機制砂MB值對混凝土耐久性能的影響

賴日飛

（縉云縣九州混凝土有限公司，浙江 麗水 321400）

0 前言

混凝土由膠凝材料、骨料、水和外加劑組成，經過拌合具備施工要求的工作性能，適用范圍廣、結構強度高、耐久性好，在基礎設施建設中具有不可替代的作用。混凝土具有較強的包容性，可以將不同來源、具有不同性質的材料膠結固化，這為拓展原材料來源和固廢利用提供了基礎。近年來由于天然砂供應持續緊張，機制砂開始占據混凝土主導地位。機制砂相比天然砂顆粒多棱角，礦物來源廣，受自身含粉量、細度及 MB 值等影響[1]，因此機制砂在使用過程中品質波動較大，也不可避免地給混凝土生產及硬化后的混凝土強度及耐久性帶來影響。

機制砂 MB 值是衡量機制砂吸附能力的重要指標，一般認為 MB 值大于 1.4 所含泥粉為主，泥粉對聚羧酸減水劑分子基團產生競爭吸附[2]，易吸水膨脹，應著重控制。混凝土耐久性是保證混凝土工程服役壽命和使用功能的重要性能，也最容易被忽略。本項目研究了不同機制砂 MB 值對混凝土耐久性的影響，以期為機制砂應用提供理論和實際參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，比表面積 346m2/kg，標準稠度用水量 26.7%，經沸煮法檢驗安定性合格。粉煤灰采用Ⅱ級灰，需水比為 99%，28d 活性指數為 70%。礦粉為 S95 級，含水量 0.5%。

（2）機制砂：石灰石質機制砂，石粉含量 8%，細度模數 3.0，MB 值 0.6。通過加入泥粉獲得不同 MB 值的機制砂，泥粉取自試驗室周圍泥土，經 105℃ 烘干、除去雜質并使其全部通過 75μm 方孔篩，獲得不同 MB 值的機制砂。

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

（4）外加劑采用聚羧酸高性能減水劑，淡黃色液體，含固量 17%，摻量根據實際確定。

1.2 試驗方法

（1）按照表 1 配比進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試驗方法標準》，測試混凝土拌合物的工作性能。

表1 試驗用 C30 配合比 kg/m3

（2）按照 GB/T 50081—2019 《混凝土物理力學性能試驗方法標準》測定混凝土 7d、28d、60d 的抗壓強度。

（3）混凝土體積收縮、碳化收縮及電通量測試參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。

2 結果與討論

2.1 對混凝土工作性能和強度的影響

有研究表明，適量的石粉可以降低漿體粘度，釋放混凝土中的自由水，改善混凝土和易性[3]，但石粉 MB 值會對混凝土流動性帶來一定影響，進而影響混凝土強度發展。為了進一步觀察混凝土長期性能，對混凝土 7d、28d、60d 強度進行測試，結果見表 2。

表2 機制砂 MB 值對混凝土工作性能和強度的影響

從表 1 結果可以看出，機制砂 MB 值從 0.6 增加至 4.0，達到相同擴展度時的外加劑用量從 2.0% 升高至 3.1%，表現出機制砂中泥粉對外加劑較強的吸附性，包含泥粉的顆粒包裹在水泥顆粒表面，阻礙了外加劑分子對水泥顆粒的吸附，從而削弱了外加劑的減水效果。由表 2 可知，隨著機制砂 MB 值增加，混凝土 1h 坍落度經時損失加快，在機制砂 MB 值在 2.0 以下時，混凝土流變損失相對緩慢，MB 值超過 2.0 后混凝土坍落度損失加快，當機制砂 MB 值達到 4.0 時，混凝土基本失去流動性，無法正常施工。

機制砂 MB 值對混凝土抗壓強度同樣影響較大，機制砂 MB 值增加，混凝土 7d、28d、60d 抗壓強度出現不同程度的下降，MB 值 1.5 和 0.6 時抗壓強度相差不大，當機制砂 MB 值為 4.0 時，7d、28d、60d 抗壓強度 JS-5 比 JS-0 降低 17.8%、22.5%、24.6%。這可能是機制砂中所含的泥粉對自由水形成較多吸附，在混凝土硬化過程中影響了漿體對骨料的粘接力[4]，從而降低了混凝土抗壓強度。

2.2 對混凝土體積收縮的影響

袁杰、李北星等人[2,5]的研究發現，機制砂石粉摻量增加混凝土干縮增大，機制砂 MB 值在不同摻量表現出的干縮值不一。測試了混凝土在室內干燥養護 (60±5)%、(20±2)℃ 條件下各齡期的體積收縮值，結果見表 3 和圖 1。

表3 機制砂 MB 值對混凝土體積收縮的影響

圖1 機制砂 MB 值對混凝土體積收縮的影響

表3、圖 1 結果顯示了機制砂 MB 值對混凝土 60d 內的體積收縮，機制砂 MB 值增加，混凝土總體收縮增加，相同 MB 值機制砂的混凝土隨齡期發展而收縮增加。圖 1 中機制砂 MB 值變化對混凝土 3d 收縮影響差別相對較小，這是因為早期混凝土內部水分相對充足，水泥水化能夠提供一定的水分，但隨著齡期增加，混凝土內部毛細孔增多，水分散失加快，從而使得混凝土干燥收縮增加。特別是當機制砂 MB 值為 4.0 時，混凝土 28d 和 60d 齡期的體積收縮顯著增加，混凝土結構開裂風險較大。

2.3 對混凝土碳化深度的影響

在鋼筋混凝土結構中，混凝土要保持一定的堿度，從而起到保護鋼筋和維持自身水化產物穩定的作用[6]，碳化會使得混凝土堿度下降，從而對鋼筋的保護減弱，因此應減小碳化對混凝土的影響。對機制砂 MB 值對混凝土碳化的影響進行研究，結果見表 4。

表4 機制砂 MB 值對混凝土碳化深度的影響

從表 4 結果來看，機制砂 MB 值升高，機制砂所含泥粉數量增加對混凝土抗碳化性能有不良影響，機制砂 MB 值增加，混凝土 7d 和 28d 碳化深度均出現加深，且當機制砂 MB 值高于 2.5 時混凝土碳化速度加快。這說明機制砂中所含泥粉增多對混凝土界面過渡區造成削弱，使得混凝土內部孔隙增多，為空氣中二氧化碳和二氧化硫等酸性氣體侵蝕提供了條件。

2.4 對混凝土電通量的影響

混凝土電通量反映了導電離子在孔溶液中的遷移情況，常用來評價混凝土抗氯離子性能，也是混凝土耐久性測試的重要手段。機制砂 MB 值對混凝土電通量的影響見表 5 和圖 2。

表5 混合砂混凝土電通量

圖2 機制砂 MB 值對混凝土電通量的影響

從表 5 和圖 2 結果可知，混凝土機制砂 MB 值對混凝土電通量影響較大。機制砂 MB 值升高，機制砂中泥粉含量增多，混凝土電通量增加，說明機制砂 MB 值升高對混凝土抵抗氯離子及其他有害離子侵蝕能力減弱，這說明從混凝土結構耐久性考慮應控制混凝土 MB 值的范圍。

3 結論

（1）機制砂 MB 值升高，機制砂所含泥粉對外加劑的吸附增加，使得外加劑用量增加，保坍性能下降，同時混凝土早期和后期抗壓強度均受機制砂 MB 值影響較大。

（2）混凝土各齡期收縮隨機制砂泥粉含量增加而增加，相同機制砂 MB 值，混凝土隨齡期發展而收縮增長。機制砂 MB 值變化對混凝土 3d 收縮影響差別相對較小，當機制砂 MB 值增加至 4.0 時，混凝土 28d 和 60d 齡期的體積收縮顯著增加。

（3）機制砂 MB 值升高會對混凝土抗碳化性能有不良影響，混凝土 7d 和 28d 碳化深度均出現加深，且當機制砂 MB 值高于 2.5 時混凝土碳化速度加快。

（4）混凝土機制砂 MB 值對混凝土電通量影響較大，機制砂 MB 值升高，混凝土電通量增加，混凝土抵抗氯離子及其他有害離子侵蝕能力減弱。