李偉騰

（科之杰新材料集團(tuán)有限公司，福建 廈門(mén) 361101）

0 引言

自 2018 年來(lái)，全國(guó)多地禁止河砂和淡化海砂的使用，推廣使用機(jī)制砂，機(jī)制砂已經(jīng)逐漸取代天然砂，成為混凝土生產(chǎn)的重要材料之一。由于不同廠家的母巖性質(zhì)和生產(chǎn)設(shè)備不同，導(dǎo)致機(jī)制砂質(zhì)量差別很大。機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)與微粉含量主要受粉碎設(shè)備及粉碎時(shí)間的影響，通常是可調(diào)整的，機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量粒徑小于 75μm 的微粉，這些微粉的主要成分為與母巖化學(xué)成分相同的石粉，但由于在生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)摻雜少量表土，一些巖石的層間往往也夾雜有一定的天然土，所以微粉中往往還摻雜著成分各異的泥粉。這些微粉的成分往往會(huì)對(duì)混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，因此對(duì)機(jī)制砂中微粉成分的檢測(cè)成為評(píng)定一種機(jī)制砂是否滿足配制要求的重要指標(biāo)。目前我國(guó)通過(guò)測(cè)定 MB 值來(lái)檢測(cè)機(jī)制砂細(xì)粉中以什么成分為主，當(dāng) MB 值≤1.4 時(shí)，認(rèn)為細(xì)粉的主要組成為石粉，判定為合格；反之認(rèn)為細(xì)粉主要以泥粉為主[1]。這樣判斷過(guò)于片面，缺少微粉成分對(duì)混凝土的影響研究，本文針對(duì)目前市場(chǎng)應(yīng)用較為廣泛的聚羧酸系減水劑，通過(guò)研究機(jī)制砂的 MB 值對(duì)石粉和泥粉的摻量、新拌混凝土的擴(kuò)展度損失和硬化后的強(qiáng)度的影響，為混凝土的生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供一定的指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)原材料

水泥：建福 P·O42.5R 水泥。

粉煤灰：F 類Ⅱ級(jí)灰，燒失量 7.2%，細(xì)度（45μm方孔篩余）15.6%，需水比 102%。

基準(zhǔn)砂：水洗去掉 0.075mm 微粉的花崗巖機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 2.8，級(jí)配區(qū)間為Ⅱ區(qū)。

碎石：5～31.5mm 連續(xù)級(jí)配碎石。

外加劑：科之杰 Point-400S 聚羧酸高效減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）。

石粉：取試驗(yàn)用機(jī)制砂，水洗烘干后，經(jīng)球磨機(jī)研磨，過(guò) 0.075mm 方孔篩，經(jīng) 45μm 方孔篩篩余為17.8%。

泥粉：取廈門(mén)樁基工地表層土，烘干后經(jīng)球磨機(jī)研磨，篩除 0.075mm 以上顆粒，經(jīng) 45μm 方孔篩篩余為 18.0%。

2 MB 值試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

機(jī)制砂 MB 值的測(cè)定按照 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》[1]中規(guī)定的機(jī)制砂亞甲藍(lán)試驗(yàn)方法進(jìn)行。通過(guò)向基準(zhǔn)砂中添加定量的純凈石粉或泥粉來(lái)調(diào)整機(jī)制砂中的石粉或泥粉含量然后進(jìn)行亞甲藍(lán)試驗(yàn)?？紤]到石粉對(duì)亞甲藍(lán)的吸附量相對(duì)較少，對(duì) MB 的影響較小，如按 GB/T 14684—2011 中亞甲藍(lán)添加方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)容易過(guò)量，造成 MB 值與細(xì)粉含量無(wú)線性規(guī)律的現(xiàn)象。因此，參考一些文獻(xiàn)[2]推薦的方法，在進(jìn)行石粉對(duì) MB值的影響試驗(yàn)時(shí)將規(guī)范中亞甲藍(lán)的滴加規(guī)則由“每次滴加 5mL，第 5 分鐘時(shí)消失加 2mL”改為“每次滴加2mL，第 5 分鐘時(shí)消失加 1mL”，使泥粉對(duì) MB 值的影響試驗(yàn)時(shí)則與規(guī)范一致，以提高試驗(yàn)精準(zhǔn)度減小試驗(yàn)誤差。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

控制石粉和泥粉按一定量替代機(jī)制砂，進(jìn)行亞甲藍(lán)試驗(yàn)，測(cè)得基準(zhǔn)砂的 MB 值為 0.5，當(dāng)石粉摻量達(dá)到20%，MB 值為 1.0，當(dāng)泥粉摻量達(dá)到 12% 時(shí)，MB 值達(dá)到 7.0，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1。

圖 1 微粉含量對(duì) MB 值影響

通過(guò)圖 1 可以發(fā)現(xiàn)，隨著石粉和泥粉含量的增加，機(jī)制砂 MB 值均呈逐漸增大的趨勢(shì)，且存在較好的線性相關(guān)性。同時(shí)，通過(guò)比較兩者的擬合線性關(guān)系式可以看出，機(jī)制砂的 MB 值受泥粉含量影響比較大。

表 1 微粉的化學(xué)性能 %

表 2 微粉的粒徑分布 %

圖 2 微粉掃描電鏡圖

通過(guò)表 2 的粒徑分析可以發(fā)現(xiàn)，兩者的粒徑分布存在較大的差異，泥粉的顆粒粒徑相對(duì)較小，因此泥粉相對(duì)石粉擁有較大的比表面積。通過(guò)觀察圖 2 石粉泥粉的電鏡掃描圖，可以發(fā)現(xiàn)石粉主要是一些致密的相對(duì)規(guī)則的顆粒組成，泥粉主要是由膨脹性粘土礦物構(gòu)成，顆粒形狀不規(guī)則，表面疏松多孔，粘土礦物為層狀結(jié)構(gòu)，含有硅氧四面體及鋁八面體這兩種基本的結(jié)構(gòu)單元[3]。這種層狀結(jié)構(gòu)使得粘土的微觀結(jié)構(gòu)存在著大量的空隙，又大大增加了其比表面積，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得泥粉的比表面積達(dá)到了 1126m2/kg，大大超過(guò)了石粉的 456m2/kg。

且泥粉在水溶液中溶解后，因表面層的斷鍵和晶格內(nèi)部離子的不等價(jià)置換而帶負(fù)電[4]，而由圖 3 亞甲藍(lán)的分子結(jié)構(gòu)圖可知，單分子層結(jié)構(gòu)的亞甲藍(lán)帶有一定量的正電荷，因此與石粉相比，泥粉更容易吸附的亞甲藍(lán)分子，在物理和化學(xué)兩個(gè)因素同時(shí)影響下，機(jī)制砂的 MB值隨泥粉含量增加呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖 3 亞甲藍(lán)的分子結(jié)構(gòu)

3 混凝土試驗(yàn)

3.1 混凝土配合比

試驗(yàn)的混凝土配合比見(jiàn)表 3。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 MB 值與混凝土外加劑摻量

通過(guò)控制混凝土外加劑摻量，使混凝土初始坍落度在 (220±10)mm，擴(kuò)展度在 (550±20)mm，得到 MB 值與摻量關(guān)系見(jiàn)表 4 和圖 4。

表 4 不同 MB 值對(duì)外加劑摻量的影響

圖 4 MB 值與混凝土外加劑摻量關(guān)系

通過(guò)圖 4 可以發(fā)現(xiàn)聚羧酸減水劑摻量隨 MB 值呈遞增現(xiàn)象并且存在較好的二次項(xiàng)線性相關(guān)。羧酸減水劑作為一種表面活性劑與亞甲藍(lán)類似易吸附于帶水泥顆?；蛭⒎垲w粒表面，當(dāng)混凝土中有微粉存在時(shí)，微粉表面將吸附一定量的減水劑，導(dǎo)致減水劑在水泥顆粒表面的吸附量減少，其塑化效果降低，需增加減水劑的用量，才能保持其原有的塑化效果。同時(shí) MB 值的增長(zhǎng)不僅僅存在著微粉的吸附效果，也伴隨著微粉粉顆粒對(duì)自由水的吸附現(xiàn)象，導(dǎo)致固液兩相體積發(fā)生變化[5]，在這兩者的共同影響下，造成了 MB 值與聚羧酸減水劑摻量呈現(xiàn)上述關(guān)系。

3.2.2 MB 值與混凝土經(jīng)時(shí)損失

與坍落度相比擴(kuò)展度更能體現(xiàn)大坍落度混凝土的損失狀態(tài)，因此通過(guò)擴(kuò)展度損失來(lái)研究混凝土的損失狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 5 和圖 5。

表 5 MB 值對(duì)混凝土擴(kuò)展度損失的影響

圖 5 MB 值與混凝土擴(kuò)展度損失關(guān)系

通過(guò)圖 5 可以發(fā)現(xiàn)混凝土擴(kuò)展度的損失情況在試驗(yàn)范圍內(nèi)，在三個(gè)數(shù)值階段呈現(xiàn)出不同的影響，當(dāng) MB 值在 0.5～1.0 時(shí)，該階段混凝土坍落度的損失不會(huì)隨著MB 值變化，該階段主要添加的是石粉，因此可以認(rèn)為石粉含量對(duì)聚羧酸減水劑的吸附有限，對(duì)混凝土的擴(kuò)展度損失基本沒(méi)有影響；而當(dāng) MB 值在 1.0～2.6 時(shí)，該階段主要是泥粉對(duì)外加劑的吸附造成的混凝土擴(kuò)展度損失隨 MB 值的增大明顯加?。划?dāng) MB 值為 2.6～7.0 時(shí)，該階段的泥粉對(duì)外加劑的吸附已趨于飽和，因此擴(kuò)展度損失又會(huì)有明顯改善。

表 6 MB 值對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

3.2.3 MB 值與強(qiáng)度的關(guān)系

MB 值與 7d、28d 和 60d 混凝土抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表 6。

通過(guò)表 6 可以發(fā)現(xiàn)，混凝土的抗壓強(qiáng)度受 MB 值影響不大，主要受石粉和泥粉含量的影響，隨著石粉含量的增高會(huì)有緩慢的上升，隨著泥粉含量的增高會(huì)明顯的下降。石粉的質(zhì)地堅(jiān)硬，起到了微集料和礦物添加劑的作用，具有一定的活性，不僅填充了混凝土的孔隙并還能與水泥反應(yīng)，減少混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷，因此強(qiáng)度有一定的提升。而泥粉會(huì)阻礙集料與水泥的粘結(jié)，形成強(qiáng)度的薄弱區(qū)，降低了水泥與砂粘結(jié)力，同時(shí)泥粉還會(huì)對(duì)水泥的水化產(chǎn)生影響，起到腐蝕破壞作用，從而降低了混凝土的強(qiáng)度。

4 結(jié)論

通過(guò)本次試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）機(jī)制砂的 MB 值主要受泥粉的含量影響，石粉含量雖然會(huì)影響 MB 值但是影響程度有限，泥粉含量在 12%，MB 值增長(zhǎng)幅度為 6.5g/kg，石粉含量在20%，MB 值增長(zhǎng)幅度僅為 0.5g/kg。

（2）通過(guò)對(duì)聚羧酸減水劑的摻量和混凝土擴(kuò)展度損失的研究發(fā)現(xiàn)，聚羧酸減水劑摻量會(huì)隨 MB 值的增長(zhǎng)呈二次項(xiàng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，坍落度損失在不同階段會(huì)有不同的表現(xiàn)，因此在生產(chǎn)過(guò)程中如果有聚羧酸減水摻量和混凝土損失的異常的波動(dòng)均要格外注意機(jī)制砂中的微粉含量和成分。

（3）混凝土強(qiáng)度不受 MB 值的影響，但是會(huì)受到機(jī)制砂中含泥粉量的嚴(yán)重影響，因此如果測(cè)得機(jī)制砂的MB 值＞1.4，需嚴(yán)格控制微粉的含量，否則將對(duì)混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重危害。