机制砂MB值对混凝土耐久性能的影响

2021-07-29赖日飞

商品混凝土 2021年7期

赖日飞

（缙云县九州混凝土有限公司，浙江丽水 321400）

0 前言

混凝土由胶凝材料、骨料、水和外加剂组成，经过拌合具备施工要求的工作性能，适用范围广、结构强度高、耐久性好，在基础设施建设中具有不可替代的作用。混凝土具有较强的包容性，可以将不同来源、具有不同性质的材料胶结固化，这为拓展原材料来源和固废利用提供了基础。近年来由于天然砂供应持续紧张，机制砂开始占据混凝土主导地位。机制砂相比天然砂颗粒多棱角，矿物来源广，受自身含粉量、细度及 MB 值等影响[1]，因此机制砂在使用过程中品质波动较大，也不可避免地给混凝土生产及硬化后的混凝土强度及耐久性带来影响。

机制砂 MB 值是衡量机制砂吸附能力的重要指标，一般认为 MB 值大于 1.4 所含泥粉为主，泥粉对聚羧酸减水剂分子基团产生竞争吸附[2]，易吸水膨胀，应着重控制。混凝土耐久性是保证混凝土工程服役寿命和使用功能的重要性能，也最容易被忽略。本项目研究了不同机制砂 MB 值对混凝土耐久性的影响，以期为机制砂应用提供理论和实际参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥为海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，比表面积 346m2/kg，标准稠度用水量 26.7%，经沸煮法检验安定性合格。粉煤灰采用Ⅱ级灰，需水比为 99%，28d 活性指数为 70%。矿粉为 S95 级，含水量 0.5%。

（2）机制砂：石灰石质机制砂，石粉含量 8%，细度模数 3.0，MB 值 0.6。通过加入泥粉获得不同 MB 值的机制砂，泥粉取自试验室周围泥土，经 105℃ 烘干、除去杂质并使其全部通过 75μm 方孔筛，获得不同 MB 值的机制砂。

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

（4）外加剂采用聚羧酸高性能减水剂，淡黄色液体，含固量 17%，掺量根据实际确定。

1.2 试验方法

（1）按照表 1 配比进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试验方法标准》，测试混凝土拌合物的工作性能。

表1 试验用 C30 配合比 kg/m3

（2）按照 GB/T 50081—2019 《混凝土物理力学性能试验方法标准》测定混凝土 7d、28d、60d 的抗压强度。

（3）混凝土体积收缩、碳化收缩及电通量测试参照 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

2 结果与讨论

2.1 对混凝土工作性能和强度的影响

有研究表明，适量的石粉可以降低浆体粘度，释放混凝土中的自由水，改善混凝土和易性[3]，但石粉 MB 值会对混凝土流动性带来一定影响，进而影响混凝土强度发展。为了进一步观察混凝土长期性能，对混凝土 7d、28d、60d 强度进行测试，结果见表 2。

表2 机制砂 MB 值对混凝土工作性能和强度的影响

从表 1 结果可以看出，机制砂 MB 值从 0.6 增加至 4.0，达到相同扩展度时的外加剂用量从 2.0% 升高至 3.1%，表现出机制砂中泥粉对外加剂较强的吸附性，包含泥粉的颗粒包裹在水泥颗粒表面，阻碍了外加剂分子对水泥颗粒的吸附，从而削弱了外加剂的减水效果。由表 2 可知，随着机制砂 MB 值增加，混凝土 1h 坍落度经时损失加快，在机制砂 MB 值在 2.0 以下时，混凝土流变损失相对缓慢，MB 值超过 2.0 后混凝土坍落度损失加快，当机制砂 MB 值达到 4.0 时，混凝土基本失去流动性，无法正常施工。

机制砂 MB 值对混凝土抗压强度同样影响较大，机制砂 MB 值增加，混凝土 7d、28d、60d 抗压强度出现不同程度的下降，MB 值 1.5 和 0.6 时抗压强度相差不大，当机制砂 MB 值为 4.0 时，7d、28d、60d 抗压强度 JS-5 比 JS-0 降低 17.8%、22.5%、24.6%。这可能是机制砂中所含的泥粉对自由水形成较多吸附，在混凝土硬化过程中影响了浆体对骨料的粘接力[4]，从而降低了混凝土抗压强度。

2.2 对混凝土体积收缩的影响

袁杰、李北星等人[2,5]的研究发现，机制砂石粉掺量增加混凝土干缩增大，机制砂 MB 值在不同掺量表现出的干缩值不一。测试了混凝土在室内干燥养护 (60±5)%、(20±2)℃ 条件下各龄期的体积收缩值，结果见表 3 和图 1。

表3 机制砂 MB 值对混凝土体积收缩的影响

图1 机制砂 MB 值对混凝土体积收缩的影响

表3、图 1 结果显示了机制砂 MB 值对混凝土 60d 内的体积收缩，机制砂 MB 值增加，混凝土总体收缩增加，相同 MB 值机制砂的混凝土随龄期发展而收缩增加。图 1 中机制砂 MB 值变化对混凝土 3d 收缩影响差别相对较小，这是因为早期混凝土内部水分相对充足，水泥水化能够提供一定的水分，但随着龄期增加，混凝土内部毛细孔增多，水分散失加快，从而使得混凝土干燥收缩增加。特别是当机制砂 MB 值为 4.0 时，混凝土 28d 和 60d 龄期的体积收缩显著增加，混凝土结构开裂风险较大。

2.3 对混凝土碳化深度的影响

在钢筋混凝土结构中，混凝土要保持一定的碱度，从而起到保护钢筋和维持自身水化产物稳定的作用[6]，碳化会使得混凝土碱度下降，从而对钢筋的保护减弱，因此应减小碳化对混凝土的影响。对机制砂 MB 值对混凝土碳化的影响进行研究，结果见表 4。

表4 机制砂 MB 值对混凝土碳化深度的影响

从表 4 结果来看，机制砂 MB 值升高，机制砂所含泥粉数量增加对混凝土抗碳化性能有不良影响，机制砂 MB 值增加，混凝土 7d 和 28d 碳化深度均出现加深，且当机制砂 MB 值高于 2.5 时混凝土碳化速度加快。这说明机制砂中所含泥粉增多对混凝土界面过渡区造成削弱，使得混凝土内部孔隙增多，为空气中二氧化碳和二氧化硫等酸性气体侵蚀提供了条件。