機制砂中石粉含量的測定方法研究進展

馮喜雄 張茂林 秦龍飛

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

責任編輯/孫世瑋 美術編輯/李文華

一、引言

近年來，我國土木工程基礎設施建設規模巨大，優質河砂資源日趨匱乏，且隨著環保意識的增強，可開采的河砂資源越來越少，機制砂成為代替河砂的主要材料。機制砂是由開采所得巖石經過機械破碎篩分而制成的砂，與天然砂相比，機制砂資源豐富、質量可控且成本低廉，適合大規模工廠化生產，對于河砂缺乏的山區，采用機制砂更具有經濟性。

受石材強度、生產工藝等因素的影響，在生產過程中，機制砂會產生一定量并小于75μm的石粉顆粒。相關研究表明，過量的石粉不僅會使機制砂制備的混凝土拌合物存在和易性差的問題，還對混凝土強度、耐久性以及收縮徐變等長期性能產生顯著的影響。

基于此，MB值作為定性評價機制砂石粉含量的指標被廣泛應用于實際生產中，但常用的標準如《建設用砂》(GB/T 14684-2011)以及《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)中測定MB值的方法仍存在一些問題。本文對當前標準中機制砂石粉含量測定方法的不足之處進行了分析，并進一步對基于改進規范的不足之處和石粉吸附性能的定性測量石粉含量的方法進行了系統總結梳理，為實際工程中機制砂石粉含量的測定工作提供指導。

二、規范中MB值的測定方法及評價

（一）規范中MB值的測定方法

我國《建設用砂》(GB/T 14684-2011)標準，以及《公路工程集料試驗規程》（JTG E42-2005）采用MB值對機制砂中石粉含量進行量測，該測定方法簡述如下：

按照規程標準中的各項操作要求，將機制砂縮分約400g制成試樣，烘干至恒量待冷卻至室溫后，篩除大于2.36mm的顆粒。依次將試樣制備成試樣懸濁液，加入制備好的亞甲藍溶液，取懸濁液滴于濾紙上，根據出現色暈的時間及色暈持續5min時所加入的亞甲藍溶液總體積，按下式計算MB值，數值精確至0.1。

其中，MB表示亞甲藍值（g/kg），表示每千克0 mm～2.36mm粒徑試樣所消耗的亞甲藍質量；G代表試樣質量（g）；V表示所加入的亞甲藍溶液的總量，單位為毫升（ml）；公式中的10代表用于每千克試樣消耗的亞甲藍溶液體積換算成亞甲藍質量。

（二）評價

目前在應用中，由于不規范操作和實驗室條件限制等因素，使得試驗結果出現不同程度的誤差。造成誤差的主要原因有如下幾點：

1.取樣導致的誤差。取樣范圍為2.36mm以下的顆粒，而對MB值貢獻最大的顆粒是0.075mm以下顆粒，超出取樣范圍的樣品無法代表細顆粒的粒徑分布。

2.加入亞甲基藍溶液過程中產生的誤差。無論是采用移液管還是滴定管加入亞甲藍溶液時，都會因實驗人員操作帶來亞甲藍使用量統計的誤差。

3.規定時間內完成操作的難度大。在1min內快速準確地完成吸取溶液，沾染試驗等過程對大部分實驗員難度較大，易造成誤差。

三、改進的MB值測定方法

鑒于規程標準中MB值的測定方法在實際應用中存在的測量誤差，可采用如下兩種改進的MB值測定方法來降低誤差的影響。

（一）方法一

將樣品和溶液的質量等比例減少到原來的1/5，通過設置0.6mm的篩子對測量用機制砂進行過篩，將測量的砂分為兩個粒級，再分別選取兩個粒級的砂子作為測量機制砂，以此來降低傳統測量方式取樣范圍大的問題，再通過使用帶刻度的注射器替代移液管，逐次分步加入亞甲藍溶液，避免移液過程中的誤差和加入過多亞甲基藍造成的環境污染問題。

通過大量實驗對比證明，此方法測定出的MB值的精確度可達0.02（標準要求為0.1），同一樣本重復6次后的測定值離散系數小于5%。綜上所述，此測定法不但可減少樣品和標準溶液的用量，還可提高機制砂亞甲藍MB值的精度并減少誤差。

具體操作步驟如下：

1.將500g機制砂烘至恒重，篩去其中大于2.36mm的顆粒，再采用0.6mm篩將砂樣過篩，記錄篩上和篩下兩部分砂樣的重量（m上和m下），按比例稱取篩上［40×m上/（m上+m下）g］和篩下［40×m下/（m上+m下）g］砂樣共40g；

2.倒入盛有100±1g的蒸餾水的燒杯中，用葉輪攪拌機以（600±60）r/min的速度攪拌5min，然后以（400±40）r/min的速度攪拌至試驗結束；

3.使用刻度注射器向懸浮液中加入1ml亞甲藍溶液，然后以（400±40）r/min的速度攪拌至少1min后，用玻璃棒沾取一滴懸浮液，滴于濾紙上，觀察沉淀物在濾紙上的色暈；若未出現色暈，在使用刻度注射器再加入1ml的亞甲藍溶液，攪拌至少1min后，觀察色暈，重復以上步驟，直至沉淀物周圍出現色暈；此時應繼續攪拌，每1min進行一次沾染試驗，若色暈在4min內消失，繼續向懸浮液中加入0.4ml亞甲藍溶液，攪拌至少1min后，用玻璃棒沾取一滴懸浮液，滴于濾紙上出現色暈，繼續攪拌，每1min進行一次沾染試驗，直到色暈可以持續5min；

4.記錄色暈能持續5min所加的亞甲藍溶液的總體積，精確至0.2ml，再根據《建設用砂》(GB/T 14684-2011)相同的方法計算MB值；

5.再將計算結果對照國際標準，符合要求為合格。

（二）方法二

據研究，亞甲藍對泥土敏感，對石粉不敏感，機制砂中小于75μm的細小顆粒主要是由一些惰性非黏土類礦物組成，對MB值的貢獻較小。其次，2.36mm以上顆粒的表面可能會因為雨水或其他自然原因而附著黏土，黏土對MB值的影響大，若僅僅對測量用砂進行烘干篩除，黏土小顆粒很有可能會粘附于大顆粒，隨大顆粒一起被篩除掉，如此將會導致石粉測量結果偏小，造成很大的誤差。

為避免此類誤差，樣品過2.36mm篩后，將附著在粒徑大于2.36mm的機制砂上的黏土和粒徑小于75μm的粉塵沖洗至清洗液內，再將清洗液添加到粒徑小于2.36mm的部分中，保證了機制砂中所有粒徑小于75μm的顆粒完全進入試驗樣品中。通過將篩下部分進行兩種粒級的篩分，按重量比例從篩分的各個粒級部分中取樣并將其混合均勻形成試驗樣品，添加蒸餾水至試驗樣品中并進行攪拌，再向攪拌后的溶液中加入亞甲基藍溶液，使用堿式滴定管進行亞甲基藍溶液的添加，使用濾紙對添加有亞甲基藍溶液的試驗樣品混合物中的懸浮液進行沾染試驗，待沉積于濾紙上的沉淀物周圍出現淡藍色色暈時，記錄此時滴加的亞甲基藍溶液的體積。

具體操作步驟如下：

1.取不少于600g的機制砂烘干至恒重，使用2.36mm的篩子對機制砂過篩，對篩上部分a進行清洗（見注），將附著在篩上部分a中的機制砂上的黏土和粒徑小于75μm的粉塵沖洗至清洗液內，將清洗液與篩下部分b進行混合，對混合有清洗液的篩下部分b進行烘干至恒重得到烘干樣品；

2.使用至少兩種不同粒級的套篩，將烘干樣品篩分（見注），按照重量比例分別對各粒級進行取樣，將取得的機制砂攪拌均勻形成試驗樣品；

3.向試驗樣品中加入蒸餾水，并對其進行充分攪拌，直至試驗樣品與蒸餾水完全混合均勻；

4.繼續對試驗樣品進行攪拌，并向試驗樣品與蒸餾水的混合物中滴加亞甲藍溶液（見注），取一滴試驗樣品、蒸餾水和亞甲基藍溶液的混合物的懸浮液滴于濾紙上，待沉積于濾紙上的沉淀物周圍出現淡藍色色暈時，記錄滴加的亞甲基藍溶液的體積；

5.按《建設用砂》(GB/T 14684-2011)相同的方法計算該機制砂的亞甲基藍MB值，并將其與國際標準進行對比，判斷該機制砂是否符合標準。

注：步驟1中清洗篩上部分a的方法為：將篩上部分a置于燒杯中，向燒杯中添加蒸餾水，充分攪拌至均勻，使附著在機制砂上的黏土和粒徑小于75μm的粉塵脫離機制砂表面，用網孔直徑為1.5～2.36mm的濾網過濾后，使用蒸餾水對濾網上的部分進行沖洗，然后將濾網下混合有黏土和粒徑小于75μm的粉塵的清洗液倒入到篩下部分b中，完成清洗步驟。

步驟2中使用兩種粒級篩篩分烘干樣品的方法為：使用0.6mm和0.15mm的套篩篩分烘干樣品，將烘干樣品篩分為粒徑大于0.6mm的大顆粒m上、粒徑在0.6mm～0.15mm之間的中顆粒m中和粒徑小于0.15mm的小顆粒m下，按照重量比例?。?/p>

步驟4中向試驗樣品中添加亞甲基藍溶液的方法為：使用堿式滴定管，向攪拌均勻的試驗樣品與蒸餾水的混合物中加入3滴亞甲基藍溶液，然后以400r/min的速度攪拌1min后，使用玻璃棒蘸取一滴試驗樣品、蒸餾水和亞甲基藍溶液的混合物中的懸浮液滴于濾紙上，若沉積于濾紙上的沉淀物周圍未出現淡藍色色暈，則重復上述步驟，直至沉淀物周圍出現約1mm的淺藍色色暈，繼續攪拌，每隔1min進行一次沾染試驗，若色暈在4min內消失，向懸浮液中加入1滴亞甲藍溶液，攪拌1min后，繼續進行沾染試驗，直至最終色暈可持續5min，然后記錄最終所用亞甲基藍溶液的總體積。

四、基于機制砂吸附性能的石粉含量測定方法

由于機制砂石粉中的膨脹性黏土礦物主要影響砂漿及混凝土的工作性能，因此，還可從測定機制砂石粉吸附性能的角度，根據流動度比評價機制砂石粉中是否存在膨脹性黏土礦物及其含量的整體指標。

具體操作步驟如下：

1.取機制砂烘干至恒重不少于3000g，稱取試樣500g，增加75μm方孔篩，將套篩置于搖篩機上，搖10min，取篩底石粉備用；再次稱取試樣500g，進行同樣的篩分，直至篩底石粉累計達到150g；

2.測定基準組的膠砂流動度：分別稱取水泥450g、干凈砂1350g、水180g，減水劑Zg(Z為基準組膠砂流動度達到180±5mm時的減水劑用量)，按照水泥膠砂流動度試驗進行試驗，記錄基準組的膠砂流動度Y；

3.測定實驗組的膠秒流動度：分別稱取水泥315g、機制砂1350g、水180g、減水劑Z重量，按照水泥膠砂流動度試驗進行試驗，記錄實驗組的膠砂流動度X；

4.根據公式

式中：F0.4為在0.4水膠比下的流動度比（%）；X為實驗組的膠砂流動度（mm）；Y為基準組的膠砂流動度（mm）；

5.通過多次對比試驗，既采用上述流動度試驗方法與采用同樣機制砂試樣，按照《建設用砂》(GB/T 14684-2011)標準中7.5章測定該砂樣亞甲基藍值的試驗方法，對比可知，若F0.4大于100%，對應的亞甲基藍值大多小于1.4，機制砂含較少的石粉；若F0.4接近100%，對應的亞甲基藍值大多接近1.4，機制砂含一定量的石粉；若F0.4小于100%，對應的亞甲基藍值大于1.4，機制砂含較多的石粉。