机制砂 MB 值对混凝土性能的影响研究

2019-06-05陈妙福

商品混凝土 2019年5期

陈妙福

（台州诚业商品混凝土有限公司，浙江台州 317515）

0 前言

我国经济的快速发展，建设工程的大规模推进使得混凝土需求不断增加，砂石作为混凝土用量最多的原材料，其品质对混凝土结构强度和耐久性影响较大。当前环保政策趋严，天然砂资源紧缺，机制砂逐步替代天然砂已成为行业趋势。机制砂在生产过程中不可避免地会产生石粉，同时由于粗放生产和母岩特性等原因，泥粉也会夹杂在石粉当中，引起机制砂亚甲基蓝值（MB值）升高[1]。泥粉自有的二维层状结构，疏松多孔，更容易对水分和外加剂等小分子形成吸附[2]，影响混凝土的品质，因此研究机制砂 MB 值改变对混凝土性能的影响尤为必要。

表1 水泥的性能指标结果

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）胶凝材料

水泥采用 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用 II级灰，矿粉采用 S95。水泥的主要性能指标见表 1，水泥、粉煤灰和矿粉的化学组成见表 2。

表2 所用胶凝材料的化学组成 %

（2）机制砂细度模数为 2.7，石粉含量为 9%，MB值 1.2。碎石为 5～25mm 连续级配。

（3）拌合水为自来水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》。

（4）外加剂为聚羧酸减水剂，含固 14.6%，减水率 21%。

1.2 试验方法

（1）MB 值测试：参照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行机制砂亚甲基蓝吸附测试。

（2）混凝土工作性能试验：按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土力学性能试验按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土试件，测定混凝土指定龄期的抗压强度。

1.3 混凝土配合比

以 C30 混凝土为例，配合比及原材料用量见表 1。

表3 试验配合比及材料用量 kg/m3

2 试验结果及讨论

2.1 泥粉对机制砂 MB 值的影响

滕爱国等[1]研究了泥粉对机制砂 MB 值的影响，发现泥粉和机制砂 MB 值存在线性拟合关系，胡兵[2]也得出了类似的结论，并认为泥粉的液塑限会对机制砂 MB值产生不同的影响。将泥粉进行烘干、筛分，过 100 目方孔筛，去除杂质，按照设定的比例与机制砂混合，获得不同 MB 的机制砂，见表 4，对结果作图，结果见图1。

表4 泥粉含量对机制砂 MB 值的影响

图1 泥粉含量对机制砂 MB 值的影响

表4 和图 1 的结果显示，泥粉含量对机制砂 MB 值影响较大，泥粉掺量和机制砂 MB 的增加存在近乎线性关系，泥粉自身的疏松多孔结构能够吸附较多的亚甲基蓝，进而使得 MB 值增加，当泥粉含量超过 1.5% 时，机制砂 MB 值随着泥粉含量增加显著增加。

2.2 混凝土工作性能

以表 1 混凝土为基础，测试不同 MB 值的机制砂对混凝土工作性能的影响，结果见表 5。

表5 不同 MB 值机制砂混凝土工作性能

表5 结果反映，机制砂 MB 值增加使得混凝土初始坍落度和扩展度先增加后降低，这是由于少量泥粉能够提高混凝土的保水性，增加对集料的包裹性，使得混凝土初始和易性改善[3]，但随着机制砂中泥粉含量增加，泥粉对外加剂和水分的吸附增加，使得水泥浆体流动所需的水分减少，混凝土初始工作性能下降。当泥粉增加、MB 值较大时，泥粉较强的吸附性使得外加剂对水泥的作用效果降低，混凝土经时损失加快[4]。

2.3 混凝土抗压强度的影响

力学性能是保证混凝土结构服役安全和耐久的重要指标。机制砂 MB 值增加造成混凝土工作性能下降，进而可能影响混凝土强度。掺加不同 MB 值机制砂的混凝土力学性能测试结果见表 6 和图 2。

表6 机制砂 MB 值对混凝土强度的影响 MPa

随着机制砂 MB 值的增加，混凝土 3d 强度都出现不同程度的降低，7d 和 28d 强度先增加后降低，这是因为泥粉的加入对水泥形成部分附着，降低了水泥水化的比表面积，早期水化产生的水化硅酸钙和钙矾石等矿物减少，早期强度降低。MB 值低于 1.4 时，微量泥粉的加入改善了水泥浆体和集料的粘接能力，随着水化的进行，集料界面过渡区得到改善，当泥粉含量增大时，混凝土内部水分不足，失水较快，产生较多的微裂纹，出现强度倒缩[5]。

图2 不同 MB 值的机制砂混凝土抗压强度

2.4 机制砂 MB 值对混凝土碳化的影响

机制砂 MB 值不同，对外加剂和水分的吸附能力也有所不同，进而对混凝土碳化产生影响，按照表 1 所示配合比成型混凝土试件，测试不同龄期混凝土碳化深度值，结果见表 7 和图 3。

表7 机制砂 MB 值对混凝土碳化深度的影响 mm

图3 机制砂 MB 对混凝土碳化的影响

图3 的结果表明机制砂 MB 值增加，混凝土碳化深度总体增加，同时也可以看出，机制砂 MB 值低于1.4 时，混凝土 7d 和 28d 碳化深度基本相当，这可能是MB 值适当增加，对混凝土致密度有一定改善，内部孔隙相对减少，对 CO2等气体侵入起到一定阻碍作用。当机砂 MB 值进一步增加，混凝土内部缺陷和连通孔隙增多，碳化速度加快。