砂石材料的杂质含量检测及其对建筑工程质量的影响

在建设工程中，砂石是构成混凝土和砂浆等重要建材的基础材料，其品质的好坏关系到工程的安全、可靠和耐久性。我国城镇化快速发展，建设规模持续扩张，对砂石材料的需求快速增长，对其品质提出了更高的要求。砂石材料中的杂质是评价其品质的重要因素，其中含有的杂质不仅会影响其物理和机械性质，而且还会对施工过程中的各个阶段造成影响，从而导致从混凝土浇筑到建筑物的长期服役过程中出现的各种缺陷。为此，开展砂料中杂质的定量测量及其对施工质量的作用机理研究，可为建设项目的质量控制奠定坚实的理论和技术支撑。

一、砂石材料杂质种类及来源

（一）杂质种类

在砂石物料中，通常含有黏性物质，主要由岩石风化、水流搬运等因素所沉积而成。由于粘土粒径小、吸附力大、黏性大，容易被沙子覆盖，从而对其与水泥砂浆之间的结合产生不利的作用；而污泥中的有机物含量高，密度小，强度低，掺入沙后，会使地基的密实度下降。

其中，有机物的来源是植物和动物的残茬。在采集和堆放砂石材料时，如果与腐叶土等物质相接触，容易带来有机物的污染。有机物的存在会使水泥的水化速率变慢，且随时间的推移，会引起混凝土的微观组织退化[1]。

黄铁矿等硫化矿物（如：黄铁矿等）和硫酸根（如：石膏等）赋存于自然砂矿中。当混凝土中含有大量的水分时，会产生大量的膨胀材料，例如：硫酸根离子与水泥的水合形成钙矾石等，从而引起混凝土的膨胀，从而引起混凝土的开裂和强度的降低。

（二）杂质来源

砂石是从自然沉积物或河道中提取的，岩石在风化侵蚀过程中，周围土壤和水体中的黏土和有机物会混合在一起；与之伴生的硫化物和硫酸盐等矿物，也随着采矿一起被带到了物质中。在采砂过程中，如果不对矿层进行合理划分和清理，就会造成粘土和有机物等杂质的进入；在粉碎和筛分工艺中，由于机械清洗不彻底和筛分精度不高，造成了含砂量物料中的杂质难以有效地被分离出来。运输砂石的车辆，堆放场地如果不干净，就会带来泥土、杂物等杂质；在露天堆放过程中，由于雨水的冲刷和风力的作用，周围的泥土、有机物等又会重新混合在一起。

二、砂石材料杂质含量检测方法

（一）黏土、淤泥含量检测（筛洗法

根据《建设用砂》（GB/T14684-2022）和《建设用卵石、碎石》（GB/T14685-2022)，将干燥后的砂石样品（例如500 克）装入具有特定孔径（砂 0.075mm ，卵石和碎石 0.15mm ）筛网，并用清水清洗，使粘土、淤泥等穿过筛网，干燥后经干燥后与原始样品重量相比较，计算出粘土、淤泥含量。该方式具有直接、简便、可高效地将粘土和淤泥中的细粒杂质进行分离和测定的特点，在实际施工和室内试验中得到广泛应用，但对细粒粘土的分选作用不大，需要联合其他技术进行检验。

（二）有机质含量检测（比色法）

根据测试方法，将砂石试样与测试介质进行反应，使样品中的有机物发生氧化，从而使样品变色。用色度计测量其吸收率，并将其与标准曲线进行比较，得出有机物的浓度。该技术可以通过化学反应和光学检测实现有机物的定量检测，具有很高的检测精度，但是受到检测溶液的制备和反应条件的控制等因素的制约，需要通过严格的实验程序来保证检测的准确度。

（三）硫化物及硫酸盐含量检测（化学分析法）

通过对砂石试样进行硫酸钡称量等方法，对砂样进行处理，将硫化物和硫酸盐转变为硫酸盐，再添加氯化钡水解得到硫酸钡沉淀，经过滤烘干，再称重，得到硫化物或硫酸盐的含量。本研究提出了一种新的高精度、高精度的硫含量测量新技术，但对专用的化学分析仪器和技术要求较高，适合于在室内进行高精度的测试[2]。

（四）其他杂质检测

用显微镜观测，选择一定数目的石英砂，并计算其所含的云母粒的比率和所占的比重，以此为依据来判定该矿物的质量。这种方法主要依靠手工观测和经验，需要经过专业培训的检验人员，并且测试的速度比较慢。采用比重差异法，将砂样置于如氯化锌等重溶液中，使轻质悬浮，砂粒下沉，经干燥称重，得出比重。在调配重液时，要精确地进行浓度的精确调控，在使用过程中要小心使用，防止重液的泄漏和污染。

三、砂石材料杂质含量对建筑工程质量的影响

（一）对混凝土性能的影响

由于细颗粒的存在，如粘土和淤泥，使其比表面增加，需要更多的水泥浆来填充，从而降低了混凝土的坍落度和流动性；有机物对超塑化剂的吸收，降低了超塑化剂的效能，导致了混凝土的泌水和离析。比如，在掺入3%以上的砂土中，会导致混凝土的塌落速度增加，在2 小时之内就会流失 50mm 以上，从而给建筑的浇筑和振捣带来很大的困难。

硫化物和硫酸盐与水泥的水化产物发生化学反应，形成膨胀体，在混凝土中形成微观裂纹，降低了其抗压和抗拉强度；由于粘土的存在，使得砂土与砂土之间的结合变得薄弱，从而使水泥的强度下降。例如，在施工过程中，由于砂石中的硫酸根浓度过高，导致砼 28 天抗压强度比设计标准降低 15^～20% ，并且在以后的施工过程中，还产生了裂缝和渗水现象[3]。

（二）对砌体结构质量的影响

在砖混施工中，一般都是用砂石来配制灰浆。掺入的杂物会使砂浆的强度下降，并对砌筑的内聚力和整体性产生不利的作用。由于粘土中含有的杂质，使得灰浆持水性能较好，失水速度较慢，造成砖缝内的收缩不均匀而产生开裂；由于掺有轻质材料，导致砂浆的密实度不够，防渗性能降低，且降雨容易渗透到墙体内部，引起墙体内部材料的风化和冻胀，从而危及建筑的安全性。

含有不洁砂的建筑物在长时间的服役过程中，由于受到外界因素的影响，其内部的杂质引起的退化效应不断积累。混凝土中由杂物引起的微观裂纹将逐步扩大，加剧钢筋腐蚀，加速混凝土碳化，甚至降低其服役寿命。由于砂浆的品质不佳，使得砖混结构的整体性变弱，在地震和沉降作用下，容易出现坍塌等重大工程问题。

四、砂石材料质量控制策略

（一）源头管控深化

开展详细地质钻探与采样分析，绘制砂石矿层“杂质分布图谱”（如表1），清晰划分清洁矿层（杂质含量极低，黏土 ⩽1%. 、有机质可忽略）、过渡矿层（黏土 1%-3%、有机质微量）、含杂矿层（黏土＞3%、有机质及其他杂质超标），为开采提供精准依据。依据勘察结果，优先开采清洁矿层，采用阶梯式、分区段开采模式，设置隔离带防止矿层混杂；对过渡矿层，制定专项开采方案，控制开采厚度与混层比例，如单班开采厚度 ⩽1m ，混层率 ⩽10% ，并实时监测出矿砂石杂质含量。

表 1

（二）进场检测与验收细化

按工程规模与风险等级分级，住宅工程每 200m³ 为一批次检测，大型公建、超高建筑每 100m³ 检测，涵盖黏土、淤泥、有机质、硫化物及硫酸盐等全指标；对历史杂质超标区域砂石，加密检测，每 50m³ ³检测一次。组建“检测-设计-施工”联合验收小组，检测数据为基础，设计人员评估杂质对工程性能影响（如黏土超标时，分析对混凝土抗渗等级、结构耐久性的影响），施工人员反馈现场适配性（如砂石含水率、颗粒级配与施工工艺匹配度），三方协同判定是否验收通过。

建立不合格砂石“双轨制”处置流程，对轻微超标（如黏土含量3.1%-4%），采用“场内预处理+动态跟踪”，即委托专业机构水洗、磁选等预处理，预处理后再次全项检测，合格后方可使用，使用时在混凝土配合比中专项调整（如增加水泥用量 1%-2%、优化外加剂），并全程跟踪该批次混凝土浇筑部位的质量；对严重超标（黏土 > 4%等），直接启动退场程序，记录退场去向，防止流入其他工程[4]。

（三）施工过程质量控制强化

开发基于 BIM 与大数据的混凝土配合比智能调控平台，录入砂石实时杂质检测数据（如黏土含量、有机质种类）、工程性能需求（强度等级、抗渗等级、收缩要求）、施工环境参数（温度、湿度），平台调用材料数据库（包含不同杂质含量砂石的适配配比案例、水泥-掺合料-外加剂协同效应数据），自动生成初步配比；浇筑过程中，通过传感器实时监测混凝土工作性（坍落度、扩展度）、温度发展，每 2h 上传数据，平台智能修正配比，如黏土含量超 3%时，自动增加矿物掺合料（粉煤灰、矿渣粉）掺量5%-10%，优化减水剂分子结构适配性。

结束语

砂石材料的杂质管理是建设项目的基础，通过对各个环节的严格的控制，并结合信息化和标准化的升级，可以降低杂质的危害。在今后的建设过程中，需要不断探索新的智能检测和回收利用等新的科技手段，不断健全和健全品质管理系统，从而为我国建设项目的高品质发展奠定坚实的物质基础，促进我国建筑业朝着更加安全、耐用、绿色的方向发展。

参考文献

[1] 林忠富. 探讨建筑工程质量检测中的混凝土检测技术[J]. 价值工程,2020,39(23):98-99.

[2]刘伟昌.建筑工程中混凝土施工技术分析[J].建材与装饰,2018,(14):60-61.

[3]杨义.建筑工程质量检测中材料检验的取样问题构建[J].海峡科技与产业,2017,(02):100-101.

[4]王华.《建筑地面工程施工质量验收规范》GB50209-2002 内容简介[J].施工技术,2002,(02):33-36.