機制砂MB 值和泥粉含量對鐵路混凝土性能的影響研究

周悟聰

（申鐵方圓檢測科技有限公司，上海 201802）

0 引言

砂作為鐵路混凝土的重要原材料，每年有幾億噸被消耗，數量巨大，而現有的天然砂存儲量有限，因此，越來越多的混凝土開始使用機制砂。然而機制砂在開采過程中摻雜了不少石粉和黏土礦物，影響了混凝土的性能，造成混凝土的需水量增大、和易性不好、坍落度損失變大，甚至影響混凝土的耐久性能[1]。

機制砂的石粉不全部都是石粉，它主要由石粉和泥粉組成，泥粉又主要是在獲取材料過程中帶入的地表泥土和巖石間夾雜的少許黏性土組成。適量泥粉對混凝土和易性、黏聚性、強度有利的[2]，但是泥粉摻入過大會對混凝土工作性能、力學性能產生影響。在《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424—2018）中規定用亞甲藍值（MB）作為判定石粉含量（粒徑＜0.075mm 顆粒）吸附性能，機制砂在鐵路工程中一般用于強度等級C50 以下混凝土，此時亞甲藍MB 值＜1.4g/kg 且石粉含量（包括石粉和泥粉）≤7%即可，在實際生產檢測中會出現機制砂亞甲藍MB 接近1.4g/kg，且石粉含量（包括石粉和泥粉）≤7%的情況；雖然它的這兩項指標是滿足鐵路C50以下混凝土要求的，但是其實這種情況下石粉（包括石粉和泥粉）中已經摻雜了很多泥粉，嚴重影響了混凝土的各項性能。本文通過固定石粉含量（包括石粉和泥粉）為7%，摻入其中最大比例的泥粉，使得亞甲藍MB值接近于1.4g/kg，與不摻入泥粉的機制砂對比來研究其對混凝土性能的影響。

1 通過試驗測得石粉和泥粉所對應亞甲藍MB 值的關系

1.1 石粉和泥粉的制備

（1）石粉選取母巖花崗巖的機制砂，為了排除其中的泥粉含量，先篩分獲取到粒徑大于1.18mm 的，然后浸泡24h，清洗干凈，烘干至恒重，冷卻至室溫后用研磨設備制備成細粉，篩出0.075mm 以下作為石粉。

（2）泥粉采用具有代表性的蒙脫石粉。

1.2 不同比例石粉和泥粉對亞甲藍MB 值的影響

（1）按《建設用砂》（GB/T 14684—2022）標準中測定亞甲藍MB 值，通過添加不同比例的石粉和泥粉，來進行亞甲藍吸附能力的測試。為了提高試驗的精度，標準中亞甲藍的滴定數量由5mL 改成1mL。

（2）當機制砂中石粉含量（包括石粉和泥粉）全部為石粉時。機制砂中的石粉與機制砂材料基本相同，按摻入石粉0%、5%、10%、15%、20%分別加入篩洗掉粒徑0.075mm 以下的機制砂中，研究石粉含量對機制砂MB 值的影響，結果如圖1 所示，石粉含量從0%增加到20%，該機制砂MB 值由0.2g/kg 增大到0.7g/kg，它是隨著石粉含量增加而變大，即使石粉含量達到20%，亞甲藍MB 值也僅僅只有0.7g/kg。由此得出，石粉對亞甲藍的吸附能力小，石粉不是影響亞甲藍MB 值的關鍵因素[3]。

圖1 石粉對亞甲藍MB 值的影響

（3）當機制砂中石粉含量（包括石粉和泥粉）全部為泥粉時。將蒙脫石粉按摻入石粉1%、2%、3%、4%、4.7%分別加入篩洗掉粒徑0.075mm 以下的機制砂中，研究泥粉含量對亞甲藍MB 值的影響，結果如圖2 所示，泥粉含量只是從0 增加4.7%，亞甲藍MB 值立馬增長到了1.5g/kg，MB 值達到1.4g/kg 時所對應的泥粉含量大概為4.3%。

圖2 泥粉對亞甲藍MB 值的影響

（4）在鐵路工程使用的機制砂中細粉含量基本都是石粉和泥粉共同存在，此時石粉和泥粉的不同比例對于亞甲藍MB 值的影響尤為重要，在鐵路工程中機制砂一般用于C50 以下混凝土，因此在《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424—2018）標準中規定亞甲藍0.5g/kg≤MB＜1.4g/kg，且石粉含量≤7.0%的時候都能用于C50 以下混凝土。基于上述情況，通過試驗得出，當固定石粉含量（包括石粉和泥粉）總含量為7.0%，其中泥粉摻入量為0%時（即石粉含7.0%），此時亞甲藍MB 值為0.36g/kg，滿足鐵路混凝土中強度等級為C50 以下的混凝土要求；其中泥粉摻入量為3%（即石粉含4.0%，泥粉含3%），此時亞甲藍MB 值正好接近于1.4g/kg，該比例的機制砂也滿足鐵路混凝土中強度等級為C50 以下混凝土要求。因此在石粉含量（包括石粉和泥粉）固定在7%、其中泥粉含量摻入量為0%和3%（此時亞甲藍MB 值接近1.4g/kg）的情況下來分析其對鐵路混凝土工作性能以及力學性能的影響。

2 檢測在不同配合比下混凝土性能的差異變化

通過固定7%石粉含量（包括石粉和泥粉），其中摻入泥粉0%和其中3%替換為泥粉這兩種機制砂來檢測在不同配合比下混凝土性能的差異變化。

2.1 原材料

（1）水泥。浙江紅獅水泥股份有限公司P.O 42.5 實測3d 值強度為30.9MPa，28d 強度值為61.6MPa。

（2）粉煤灰。浙江大唐烏沙山發電廠，細度：8.4%，需水量比93%。

（3）機制砂。金華市紐蘭德商貿有限公司機制砂，報告編號：GL01202300004，細度模數2.7。

（4）粗骨料。溫嶺市振鑫建材有限公司碎石5～31.5mm，報告編號：GL02202300007，級配按（5~10mm）：（10~20mm）：（16~31.5mm）=20%:40%:40%摻配，表觀密度：2640kg/m3，堆積密度：1590kg/m3，空隙率：40%，壓碎指標值：9%。

（5）減水劑。上海宏韻新型建材有限公司，聚羧酸系高性能減水劑（緩凝型）摻量：1.0%，減水率：29%，含氣量：2.7%，7d 抗壓強度比：150%，28d 抗壓強度比：134%。

2.2 檢驗方法

新拌混凝土工作性能依據《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016）進行坍落度檢測和含氣量檢測，力學性能按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2016）檢測進行抗壓強度試驗，試件制作尺寸150mm3立方體一組三塊，齡期要求為56d。

2.3 試驗結果及分析

鐵路混凝土配合比分別為強度等級C25、C30、C35、C40、C45 等5 個配合比情況下進行比對試驗，研究滿足鐵路混凝土中強度等級為C50 以下混凝土的機制砂在石粉含量（包括石粉和泥粉）總含量為7.0%，其中泥粉含量分別為0%和3%時比較混凝土工作性能和力學性能，各個配合比的每方用量如表1 所示。

表1 配合比的比例

（1）泥粉含量對混凝土工作性能的影響。試驗采用石粉含量7%為基準配合比，用3%的泥粉等量代替石粉進行混凝土的工作性能、力學性能研究。采用強制式攪拌機拌和各個強度等級的混凝土，按照標準中相應的試驗方法分別對其測定坍落度、含氣量等工作性能，得到的數據如表2 所示，將表2 數據轉換成相關的圖形，如圖3、圖4 所示。

表2 工作性能

圖3 泥粉對坍落度的影響

圖4 泥粉對含氣量的影響

試驗數據表明，由于泥粉中含有大量的需水物質，且比石粉的需水量多很多，在拌和過程中，用水量是固定的，泥粉顆粒較大程度的吸附了拌和物中的水和外加劑，從而將流動的水減少，且水泥漿體的包裹性變差，而且泥粉的組成是蒙脫石粉，它的結構中層間距加大，吸水膨脹，導致新拌混凝土更加黏稠，流動性降低。從表2、圖3、圖4 中可以看出，相對于沒有摻入泥粉的混凝土，摻入泥粉配合比的新拌混凝土坍落度和含氣量都相應降低很多，顯著影響了混凝土的工作性能。

（2）泥粉含量對混凝土力學性能的影響?；炷猎跍y完工作性能之后制作150mm3立方體抗壓強度試件，1d 后拆模，隨后放入標準養護室養護，56d 齡期后測其抗壓強度。得到的力學性能數據如表3 所示，將表3 數據轉換成相關的圖形，如圖5 所示。

表3 力學性能

圖5 泥粉對混凝土強度的影響

試驗數據表明，相比于沒有加入泥粉的混凝土，在加入3%泥粉后其56d 立方體抗壓強度下降情況是C25 混凝土下降20.9%，C30 混凝土下降18.2%，C35 混凝土下降17.5%，C40 混凝土下降17.0%，C45 混凝土下降13.8%。從強度下降的幅度來看，泥粉含量對于低強度等級的混凝土強度比高強度等級混凝土的強度影響更大。從各個標號混凝土強度對比來看，摻入其中的泥粉會影響水泥和砂石料相互之間的黏結，易形成相對薄弱的結構，在收到外力作用時容易收到破壞，導致混凝土承受力下降。

3 結論

（1）石粉對亞甲藍MB 值影響很小，相反泥粉對亞甲藍MB 值影響很大。

（2）摻入3%泥粉的機制砂對混凝土的工作性能影響很大，含氣量和坍落度都有顯著降低。

（3）從不同強度等級的鐵路混凝土強度來看，相比于全部為石粉的機制砂，在摻入3%泥粉之后強度都有明顯下降趨勢，從強度下降率來看，泥粉含量對低強度等級的混凝土影響更大。

（4）當亞甲藍MB 值接近于1.4g/kg、石粉含量（泥粉含3%）等于7.0%，此種情況符合《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424—2018）標準中C50 以下混凝土要求[4]，但是相較于全部為石粉的機制砂混凝土工作性能、力學性能都下降極為明顯，在施工檢測過程中要對這種性能的機制砂加強重視。