機(jī)制砂MB值影響因素及對(duì)聚羧酸減水劑的吸附特性分析

陳妙福

（臺(tái)州誠業(yè)商品混凝土有限公司，浙江 臺(tái)州 317515）

0 前言

我國經(jīng)濟(jì)長期快速發(fā)展帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模推進(jìn)，作為混凝土主要原材料的砂石消耗巨大，天然砂石日益短缺，機(jī)制砂作為天然砂的替代資源被用于混凝土的生產(chǎn)。機(jī)制砂在母巖破碎的過程中，不可避免的會(huì)混有山皮，這就導(dǎo)致了機(jī)制砂除了含有石粉外，還會(huì)混有泥粉等其他組分，研究表明機(jī)制砂含泥會(huì)使得混凝土用水量增加，對(duì)減水劑的吸附增強(qiáng)，降低減水劑在混凝土中的應(yīng)用效果[1,2]。為規(guī)范機(jī)制砂的應(yīng)用范圍，亞甲基藍(lán)吸附值（MB）被用來檢測機(jī)制砂含粉特性。

針對(duì) MB 值的影響因素，沈衛(wèi)國[3]和杭美艷[4]等進(jìn)行了相關(guān)研究，均認(rèn)為泥粉對(duì)機(jī)制砂 MB 值影響較大，但石粉含量、石粉細(xì)度等因素對(duì)機(jī)砂品質(zhì)的影響研究相對(duì)較少，需要更多數(shù)據(jù)支撐。本文針對(duì)影響機(jī)制砂 MB值的因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并研究了機(jī)制砂 MB 值對(duì)聚羧酸減水劑的吸附影響，以期為機(jī)制砂應(yīng)用提供理論和實(shí)踐參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）試驗(yàn)機(jī)制砂

原狀機(jī)制砂母巖為石灰?guī)r，細(xì)度模數(shù) 2.9，石粉含量為 10%，將機(jī)制砂大于 4.75mm 和小于 75μm 的顆粒進(jìn)行篩除，烘干備用。

（2）試驗(yàn)石粉

篩除原狀機(jī)制砂 75μm 以下細(xì)粉，烘干用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨至不同比表面積，即得所制石粉。

（3）泥粉

試驗(yàn)?zāi)喾廴∽詸C(jī)制砂原產(chǎn)地附近，經(jīng)烘干去除雜質(zhì)，過 75μm 方孔篩，取篩下部分所得。

（4）聚羧酸減水劑

浙江某公司生產(chǎn)，醚類減水劑，含固量 15%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）MB 值測試：參照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行機(jī)制砂亞甲基藍(lán)吸附測試。

（2）將聚羧酸減水劑按比例稀釋 5g/L，稱取30mL 加入 100mL 錐形瓶中，然后稱取 3g 石粉或泥粉試樣加入到錐形瓶中，搖拌均勻后置于 20℃ 室溫環(huán)境內(nèi)，反應(yīng)至指定時(shí)間后，均勻取出適量液體倒入離心管中分離濾液，稱取上層清液，利用紫外分光光度計(jì)（UV）測定其吸附后殘余濃度。然后根據(jù)下式計(jì)算聚羧酸減水劑吸附量：

式中：Q——吸附量，mg/g；

C0——聚羧酸減水劑吸附前濃度，g/L；

C——聚羧酸減水劑吸附后濃度，g/L；

V——溶液體積，mL；

M——石粉（泥）質(zhì)量，g。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 石粉細(xì)度對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響

將機(jī)制砂進(jìn)行篩分獲得 75μm 以上顆粒，進(jìn)行烘干粉磨獲得比表面積為 300m2/kg、400m2/kg、500m2/kg、600m2/kg，將不同細(xì)度的石粉和試樣機(jī)制砂進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希瑴y試機(jī)制砂石粉含量為 10%、15%、20% 時(shí)，石粉細(xì)度對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響，結(jié)果見表 1 和 圖 1。

表1 石粉細(xì)度對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響 g/kg

圖1 石粉細(xì)度對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響

表1 和圖 1 的結(jié)果顯示機(jī)制砂石粉摻量一定，石粉比表面積增加，機(jī)制砂 MB 值隨之增大，相同比表面積的石粉，機(jī)制砂中含量越多機(jī)制砂 MB 值也較大，這顯示機(jī)制砂中石粉比表面積或摻量增加都引起機(jī)制砂對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附增加，但總的增加值較小，石粉含量20%、石粉細(xì)度 600m2/kg 時(shí)機(jī)制砂 MB 值仍低于 0.4，這是因?yàn)槭凼嵌栊缘V物，對(duì)亞甲藍(lán)的吸附為物理吸附，比表面積或摻量的增加并不會(huì)改變石粉的吸附方式，因此并未顯著增加機(jī)制砂 MB 值。

2.2 石粉含量對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響

不同批次的機(jī)制砂石粉含量也會(huì)有所不同，設(shè)定石粉比表面積為 400m2/kg，測試機(jī)制砂中不同石粉含量對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響，結(jié)果見表 2 和圖 2 所示。

表2 石粉含量對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響 g/kg

圖2 石粉含量對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響

表2 和圖 2 機(jī)制砂 MB 值的變化曲線反映，石粉含量和機(jī)制砂 MB 值之間存在近乎直線相關(guān)，石粉含量從5% 增加至 25%，機(jī)制砂 MB 值相比初值增加 1 倍，但總值相對(duì)較小，并未超過 0.5，石粉含量增多，溶液中所分布的石粉濃度增加，但石粉的增加并未改變石粉對(duì)亞甲基藍(lán)的物理吸附特性，因而 MB 值總值并未大幅增加。

2.3 泥粉對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響

粘土自身的層間結(jié)構(gòu)容易吸收水分等小分子體積膨脹，固定機(jī)制砂石粉含量 5%，外摻泥粉與機(jī)制砂和石粉混合，機(jī)制砂中泥粉量對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附值，結(jié)果見表 3、圖 3。

表3 和圖 3 結(jié)果表明，泥粉對(duì)機(jī)制砂 MB 值影響較大，泥粉含量從 0% 增加至 5%，機(jī)制砂 MB 值增長近 20 倍，泥粉含量 5% 時(shí)，機(jī)制砂 MB 值超過 4.0，呈現(xiàn)較強(qiáng)的吸附性。泥粉含量增加，所帶電荷數(shù)量和密度增加，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量是粘土顆粒所帶電荷的函數(shù)[5]。

圖3 機(jī)制砂中泥粉含量對(duì)機(jī)制砂 MB 值的影響

2.4 機(jī)制砂 MB 值對(duì)聚羧酸減水劑的吸附影響

機(jī)制砂 MB 值的增加提高了對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量，聚羧酸減水劑在作用過程中先吸附在水泥顆粒表面，通過靜電排斥解放水泥顆粒包裹的自由水，進(jìn)而提高水泥漿體的流動(dòng)性，聚羧酸減水劑在機(jī)制砂混凝土中的應(yīng)用需考慮不同 MB 值造成的影響。測試了設(shè)定時(shí)間內(nèi)不同MB 值的機(jī)制砂對(duì)聚羧酸減水劑吸附的影響，結(jié)果見表4 和圖 4。

表4 機(jī)制砂 MB 值對(duì)聚羧酸吸附量的影響 mg/g

表4 和圖 4 結(jié)果可以看出，機(jī)制砂 MB 值增加，聚羧酸減水劑吸附量隨之增加，在 90min 吸附速率變緩。當(dāng) MB 值在 2.0 以下時(shí)，在不同時(shí)間機(jī)制砂對(duì)聚羧酸的吸附量相對(duì)較低，機(jī)制砂 MB 值為 2.0 和 3.0 時(shí)聚羧酸吸附量隨時(shí)間增長較快，說明泥對(duì)聚羧酸吸附較強(qiáng)。聚羧酸減水劑溶于水，泥粉自身吸附性較強(qiáng)，聚羧酸分子更容易吸附在泥的表面，進(jìn)而降低溶液中聚羧酸分子的有效數(shù)量[6]，對(duì)聚羧酸減水劑的效用產(chǎn)生負(fù)面影響。

3 結(jié)論

（1）石粉摻量固定，比表面積增加機(jī)制砂 MB 值增大，相同比表面積的石粉，摻量越多，MB 值也越大，但總的增長幅度不大。

（2）機(jī)砂石粉含量增加，石粉對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附增多，MB 值有所增長，但石粉含量增加并無改變石粉的吸附方式，且機(jī)制砂 MB 值并未高于 0.5。

（3）機(jī)制砂中泥粉對(duì)機(jī)制砂 MB 值影響較大，泥粉增加，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量快速增長，機(jī)砂 MB 值增長幅度也較大。

圖4 機(jī)制砂 MB 值對(duì)聚羧酸吸附量的影響

（4）機(jī)制砂 MB 值增加，聚羧酸吸附量隨之增長，且 MB 值超過 1.5 時(shí)泥對(duì)聚羧酸的吸附量較大，進(jìn)而降低聚羧酸減水劑的使用效果。