機(jī)制砂MB 值和泥粉含量對(duì)鐵路混凝土性能的影響研究

周悟聰

（申鐵方圓檢測(cè)科技有限公司，上海 201802）

0 引言

砂作為鐵路混凝土的重要原材料，每年有幾億噸被消耗，數(shù)量巨大，而現(xiàn)有的天然砂存儲(chǔ)量有限，因此，越來(lái)越多的混凝土開(kāi)始使用機(jī)制砂。然而機(jī)制砂在開(kāi)采過(guò)程中摻雜了不少石粉和黏土礦物，影響了混凝土的性能，造成混凝土的需水量增大、和易性不好、坍落度損失變大，甚至影響混凝土的耐久性能[1]。

機(jī)制砂的石粉不全部都是石粉，它主要由石粉和泥粉組成，泥粉又主要是在獲取材料過(guò)程中帶入的地表泥土和巖石間夾雜的少許黏性土組成。適量泥粉對(duì)混凝土和易性、黏聚性、強(qiáng)度有利的[2]，但是泥粉摻入過(guò)大會(huì)對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能產(chǎn)生影響。在《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）中規(guī)定用亞甲藍(lán)值（MB）作為判定石粉含量（粒徑＜0.075mm 顆粒）吸附性能，機(jī)制砂在鐵路工程中一般用于強(qiáng)度等級(jí)C50 以下混凝土，此時(shí)亞甲藍(lán)MB 值＜1.4g/kg 且石粉含量（包括石粉和泥粉）≤7%即可，在實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)中會(huì)出現(xiàn)機(jī)制砂亞甲藍(lán)MB 接近1.4g/kg，且石粉含量（包括石粉和泥粉）≤7%的情況；雖然它的這兩項(xiàng)指標(biāo)是滿足鐵路C50以下混凝土要求的，但是其實(shí)這種情況下石粉（包括石粉和泥粉）中已經(jīng)摻雜了很多泥粉，嚴(yán)重影響了混凝土的各項(xiàng)性能。本文通過(guò)固定石粉含量（包括石粉和泥粉）為7%，摻入其中最大比例的泥粉，使得亞甲藍(lán)MB值接近于1.4g/kg，與不摻入泥粉的機(jī)制砂對(duì)比來(lái)研究其對(duì)混凝土性能的影響。

1 通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得石粉和泥粉所對(duì)應(yīng)亞甲藍(lán)MB 值的關(guān)系

1.1 石粉和泥粉的制備

（1）石粉選取母巖花崗巖的機(jī)制砂，為了排除其中的泥粉含量，先篩分獲取到粒徑大于1.18mm 的，然后浸泡24h，清洗干凈，烘干至恒重，冷卻至室溫后用研磨設(shè)備制備成細(xì)粉，篩出0.075mm 以下作為石粉。

（2）泥粉采用具有代表性的蒙脫石粉。

1.2 不同比例石粉和泥粉對(duì)亞甲藍(lán)MB 值的影響

（1）按《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2022）標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)定亞甲藍(lán)MB 值，通過(guò)添加不同比例的石粉和泥粉，來(lái)進(jìn)行亞甲藍(lán)吸附能力的測(cè)試。為了提高試驗(yàn)的精度，標(biāo)準(zhǔn)中亞甲藍(lán)的滴定數(shù)量由5mL 改成1mL。

（2）當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量（包括石粉和泥粉）全部為石粉時(shí)。機(jī)制砂中的石粉與機(jī)制砂材料基本相同，按摻入石粉0%、5%、10%、15%、20%分別加入篩洗掉粒徑0.075mm 以下的機(jī)制砂中，研究石粉含量對(duì)機(jī)制砂MB 值的影響，結(jié)果如圖1 所示，石粉含量從0%增加到20%，該機(jī)制砂MB 值由0.2g/kg 增大到0.7g/kg，它是隨著石粉含量增加而變大，即使石粉含量達(dá)到20%，亞甲藍(lán)MB 值也僅僅只有0.7g/kg。由此得出，石粉對(duì)亞甲藍(lán)的吸附能力小，石粉不是影響亞甲藍(lán)MB 值的關(guān)鍵因素[3]。

圖1 石粉對(duì)亞甲藍(lán)MB 值的影響

（3）當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量（包括石粉和泥粉）全部為泥粉時(shí)。將蒙脫石粉按摻入石粉1%、2%、3%、4%、4.7%分別加入篩洗掉粒徑0.075mm 以下的機(jī)制砂中，研究泥粉含量對(duì)亞甲藍(lán)MB 值的影響，結(jié)果如圖2 所示，泥粉含量只是從0 增加4.7%，亞甲藍(lán)MB 值立馬增長(zhǎng)到了1.5g/kg，MB 值達(dá)到1.4g/kg 時(shí)所對(duì)應(yīng)的泥粉含量大概為4.3%。

圖2 泥粉對(duì)亞甲藍(lán)MB 值的影響

（4）在鐵路工程使用的機(jī)制砂中細(xì)粉含量基本都是石粉和泥粉共同存在，此時(shí)石粉和泥粉的不同比例對(duì)于亞甲藍(lán)MB 值的影響尤為重要，在鐵路工程中機(jī)制砂一般用于C50 以下混凝土，因此在《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定亞甲藍(lán)0.5g/kg≤MB＜1.4g/kg，且石粉含量≤7.0%的時(shí)候都能用于C50 以下混凝土。基于上述情況，通過(guò)試驗(yàn)得出，當(dāng)固定石粉含量（包括石粉和泥粉）總含量為7.0%，其中泥粉摻入量為0%時(shí)（即石粉含7.0%），此時(shí)亞甲藍(lán)MB 值為0.36g/kg，滿足鐵路混凝土中強(qiáng)度等級(jí)為C50 以下的混凝土要求；其中泥粉摻入量為3%（即石粉含4.0%，泥粉含3%），此時(shí)亞甲藍(lán)MB 值正好接近于1.4g/kg，該比例的機(jī)制砂也滿足鐵路混凝土中強(qiáng)度等級(jí)為C50 以下混凝土要求。因此在石粉含量（包括石粉和泥粉）固定在7%、其中泥粉含量摻入量為0%和3%（此時(shí)亞甲藍(lán)MB 值接近1.4g/kg）的情況下來(lái)分析其對(duì)鐵路混凝土工作性能以及力學(xué)性能的影響。

2 檢測(cè)在不同配合比下混凝土性能的差異變化

通過(guò)固定7%石粉含量（包括石粉和泥粉），其中摻入泥粉0%和其中3%替換為泥粉這兩種機(jī)制砂來(lái)檢測(cè)在不同配合比下混凝土性能的差異變化。

2.1 原材料

（1）水泥。浙江紅獅水泥股份有限公司P.O 42.5 實(shí)測(cè)3d 值強(qiáng)度為30.9MPa，28d 強(qiáng)度值為61.6MPa。

（2）粉煤灰。浙江大唐烏沙山發(fā)電廠，細(xì)度：8.4%，需水量比93%。

（3）機(jī)制砂。金華市紐蘭德商貿(mào)有限公司機(jī)制砂，報(bào)告編號(hào)：GL01202300004，細(xì)度模數(shù)2.7。

（4）粗骨料。溫嶺市振鑫建材有限公司碎石5～31.5mm，報(bào)告編號(hào)：GL02202300007，級(jí)配按（5~10mm）：（10~20mm）：（16~31.5mm）=20%:40%:40%摻配，表觀密度：2640kg/m3，堆積密度：1590kg/m3，空隙率：40%，壓碎指標(biāo)值：9%。

（5）減水劑。上海宏韻新型建材有限公司，聚羧酸系高性能減水劑（緩凝型）摻量：1.0%，減水率：29%，含氣量：2.7%，7d 抗壓強(qiáng)度比：150%，28d 抗壓強(qiáng)度比：134%。

2.2 檢驗(yàn)方法

新拌混凝土工作性能依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）進(jìn)行坍落度檢測(cè)和含氣量檢測(cè)，力學(xué)性能按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2016）檢測(cè)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試件制作尺寸150mm3立方體一組三塊，齡期要求為56d。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

鐵路混凝土配合比分別為強(qiáng)度等級(jí)C25、C30、C35、C40、C45 等5 個(gè)配合比情況下進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，研究滿足鐵路混凝土中強(qiáng)度等級(jí)為C50 以下混凝土的機(jī)制砂在石粉含量（包括石粉和泥粉）總含量為7.0%，其中泥粉含量分別為0%和3%時(shí)比較混凝土工作性能和力學(xué)性能，各個(gè)配合比的每方用量如表1 所示。

表1 配合比的比例

（1）泥粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響。試驗(yàn)采用石粉含量7%為基準(zhǔn)配合比，用3%的泥粉等量代替石粉進(jìn)行混凝土的工作性能、力學(xué)性能研究。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，按照標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的試驗(yàn)方法分別對(duì)其測(cè)定坍落度、含氣量等工作性能，得到的數(shù)據(jù)如表2 所示，將表2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相關(guān)的圖形，如圖3、圖4 所示。

表2 工作性能

圖3 泥粉對(duì)坍落度的影響

圖4 泥粉對(duì)含氣量的影響

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，由于泥粉中含有大量的需水物質(zhì)，且比石粉的需水量多很多，在拌和過(guò)程中，用水量是固定的，泥粉顆粒較大程度的吸附了拌和物中的水和外加劑，從而將流動(dòng)的水減少，且水泥漿體的包裹性變差，而且泥粉的組成是蒙脫石粉，它的結(jié)構(gòu)中層間距加大，吸水膨脹，導(dǎo)致新拌混凝土更加黏稠，流動(dòng)性降低。從表2、圖3、圖4 中可以看出，相對(duì)于沒(méi)有摻入泥粉的混凝土，摻入泥粉配合比的新拌混凝土坍落度和含氣量都相應(yīng)降低很多，顯著影響了混凝土的工作性能。

（2）泥粉含量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。混凝土在測(cè)完工作性能之后制作150mm3立方體抗壓強(qiáng)度試件，1d 后拆模，隨后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，56d 齡期后測(cè)其抗壓強(qiáng)度。得到的力學(xué)性能數(shù)據(jù)如表3 所示，將表3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相關(guān)的圖形，如圖5 所示。

表3 力學(xué)性能

圖5 泥粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相比于沒(méi)有加入泥粉的混凝土，在加入3%泥粉后其56d 立方體抗壓強(qiáng)度下降情況是C25 混凝土下降20.9%，C30 混凝土下降18.2%，C35 混凝土下降17.5%，C40 混凝土下降17.0%，C45 混凝土下降13.8%。從強(qiáng)度下降的幅度來(lái)看，泥粉含量對(duì)于低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土強(qiáng)度比高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的強(qiáng)度影響更大。從各個(gè)標(biāo)號(hào)混凝土強(qiáng)度對(duì)比來(lái)看，摻入其中的泥粉會(huì)影響水泥和砂石料相互之間的黏結(jié)，易形成相對(duì)薄弱的結(jié)構(gòu)，在收到外力作用時(shí)容易收到破壞，導(dǎo)致混凝土承受力下降。

3 結(jié)論

（1）石粉對(duì)亞甲藍(lán)MB 值影響很小，相反泥粉對(duì)亞甲藍(lán)MB 值影響很大。

（2）摻入3%泥粉的機(jī)制砂對(duì)混凝土的工作性能影響很大，含氣量和坍落度都有顯著降低。

（3）從不同強(qiáng)度等級(jí)的鐵路混凝土強(qiáng)度來(lái)看，相比于全部為石粉的機(jī)制砂，在摻入3%泥粉之后強(qiáng)度都有明顯下降趨勢(shì)，從強(qiáng)度下降率來(lái)看，泥粉含量對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土影響更大。

（4）當(dāng)亞甲藍(lán)MB 值接近于1.4g/kg、石粉含量（泥粉含3%）等于7.0%，此種情況符合《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）標(biāo)準(zhǔn)中C50 以下混凝土要求[4]，但是相較于全部為石粉的機(jī)制砂混凝土工作性能、力學(xué)性能都下降極為明顯，在施工檢測(cè)過(guò)程中要對(duì)這種性能的機(jī)制砂加強(qiáng)重視。