不同巖性石粉細度評價方法的對比研究

李曉寧，李婷，朱玉雪，瞿海洋，陳家繼

（1. 中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024；2. 中建材中巖科技有限公司，北京 100024）

0 引言

隨著我國基礎設施建設的快速發展，預拌混凝土成為用量最大的建筑材料。混凝土中常用細骨料主要包括天然砂和機制砂兩種，作為混凝土主要組成部分之一，砂的品質對混凝土拌合物的物理力學性能和耐久性有著重要影響[1]。隨著混凝土工業的日益發展，江河中的天然砂已經很難滿足需求，在天然砂難獲得的情況下，采用機制砂配制混凝土已成為一種發展趨勢。相比于天然砂，機制砂顆粒有棱角、級配差，在混凝土制作時和易性不好，易發生離析現象[2-3]。在機制砂中粒徑小于 75μm 的顆粒被稱作為石粉，由于生產機制砂采用的巖石種類、破碎方式、分選工藝不同，機制砂中石粉的含量各不相同。在機制砂應用過程中，存在因將石粉與泥混為一談而對機制砂進行沖洗的現象，在洗掉泥的同時帶走了大量石粉，破壞了機制砂的天然級配，達不到砂的堆積密度。實際上，石粉在一定的應用條件下，不但不會降低混凝土強度，還會填補混凝土骨料之間的空隙，作為機制砂的微細級配，起到一定的潤滑作用，從而在一定程度上混凝土保水性和粘聚性[4-6]。

影響石粉的質量與性能的關鍵物性參數有：巖性、顆粒大小及分布、比表面積、含泥量和反應活性。其中，細度作為劃分不同石粉品質的要素之一，是石粉質量控制的重要指標，本文針對不同巖性石粉細度進行檢測，利用勃式透氣法、篩分法、激光法和 BET 氮吸附法進行研究。

1 試驗原材料與測試方法

1.1 試驗原材料

石粉：石灰石 1 種、花崗巖 1 種、尾礦 1 種、白云巖 1 種、重晶石 1 種以及玄武巖 3 種，其中石灰石粉來自試驗室購買的外加劑檢驗用細集料經破碎粉磨制得；花崗巖與重晶石粉為市售石粉；玄武巖石粉為市售細集料經試驗室破碎粉磨制得。

不同巖性石粉礦物相組成 XRF 測試結果見表 1。

1.2 試驗測試方法

篩分法：使用 FSY-150 型水泥細度負壓篩析儀對石粉的篩余量進行測定，參照 GB/T 30190—2013《石灰石粉混凝土》，采用 45μm 的篩余來表征。

激光法：采用激光粒度分析儀對石粉的粒徑分布及比表面積進行測試。

勃氏透氣法：參照 GB/T 8074—2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》，進行石粉比表面積的測定。

BET 氮吸附法：采用 TriStar II 3020 高速自動比表面積及孔隙度分析儀進行測試。

2 結果與討論

2.1 篩分法與激光法表征石粉細度

采用篩分法測定石粉 45μm 的篩余值，結果見表2。篩余越小，說明石粉越細。由圖 1 可知，8 種石粉中石灰石粉的篩余最小、重晶石次之、尾礦石粉最大。

由于各類石粉篩余量較低，故在使用毛刷清理、稱量篩余等操作環節中存在誤差，會對檢測結果產生影響。當樣品在篩分過程中出現團聚現象時，應加長檢測時間，降低誤差。在 GB/T 30190—2013 規定，當出現顆粒粘篩或顆粒沉積在篩邊緣時，應用毛刷輕輕刷開再篩 1～3min 直至徹底篩分為止，但有可能樣品附著在毛刷刷毛上，對最終篩余稱重造成影響，故加長負壓篩篩分時長。

采用激光法測定的石粉粒度分布結果見表 3。其中0～11μm、11～50μm 和＞50μm 是激光粒度儀測試的結果，其它是為了更好地對比各粒徑段的數據而列出。

表 1 不同巖性石粉礦物相組成-XRF 測試結果

表 2 篩分法測定不同巖性石粉篩余值 %

圖 1 篩分法不同巖性石粉的 45μm 篩余

表 3 不同巖性石粉的激光法測試結果 %

圖 2 不同巖性激光粒度儀測得粒徑范圍圖

由表 3 測試結果可知，石灰石粉在 0～50μm 的顆粒占比達到 100%，與篩余結果較為吻合；花崗巖大于11μm 的顆粒占比達 99% 以上，大于 50μm 的顆粒占比達超過 64%，說明其大尺寸顆粒的分布較大，與 45μm篩余結果差距較大；尾礦砂 0～50μm 的顆粒占比約67%，篩分法測得的 0～45μm 的顆粒占比約 22%，二者差距較大；白云巖在 0～50μm 的顆粒占比達 92%，篩分法測得的 0～45μm 的顆粒占比約 48%，二者差距較大；重晶石 0～50μm 的顆粒占比約 73%，篩分法測得的 0～45μm 的顆粒占比約 90%，二者差距相對較小；3 種玄武巖石粉采用激光法測得的 0～50μm 的顆粒占比為 63% 左右，采用篩分法測得的 0～45μm 的顆粒占比為 81% 左右，規律相似，且顆粒大小均處于石灰石和花崗巖之間。

篩分法只能測出規定目數篩子的篩余，適合制備一定目數的石粉樣品，因此用于評價樣品細度較為合適，而激光法將一種樣品的粒徑分布和粒徑大小以數值直觀地表現出來，適合用來評價石粉的粒徑分布，對設計優化顆粒級配具有指導意義。

2.2 石粉比表面積測試方法對比

分別采用 BET 氮吸附法、勃氏比表面積測試法及激光粒度分析計算法測定石粉的比表面積，結果見表4，對比結果見圖 3。

表 4 不同巖性石粉用不同測試方法測定的比表面積

圖 3 不同巖性石粉不同測試方法下比表面積

由圖 3 的對比結果可知，三種測試方法的結果值沒有可比性。BET 氮吸附法采用氣體吸附，石粉顆粒表面的細小空隙也會將氮氣吸附，因此測試結果會偏大，此外 BET 氮吸附法需經高溫脫氣數小時，耗時較長且操作繁瑣；勃氏法因受到比表面積儀參數、試驗人員壓實手法、石粉密度測定等中間過程的影響，導致測試結果會存在偏差；激光法是通過測試粒度分布形成的曲線，計算曲線積分面積從而得到比表面積，受其它條件影響較小，并且可將石粉的不同粒度分布范圍直觀地測試出來，同時得到石粉顆粒粒度分布和比表面積結果。

2.3 小結

通過對比不同測試方法測得的比表面積、顆粒大小及粒徑分布的結果，45μm 篩余小、小粒徑石粉范圍大，但比表面積不一定大，比表面積值還跟石粉破碎時形成的顆粒形狀有關系，石粉圓形表面，相同質量的樣品表面積較大，石粉顆粒表面棱角分明，相同質量表面積較小，相同的，比表面積大或小，均不能說明石粉的顆粒大小或篩余大小，因此，表征石粉的細度以篩余或激光法測得粒徑分布較合適，二者再進一步對比，激光法測得的數據更能直觀的表征石粉的細度，且可以將石粉的粒徑分布范圍全部表現出來，對設計顆粒級配具有指導意義。

3 結論

針對不同巖性的石粉，對比了篩分法與激光法表征石粉細度的優缺點，并結合比表面積測試方法，得到以下結論：

（1）用石粉粒度分布來表征細度比比表面積表征細度更合適。

（2）篩分法操作簡易、快速有效，但由于受操作中造成的影響誤差較大，故檢測結果波動大。篩分法只能測出規定目數篩子的篩余，適合制備一定目數的石粉樣品，因此用于評價樣品細度較為合適。

（3）在對石粉進行粒度分布等檢測時，推薦使用激光法進行檢測，該方法能將一種樣品的粒徑分布和粒徑大小以數值直觀地表現出來，適合用來評價石粉的粒徑分布，對設計優化顆粒級配具有指導意義。