不好，加入減水劑后有所改善。所以通常需要在特細砂混凝土中加入一些堿水劑，以解決特細砂混凝土用水量大的問題，達到施工中所必要的工作性能。在抗壓強度方面，中砂混凝土的早期抗壓強度和28 d的抗壓強度都比特細砂混凝土的大。

4 結論

掃描電鏡在研究特細砂微觀結構方面具有非常直觀的效果。通過對遼河流域特細砂進行顆粒表面微觀結構的觀察得知，遼河區域特細砂形狀接近于圓形，并且顆粒表面有凹凸不平的棱角或非常粗糙，有少許雜質。該結果從微觀角度說明了遼河特細砂比表面積大的原因，因此遼河特細砂在配制特細砂混凝土或砂漿的時候需水量較多。

通過混凝土試驗發現，特細砂顆粒微觀形貌決定顆粒形態差異，不僅影響配制混凝土及砂漿時的用水量，還影響到混凝土與砂漿的抗壓強度。尤其是特細砂砂漿受此影響很大，導致其抗壓強度很低。

參考文獻

[1] 徐定華，馮文元.混凝土材料實用指南[M].北京：中國建材工業出版社，2005.

[2] 陳云波，徐培濤.水泥顆粒形貌的表征及其研究方法[J].水泥，2003（2）：17-19.

[3] 溫喜廉，歐陽東，李建友.細骨料顆粒形貌特征、顯微及微觀結構研究[J].混凝土，2013（6）：62-66.

Abstract： The superfine sand has evolved into a building resource. In this paper， the scanning electron microscopy is applied to observe the superfine sand from a micro scope， and make superfine sand concrete and mortar as experimental test. The results show that the superfine sand in Liao River has more uneven edges and corners and rough surface， so the specific surface area is big. Therefore water demand is big when it is used in the preparation of superfine sand concrete， and the effect in the superfine sand mortar is particularly significant.

Key words： superfine sand； particle morphology； scanning electron microscopy； concrete； mortar