機制砂MB值影響因素及對聚羧酸減水劑的吸附特性分析

陳妙福

（臺州誠業商品混凝土有限公司，浙江 臺州 317515）

0 前言

我國經濟長期快速發展帶動基礎設施建設大規模推進，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，機制砂作為天然砂的替代資源被用于混凝土的生產。機制砂在母巖破碎的過程中，不可避免的會混有山皮，這就導致了機制砂除了含有石粉外，還會混有泥粉等其他組分，研究表明機制砂含泥會使得混凝土用水量增加，對減水劑的吸附增強，降低減水劑在混凝土中的應用效果[1,2]。為規范機制砂的應用范圍，亞甲基藍吸附值（MB）被用來檢測機制砂含粉特性。

針對 MB 值的影響因素，沈衛國[3]和杭美艷[4]等進行了相關研究，均認為泥粉對機制砂 MB 值影響較大，但石粉含量、石粉細度等因素對機砂品質的影響研究相對較少，需要更多數據支撐。本文針對影響機制砂 MB值的因素進行了系統分析，并研究了機制砂 MB 值對聚羧酸減水劑的吸附影響，以期為機制砂應用提供理論和實踐參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）試驗機制砂

原狀機制砂母巖為石灰巖，細度模數 2.9，石粉含量為 10%，將機制砂大于 4.75mm 和小于 75μm 的顆粒進行篩除，烘干備用。

（2）試驗石粉

篩除原狀機制砂 75μm 以下細粉，烘干用球磨機進行粉磨至不同比表面積，即得所制石粉。

（3）泥粉

試驗泥粉取自機制砂原產地附近，經烘干去除雜質，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，醚類減水劑，含固量 15%。

1.2 試驗方法

（1）MB 值測試：參照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》進行機制砂亞甲基藍吸附測試。

（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℃ 室溫環境內，反應至指定時間后，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（UV）測定其吸附后殘余濃度。然后根據下式計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）質量，g。

2 試驗結果及討論

2.1 石粉細度對機制砂 MB 值的影響

將機制砂進行篩分獲得 75μm 以上顆粒，進行烘干粉磨獲得比表面積為 300m2/kg、400m2/kg、500m2/kg、600m2/kg，將不同細度的石粉和試樣機制砂進行充分攪拌混合，測試機制砂石粉含量為 10%、15%、20% 時，石粉細度對機制砂 MB 值的影響，結果見表 1 和 圖 1。

表1 石粉細度對機制砂 MB 值的影響 g/kg

圖1 石粉細度對機制砂 MB 值的影響

表1 和圖 1 的結果顯示機制砂石粉摻量一定，石粉比表面積增加，機制砂 MB 值隨之增大，相同比表面積的石粉，機制砂中含量越多機制砂 MB 值也較大，這顯示機制砂中石粉比表面積或摻量增加都引起機制砂對亞甲基藍的吸附增加，但總的增加值較小，石粉含量20%、石粉細度 600m2/kg 時機制砂 MB 值仍低于 0.4，這是因為石粉是惰性礦物，對亞甲藍的吸附為物理吸附，比表面積或摻量的增加并不會改變石粉的吸附方式，因此并未顯著增加機制砂 MB 值。

2.2 石粉含量對機制砂 MB 值的影響

不同批次的機制砂石粉含量也會有所不同，設定石粉比表面積為 400m2/kg，測試機制砂中不同石粉含量對機制砂 MB 值的影響，結果見表 2 和圖 2 所示。

表2 石粉含量對機制砂 MB 值的影響 g/kg

圖2 石粉含量對機制砂 MB 值的影響

表2 和圖 2 機制砂 MB 值的變化曲線反映，石粉含量和機制砂 MB 值之間存在近乎直線相關，石粉含量從5% 增加至 25%，機制砂 MB 值相比初值增加 1 倍，但總值相對較小，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亞甲基藍的物理吸附特性，因而 MB 值總值并未大幅增加。

2.3 泥粉對機制砂 MB 值的影響

粘土自身的層間結構容易吸收水分等小分子體積膨脹，固定機制砂石粉含量 5%，外摻泥粉與機制砂和石粉混合，機制砂中泥粉量對亞甲基藍的吸附值，結果見表 3、圖 3。

表3 和圖 3 結果表明，泥粉對機制砂 MB 值影響較大，泥粉含量從 0% 增加至 5%，機制砂 MB 值增長近 20 倍，泥粉含量 5% 時，機制砂 MB 值超過 4.0，呈現較強的吸附性。泥粉含量增加，所帶電荷數量和密度增加，對亞甲基藍的吸附量是粘土顆粒所帶電荷的函數[5]。

圖3 機制砂中泥粉含量對機制砂 MB 值的影響

2.4 機制砂 MB 值對聚羧酸減水劑的吸附影響

機制砂 MB 值的增加提高了對亞甲基藍的吸附量，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，進而提高水泥漿體的流動性，聚羧酸減水劑在機制砂混凝土中的應用需考慮不同 MB 值造成的影響。測試了設定時間內不同MB 值的機制砂對聚羧酸減水劑吸附的影響，結果見表4 和圖 4。

表4 機制砂 MB 值對聚羧酸吸附量的影響 mg/g

表4 和圖 4 結果可以看出，機制砂 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 MB 值在 2.0 以下時，在不同時間機制砂對聚羧酸的吸附量相對較低，機制砂 MB 值為 2.0 和 3.0 時聚羧酸吸附量隨時間增長較快，說明泥對聚羧酸吸附較強。聚羧酸減水劑溶于水，泥粉自身吸附性較強，聚羧酸分子更容易吸附在泥的表面，進而降低溶液中聚羧酸分子的有效數量[6]，對聚羧酸減水劑的效用產生負面影響。

3 結論

（1）石粉摻量固定，比表面積增加機制砂 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）機砂石粉含量增加，石粉對亞甲基藍的吸附增多，MB 值有所增長，但石粉含量增加并無改變石粉的吸附方式，且機制砂 MB 值并未高于 0.5。

（3）機制砂中泥粉對機制砂 MB 值影響較大，泥粉增加，對亞甲基藍的吸附量快速增長，機砂 MB 值增長幅度也較大。

圖4 機制砂 MB 值對聚羧酸吸附量的影響

（4）機制砂 MB 值增加，聚羧酸吸附量隨之增長，且 MB 值超過 1.5 時泥對聚羧酸的吸附量較大，進而降低聚羧酸減水劑的使用效果。