機(jī)制砂MB值對(duì)混凝土耐久性能的影響

賴日飛

（縉云縣九州混凝土有限公司，浙江 麗水 321400）

0 前言

混凝土由膠凝材料、骨料、水和外加劑組成，經(jīng)過(guò)拌合具備施工要求的工作性能，適用范圍廣、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐久性好，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有不可替代的作用。混凝土具有較強(qiáng)的包容性，可以將不同來(lái)源、具有不同性質(zhì)的材料膠結(jié)固化，這為拓展原材料來(lái)源和固廢利用提供了基礎(chǔ)。近年來(lái)由于天然砂供應(yīng)持續(xù)緊張，機(jī)制砂開(kāi)始占據(jù)混凝土主導(dǎo)地位。機(jī)制砂相比天然砂顆粒多棱角，礦物來(lái)源廣，受自身含粉量、細(xì)度及 MB 值等影響[1]，因此機(jī)制砂在使用過(guò)程中品質(zhì)波動(dòng)較大，也不可避免地給混凝土生產(chǎn)及硬化后的混凝土強(qiáng)度及耐久性帶來(lái)影響。

機(jī)制砂 MB 值是衡量機(jī)制砂吸附能力的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為 MB 值大于 1.4 所含泥粉為主，泥粉對(duì)聚羧酸減水劑分子基團(tuán)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附[2]，易吸水膨脹，應(yīng)著重控制。混凝土耐久性是保證混凝土工程服役壽命和使用功能的重要性能，也最容易被忽略。本項(xiàng)目研究了不同機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土耐久性的影響，以期為機(jī)制砂應(yīng)用提供理論和實(shí)際參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，比表面積 346m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 26.7%，經(jīng)沸煮法檢驗(yàn)安定性合格。粉煤灰采用Ⅱ級(jí)灰，需水比為 99%，28d 活性指數(shù)為 70%。礦粉為 S95 級(jí)，含水量 0.5%。

（2）機(jī)制砂：石灰石質(zhì)機(jī)制砂，石粉含量 8%，細(xì)度模數(shù) 3.0，MB 值 0.6。通過(guò)加入泥粉獲得不同 MB 值的機(jī)制砂，泥粉取自試驗(yàn)室周?chē)嗤粒?jīng) 105℃ 烘干、除去雜質(zhì)并使其全部通過(guò) 75μm 方孔篩，獲得不同 MB 值的機(jī)制砂。

（3）骨料：石灰石，由大石（10～25mm）和小石（5～10mm）組成，壓碎值 10%。

（4）外加劑采用聚羧酸高性能減水劑，淡黃色液體，含固量 17%，摻量根據(jù)實(shí)際確定。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）按照表 1 配比進(jìn)行混凝土拌合及成型，按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測(cè)試混凝土拌合物的工作性能。

表1 試驗(yàn)用 C30 配合比 kg/m3

（2）按照 GB/T 50081—2019 《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定混凝土 7d、28d、60d 的抗壓強(qiáng)度。

（3）混凝土體積收縮、碳化收縮及電通量測(cè)試參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響

有研究表明，適量的石粉可以降低漿體粘度，釋放混凝土中的自由水，改善混凝土和易性[3]，但石粉 MB 值會(huì)對(duì)混凝土流動(dòng)性帶來(lái)一定影響，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度發(fā)展。為了進(jìn)一步觀察混凝土長(zhǎng)期性能，對(duì)混凝土 7d、28d、60d 強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 2。

表2 機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響

從表 1 結(jié)果可以看出，機(jī)制砂 MB 值從 0.6 增加至 4.0，達(dá)到相同擴(kuò)展度時(shí)的外加劑用量從 2.0% 升高至 3.1%，表現(xiàn)出機(jī)制砂中泥粉對(duì)外加劑較強(qiáng)的吸附性，包含泥粉的顆粒包裹在水泥顆粒表面，阻礙了外加劑分子對(duì)水泥顆粒的吸附，從而削弱了外加劑的減水效果。由表 2 可知，隨著機(jī)制砂 MB 值增加，混凝土 1h 坍落度經(jīng)時(shí)損失加快，在機(jī)制砂 MB 值在 2.0 以下時(shí)，混凝土流變損失相對(duì)緩慢，MB 值超過(guò) 2.0 后混凝土坍落度損失加快，當(dāng)機(jī)制砂 MB 值達(dá)到 4.0 時(shí)，混凝土基本失去流動(dòng)性，無(wú)法正常施工。

機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度同樣影響較大，機(jī)制砂 MB 值增加，混凝土 7d、28d、60d 抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的下降，MB 值 1.5 和 0.6 時(shí)抗壓強(qiáng)度相差不大，當(dāng)機(jī)制砂 MB 值為 4.0 時(shí)，7d、28d、60d 抗壓強(qiáng)度 JS-5 比 JS-0 降低 17.8%、22.5%、24.6%。這可能是機(jī)制砂中所含的泥粉對(duì)自由水形成較多吸附，在混凝土硬化過(guò)程中影響了漿體對(duì)骨料的粘接力[4]，從而降低了混凝土抗壓強(qiáng)度。

2.2 對(duì)混凝土體積收縮的影響

袁杰、李北星等人[2,5]的研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂石粉摻量增加混凝土干縮增大，機(jī)制砂 MB 值在不同摻量表現(xiàn)出的干縮值不一。測(cè)試了混凝土在室內(nèi)干燥養(yǎng)護(hù) (60±5)%、(20±2)℃ 條件下各齡期的體積收縮值，結(jié)果見(jiàn)表 3 和圖 1。

表3 機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土體積收縮的影響

圖1 機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土體積收縮的影響

表3、圖 1 結(jié)果顯示了機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土 60d 內(nèi)的體積收縮，機(jī)制砂 MB 值增加，混凝土總體收縮增加，相同 MB 值機(jī)制砂的混凝土隨齡期發(fā)展而收縮增加。圖 1 中機(jī)制砂 MB 值變化對(duì)混凝土 3d 收縮影響差別相對(duì)較小，這是因?yàn)樵缙诨炷羶?nèi)部水分相對(duì)充足，水泥水化能夠提供一定的水分，但隨著齡期增加，混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔增多，水分散失加快，從而使得混凝土干燥收縮增加。特別是當(dāng)機(jī)制砂 MB 值為 4.0 時(shí)，混凝土 28d 和 60d 齡期的體積收縮顯著增加，混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.3 對(duì)混凝土碳化深度的影響

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土要保持一定的堿度，從而起到保護(hù)鋼筋和維持自身水化產(chǎn)物穩(wěn)定的作用[6]，碳化會(huì)使得混凝土堿度下降，從而對(duì)鋼筋的保護(hù)減弱，因此應(yīng)減小碳化對(duì)混凝土的影響。對(duì)機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土碳化的影響進(jìn)行研究，結(jié)果見(jiàn)表 4。

表4 機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土碳化深度的影響

從表 4 結(jié)果來(lái)看，機(jī)制砂 MB 值升高，機(jī)制砂所含泥粉數(shù)量增加對(duì)混凝土抗碳化性能有不良影響，機(jī)制砂 MB 值增加，混凝土 7d 和 28d 碳化深度均出現(xiàn)加深，且當(dāng)機(jī)制砂 MB 值高于 2.5 時(shí)混凝土碳化速度加快。這說(shuō)明機(jī)制砂中所含泥粉增多對(duì)混凝土界面過(guò)渡區(qū)造成削弱，使得混凝土內(nèi)部孔隙增多，為空氣中二氧化碳和二氧化硫等酸性氣體侵蝕提供了條件。

2.4 對(duì)混凝土電通量的影響

混凝土電通量反映了導(dǎo)電離子在孔溶液中的遷移情況，常用來(lái)評(píng)價(jià)混凝土抗氯離子性能，也是混凝土耐久性測(cè)試的重要手段。機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土電通量的影響見(jiàn)表 5 和圖 2。

表5 混合砂混凝土電通量

圖2 機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土電通量的影響

從表 5 和圖 2 結(jié)果可知，混凝土機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土電通量影響較大。機(jī)制砂 MB 值升高，機(jī)制砂中泥粉含量增多，混凝土電通量增加，說(shuō)明機(jī)制砂 MB 值升高對(duì)混凝土抵抗氯離子及其他有害離子侵蝕能力減弱，這說(shuō)明從混凝土結(jié)構(gòu)耐久性考慮應(yīng)控制混凝土 MB 值的范圍。

3 結(jié)論

（1）機(jī)制砂 MB 值升高，機(jī)制砂所含泥粉對(duì)外加劑的吸附增加，使得外加劑用量增加，保坍性能下降，同時(shí)混凝土早期和后期抗壓強(qiáng)度均受機(jī)制砂 MB 值影響較大。

（2）混凝土各齡期收縮隨機(jī)制砂泥粉含量增加而增加，相同機(jī)制砂 MB 值，混凝土隨齡期發(fā)展而收縮增長(zhǎng)。機(jī)制砂 MB 值變化對(duì)混凝土 3d 收縮影響差別相對(duì)較小，當(dāng)機(jī)制砂 MB 值增加至 4.0 時(shí)，混凝土 28d 和 60d 齡期的體積收縮顯著增加。

（3）機(jī)制砂 MB 值升高會(huì)對(duì)混凝土抗碳化性能有不良影響，混凝土 7d 和 28d 碳化深度均出現(xiàn)加深，且當(dāng)機(jī)制砂 MB 值高于 2.5 時(shí)混凝土碳化速度加快。

（4）混凝土機(jī)制砂 MB 值對(duì)混凝土電通量影響較大，機(jī)制砂 MB 值升高，混凝土電通量增加，混凝土抵抗氯離子及其他有害離子侵蝕能力減弱。