機制砂 MB 值對混凝土性能的影響研究

陳妙福

（臺州誠業商品混凝土有限公司，浙江 臺州 317515）

0 前言

我國經濟的快速發展，建設工程的大規模推進使得混凝土需求不斷增加，砂石作為混凝土用量最多的原材料，其品質對混凝土結構強度和耐久性影響較大。當前環保政策趨嚴，天然砂資源緊缺，機制砂逐步替代天然砂已成為行業趨勢。機制砂在生產過程中不可避免地會產生石粉，同時由于粗放生產和母巖特性等原因，泥粉也會夾雜在石粉當中，引起機制砂亞甲基藍值（MB值）升高[1]。泥粉自有的二維層狀結構，疏松多孔，更容易對水分和外加劑等小分子形成吸附[2]，影響混凝土的品質，因此研究機制砂 MB 值改變對混凝土性能的影響尤為必要。

表1 水泥的性能指標結果

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

水泥采用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用 II級灰，礦粉采用 S95。水泥的主要性能指標見表 1，水泥、粉煤灰和礦粉的化學組成見表 2。

表2 所用膠凝材料的化學組成 %

（2）機制砂細度模數為 2.7，石粉含量為 9%，MB值 1.2。碎石為 5～25mm 連續級配。

（3）拌合水為自來水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》。

（4）外加劑為聚羧酸減水劑，含固 14.6%，減水率 21%。

1.2 試驗方法

（1）MB 值測試：參照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》進行機制砂亞甲基藍吸附測試。

（2）混凝土工作性能試驗：按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。混凝土力學性能試驗按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測定混凝土指定齡期的抗壓強度。

1.3 混凝土配合比

以 C30 混凝土為例，配合比及原材料用量見表 1。

表3 試驗配合比及材料用量 kg/m3

2 試驗結果及討論

2.1 泥粉對機制砂 MB 值的影響

滕愛國等[1]研究了泥粉對機制砂 MB 值的影響，發現泥粉和機制砂 MB 值存在線性擬合關系，胡兵[2]也得出了類似的結論，并認為泥粉的液塑限會對機制砂 MB值產生不同的影響。將泥粉進行烘干、篩分，過 100 目方孔篩，去除雜質，按照設定的比例與機制砂混合，獲得不同 MB 的機制砂，見表 4，對結果作圖，結果見圖1。

表4 泥粉含量對機制砂 MB 值的影響

圖1 泥粉含量對機制砂 MB 值的影響

表4 和圖 1 的結果顯示，泥粉含量對機制砂 MB 值影響較大，泥粉摻量和機制砂 MB 的增加存在近乎線性關系，泥粉自身的疏松多孔結構能夠吸附較多的亞甲基藍，進而使得 MB 值增加，當泥粉含量超過 1.5% 時，機制砂 MB 值隨著泥粉含量增加顯著增加。

2.2 混凝土工作性能

以表 1 混凝土為基礎，測試不同 MB 值的機制砂對混凝土工作性能的影響，結果見表 5。

表5 不同 MB 值機制砂混凝土工作性能

表5 結果反映，機制砂 MB 值增加使得混凝土初始坍落度和擴展度先增加后降低，這是由于少量泥粉能夠提高混凝土的保水性，增加對集料的包裹性，使得混凝土初始和易性改善[3]，但隨著機制砂中泥粉含量增加，泥粉對外加劑和水分的吸附增加，使得水泥漿體流動所需的水分減少，混凝土初始工作性能下降。當泥粉增加、MB 值較大時，泥粉較強的吸附性使得外加劑對水泥的作用效果降低，混凝土經時損失加快[4]。

2.3 混凝土抗壓強度的影響

力學性能是保證混凝土結構服役安全和耐久的重要指標。機制砂 MB 值增加造成混凝土工作性能下降，進而可能影響混凝土強度。摻加不同 MB 值機制砂的混凝土力學性能測試結果見表 6 和圖 2。

表6 機制砂 MB 值對混凝土強度的影響 MPa

隨著機制砂 MB 值的增加，混凝土 3d 強度都出現不同程度的降低，7d 和 28d 強度先增加后降低，這是因為泥粉的加入對水泥形成部分附著，降低了水泥水化的比表面積，早期水化產生的水化硅酸鈣和鈣礬石等礦物減少，早期強度降低。MB 值低于 1.4 時，微量泥粉的加入改善了水泥漿體和集料的粘接能力，隨著水化的進行，集料界面過渡區得到改善，當泥粉含量增大時，混凝土內部水分不足，失水較快，產生較多的微裂紋，出現強度倒縮[5]。

圖2 不同 MB 值的機制砂混凝土抗壓強度

2.4 機制砂 MB 值對混凝土碳化的影響

機制砂 MB 值不同，對外加劑和水分的吸附能力也有所不同，進而對混凝土碳化產生影響，按照表 1 所示配合比成型混凝土試件，測試不同齡期混凝土碳化深度值，結果見表 7 和 圖 3。

表7 機制砂 MB 值對混凝土碳化深度的影響 mm

圖3 機制砂 MB 對混凝土碳化的影響

圖3 的結果表明機制砂 MB 值增加，混凝土碳化深度總體增加，同時也可以看出，機制砂 MB 值低于1.4 時，混凝土 7d 和 28d 碳化深度基本相當，這可能是MB 值適當增加，對混凝土致密度有一定改善，內部孔隙相對減少，對 CO2等氣體侵入起到一定阻礙作用。當機砂 MB 值進一步增加，混凝土內部缺陷和連通孔隙增多，碳化速度加快。

3 結論

（1）機制砂 MB 值隨著泥粉含量增加而增大，當泥粉含量超過 1.5% 時 MB 值增長較快。

（2）少量泥粉可以改善混凝土的和易性，當 MB值超過 1.4 時混凝土初始坍落度和擴展度逐漸降低，1h坍落度和擴展度損失隨著機制砂 MB 值增加而增大。

（3）隨著機制砂 MB 值的增加，水泥膠凝能力減弱，混凝土 3d 強度都出現不同程度的降低，7d 和 28d強度先增加后降低，機制砂 MB 值對混凝土強度影響較大。

（4）MB 值較高的機制砂會增加混凝土內部缺陷，連通毛細孔增多，導致混凝土 7d 和 28d 碳化深度增加。