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(jīng)過拌合具備施工要求的工作性能，適用范圍廣、結(jié)構(gòu)強度高、耐久性好，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(zhì)的材料膠結(jié)固化，這為拓展原材料來源和固廢利用提供了基礎(chǔ)。近年來由于天然砂供應(yīng)持續(xù)緊張，機制砂開始占據(jù)混凝土主導(dǎo)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(zhì)波動較大，也不可避免地給混凝土生產(chǎn)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(chǎn)生競爭吸附[2]，易吸水膨脹，應(yīng)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(yīng)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(jīng)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(shù)為 70%。礦粉為 S95 級，含水量 0.5%。

（2）機制砂：石灰石質(zhì)機制砂，石粉含量 8%，細度模數(shù) 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(jīng) 105℃ 烘干、除去雜質(zhì)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(jù)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(xué)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(jié)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(fā)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(jié)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(jié)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)出的干縮值不一。測試了混凝土在室內(nèi)干燥養(yǎng)護 (60±5)%、(20±2)℃ 條件下各齡期的體積收縮值，結(jié)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(jié)果顯示了機制砂 MB 值對混凝土 60d 內(nèi)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(fā)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(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險較大。

2.3 對混凝土碳化深度的影響

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(chǎn)物穩(wěn)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(yīng)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(jié)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(jié)果來看，機制砂 MB 值升高，機制砂所含泥粉數(shù)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(xiàn)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(qū)造成削弱，使得混凝土內(nèi)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(dǎo)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(jié)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(jié)構(gòu)耐久性考慮應(yīng)控制混凝土 MB 值的范圍。

3 結(jié)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(fā)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(xiàn)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。