機制砂 MB 值對聚羧酸減水劑性能的影響研究

李偉騰

（科之杰新材料集團有限公司，福建 廈門 361101）

0 引言

自 2018 年來，全國多地禁止河砂和淡化海砂的使用，推廣使用機制砂，機制砂已經逐漸取代天然砂，成為混凝土生產的重要材料之一。由于不同廠家的母巖性質和生產設備不同，導致機制砂質量差別很大。機制砂的細度模數與微粉含量主要受粉碎設備及粉碎時間的影響，通常是可調整的，機制砂生產過程中會產生一定量粒徑小于 75μm 的微粉，這些微粉的主要成分為與母巖化學成分相同的石粉，但由于在生產過程中難免會摻雜少量表土，一些巖石的層間往往也夾雜有一定的天然土，所以微粉中往往還摻雜著成分各異的泥粉。這些微粉的成分往往會對混凝土的質量產生較大影響，因此對機制砂中微粉成分的檢測成為評定一種機制砂是否滿足配制要求的重要指標。目前我國通過測定 MB 值來檢測機制砂細粉中以什么成分為主，當 MB 值≤1.4 時，認為細粉的主要組成為石粉，判定為合格；反之認為細粉主要以泥粉為主[1]。這樣判斷過于片面，缺少微粉成分對混凝土的影響研究，本文針對目前市場應用較為廣泛的聚羧酸系減水劑，通過研究機制砂的 MB 值對石粉和泥粉的摻量、新拌混凝土的擴展度損失和硬化后的強度的影響，為混凝土的生產和質量控制提供一定的指導。

1 試驗原材料

水泥：建福 P·O42.5R 水泥。

粉煤灰：F 類Ⅱ級灰，燒失量 7.2%，細度（45μm方孔篩余）15.6%，需水比 102%。

基準砂：水洗去掉 0.075mm 微粉的花崗巖機制砂，細度模數為 2.8，級配區間為Ⅱ區。

碎石：5～31.5mm 連續級配碎石。

外加劑：科之杰 Point-400S 聚羧酸高效減水劑（標準型）。

石粉：取試驗用機制砂，水洗烘干后，經球磨機研磨，過 0.075mm 方孔篩，經 45μm 方孔篩篩余為17.8%。

泥粉：取廈門樁基工地表層土，烘干后經球磨機研磨，篩除 0.075mm 以上顆粒，經 45μm 方孔篩篩余為 18.0%。

2 MB 值試驗

2.1 試驗方法

機制砂 MB 值的測定按照 GB/T 14684—2011《建設用砂》[1]中規定的機制砂亞甲藍試驗方法進行。通過向基準砂中添加定量的純凈石粉或泥粉來調整機制砂中的石粉或泥粉含量然后進行亞甲藍試驗?？紤]到石粉對亞甲藍的吸附量相對較少，對 MB 的影響較小，如按 GB/T 14684—2011 中亞甲藍添加方法進行試驗時容易過量，造成 MB 值與細粉含量無線性規律的現象。因此，參考一些文獻[2]推薦的方法，在進行石粉對 MB值的影響試驗時將規范中亞甲藍的滴加規則由“每次滴加 5mL，第 5 分鐘時消失加 2mL”改為“每次滴加2mL，第 5 分鐘時消失加 1mL”，使泥粉對 MB 值的影響試驗時則與規范一致，以提高試驗精準度減小試驗誤差。

2.2 試驗結果

控制石粉和泥粉按一定量替代機制砂，進行亞甲藍試驗，測得基準砂的 MB 值為 0.5，當石粉摻量達到20%，MB 值為 1.0，當泥粉摻量達到 12% 時，MB 值達到 7.0，詳細試驗結果見圖 1。

圖 1 微粉含量對 MB 值影響

通過圖 1 可以發現，隨著石粉和泥粉含量的增加，機制砂 MB 值均呈逐漸增大的趨勢，且存在較好的線性相關性。同時，通過比較兩者的擬合線性關系式可以看出，機制砂的 MB 值受泥粉含量影響比較大。

表 1 微粉的化學性能 %

表 2 微粉的粒徑分布 %

圖 2 微粉掃描電鏡圖

通過表 2 的粒徑分析可以發現，兩者的粒徑分布存在較大的差異，泥粉的顆粒粒徑相對較小，因此泥粉相對石粉擁有較大的比表面積。通過觀察圖 2 石粉泥粉的電鏡掃描圖，可以發現石粉主要是一些致密的相對規則的顆粒組成，泥粉主要是由膨脹性粘土礦物構成，顆粒形狀不規則，表面疏松多孔，粘土礦物為層狀結構，含有硅氧四面體及鋁八面體這兩種基本的結構單元[3]。這種層狀結構使得粘土的微觀結構存在著大量的空隙，又大大增加了其比表面積，通過試驗測得泥粉的比表面積達到了 1126m2/kg，大大超過了石粉的 456m2/kg。

且泥粉在水溶液中溶解后，因表面層的斷鍵和晶格內部離子的不等價置換而帶負電[4]，而由圖 3 亞甲藍的分子結構圖可知，單分子層結構的亞甲藍帶有一定量的正電荷，因此與石粉相比，泥粉更容易吸附的亞甲藍分子，在物理和化學兩個因素同時影響下，機制砂的 MB值隨泥粉含量增加呈現快速增長趨勢。

圖 3 亞甲藍的分子結構

3 混凝土試驗

3.1 混凝土配合比

試驗的混凝土配合比見表 3。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

3.2 試驗結果及分析

3.2.1 MB 值與混凝土外加劑摻量

通過控制混凝土外加劑摻量，使混凝土初始坍落度在 (220±10)mm，擴展度在 (550±20)mm，得到 MB 值與摻量關系見表 4 和圖 4。

表 4 不同 MB 值對外加劑摻量的影響

圖 4 MB 值與混凝土外加劑摻量關系

通過圖 4 可以發現聚羧酸減水劑摻量隨 MB 值呈遞增現象并且存在較好的二次項線性相關。羧酸減水劑作為一種表面活性劑與亞甲藍類似易吸附于帶水泥顆?；蛭⒎垲w粒表面，當混凝土中有微粉存在時，微粉表面將吸附一定量的減水劑，導致減水劑在水泥顆粒表面的吸附量減少，其塑化效果降低，需增加減水劑的用量，才能保持其原有的塑化效果。同時 MB 值的增長不僅僅存在著微粉的吸附效果，也伴隨著微粉粉顆粒對自由水的吸附現象，導致固液兩相體積發生變化[5]，在這兩者的共同影響下，造成了 MB 值與聚羧酸減水劑摻量呈現上述關系。

3.2.2 MB 值與混凝土經時損失

與坍落度相比擴展度更能體現大坍落度混凝土的損失狀態，因此通過擴展度損失來研究混凝土的損失狀態，試驗結果見表 5 和圖 5。

表 5 MB 值對混凝土擴展度損失的影響

圖 5 MB 值與混凝土擴展度損失關系

通過圖 5 可以發現混凝土擴展度的損失情況在試驗范圍內，在三個數值階段呈現出不同的影響，當 MB 值在 0.5～1.0 時，該階段混凝土坍落度的損失不會隨著MB 值變化，該階段主要添加的是石粉，因此可以認為石粉含量對聚羧酸減水劑的吸附有限，對混凝土的擴展度損失基本沒有影響；而當 MB 值在 1.0～2.6 時，該階段主要是泥粉對外加劑的吸附造成的混凝土擴展度損失隨 MB 值的增大明顯加劇；當 MB 值為 2.6～7.0 時，該階段的泥粉對外加劑的吸附已趨于飽和，因此擴展度損失又會有明顯改善。

表 6 MB 值對混凝土抗壓強度的影響

3.2.3 MB 值與強度的關系

MB 值與 7d、28d 和 60d 混凝土抗壓強度見表 6。

通過表 6 可以發現，混凝土的抗壓強度受 MB 值影響不大，主要受石粉和泥粉含量的影響，隨著石粉含量的增高會有緩慢的上升，隨著泥粉含量的增高會明顯的下降。石粉的質地堅硬，起到了微集料和礦物添加劑的作用，具有一定的活性，不僅填充了混凝土的孔隙并還能與水泥反應，減少混凝土結構的缺陷，因此強度有一定的提升。而泥粉會阻礙集料與水泥的粘結，形成強度的薄弱區，降低了水泥與砂粘結力，同時泥粉還會對水泥的水化產生影響，起到腐蝕破壞作用，從而降低了混凝土的強度。

4 結論

通過本次試驗，得到以下結論：

（1）機制砂的 MB 值主要受泥粉的含量影響，石粉含量雖然會影響 MB 值但是影響程度有限，泥粉含量在 12%，MB 值增長幅度為 6.5g/kg，石粉含量在20%，MB 值增長幅度僅為 0.5g/kg。

（2）通過對聚羧酸減水劑的摻量和混凝土擴展度損失的研究發現，聚羧酸減水劑摻量會隨 MB 值的增長呈二次項增長趨勢，坍落度損失在不同階段會有不同的表現，因此在生產過程中如果有聚羧酸減水摻量和混凝土損失的異常的波動均要格外注意機制砂中的微粉含量和成分。

（3）混凝土強度不受 MB 值的影響，但是會受到機制砂中含泥粉量的嚴重影響，因此如果測得機制砂的MB 值＞1.4，需嚴格控制微粉的含量，否則將對混凝土的質量產生嚴重危害。