骨料泥粉含量及 MB值对混凝土性能的影响研究

文摘 2024-12-16 07:04 河南

混凝土是建筑施工中的常用材料，其性能直接影响建筑结构质量和安全。在混凝土制作过程中骨料占比往往在7成左右，是混凝土的各项性能的重要影响因素。近年来，随着天然骨料的减少和环保要求的提升，机制砂、再生砂以及混合砂在水工混凝土生产中大面积推广应用，细骨料的来源日趋复杂化，其质量控制难度也日渐增大。因此，研究混凝土骨料质量对混凝土性能的影响具有重要的理论意义和工程意义。

相关研究显示，骨料中粒径75μm以下的微细颗粒对混凝土性能的影响最大。这些微细颗粒主要由原生矿物和次生矿物组成，其中原生矿物主要是各类石粉，其粒径一般在16μm以上，对水和外加剂的吸附作用有限，在水泥基材料中还可以起到填充和化学作用，可以在一定程度上改善混凝土性能。

次生矿物主要是以高岭土、蒙脱土和伊利土为代表的泥粉，主要是复合的硅酸盐晶体，颗粒呈片状，粒径较小，一般为16μm以下。由于泥粉的吸附性较强，能大量吸收混凝土材料中的自由水和外加剂，影响浆体性能，导致拌合物工作性能下降，最终给水工混凝土结构施工埋下安全隐患。含泥量作为混凝土骨料质量检测的重要指标，现行的《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）中主要利用亚甲蓝值（MB）区分石粉和泥粉，并以MB值1.4为界限。由于泥粉种类、组成以及晶体结构十分复杂，MB值超过1.4的细骨料泥粉对混凝土性能的影响也十分复杂，目前尚无成熟的理论支撑。显然，在机制砂和混合砂广泛应用背景下，利用水洗的方式严格控制细骨料的MB值不仅会大幅抬升机制砂成本，造成环境污染和资源浪费，并且机制砂中残留的絮凝剂也会对混凝土性能造成潜在不利影响。因此，研究和分析细骨料中泥粉含量及MB值对混凝土性能的影响具有重要意义。

1试验

1.1原材料

试验用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，其基本物理性能参数见表1；粉煤灰为电厂一级粉煤灰；试验用砂为细度模数2.65的机制砂，由玄武岩破碎筛分制成；粗骨料为粒径5～20mm人工碎石，岩性为石灰岩，级配良好。为了保证试验配合比的准确性，实验前对粗骨料和细骨料分别过筛、清洗后晾干，最大限度降低原始材料中所含泥粉对试验结果的可能影响；试验用减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率为20%；试验用水为生活饮用水，其各项指标均满足《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-2006）的要求。

试验用泥粉为高岭土、蒙脱土和伊利土均来自河北石家庄某公司产的黏土矿物。相关研究显示，不同微细颗粒的吸附性存在较大的差异，而吸附性是微细颗粒影响混凝土性能的重要因素。在微细颗粒吸附性评价方面，使用最广泛的使MB值。基于此，研究中以《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）中的相关规定为依据对上述3种原材料进行MB值测试，结果见表2。

1.2混凝土配合比

为了探讨不同种类泥粉含量对混凝土性能的影响，试验中按照0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的质量分数用泥粉取代机制砂；为了探讨泥粉MB值对混凝土性能的影响，试验中以蒙脱土、高岭土等量混合再掺入伊利土，通过对伊利土掺加比例的调整，获得2、3、4、5、6、7、8等不同MB值的混合泥粉，并以6%的质量分数取代机制砂进行试验。混凝土的基础配合比以建筑领域常用的C30混凝土为参照，具体见表3。

1.3试验方法

混凝土材料的制备采用60L强制式搅拌机，具体步骤如下：首先按照试验配合比称量好试验材料，按顺序将粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、泥粉等原材料加入搅拌机干拌2min，之后缓缓加入水和减水剂继续搅拌2min得到混凝土拌合物。

将混凝土拌合物分成两部分，一部分直接进行工作性能测试，另一部分进行试件制作并测试其力学性能。混凝土的工作性能指标选择坍落度和扩展度，测试方法按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2016）进行，考虑工程应用实际，研究中测量1h经时塌落度和拓展度；混凝土的力学性能指标选择抗压强度，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2019）进行测试；混凝土的耐久性指标选择电通量，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）进行测试。

2结果与分析

2.1工作性能

根据不同泥粉种类、不同掺量水平试验方案的试验数据，计算获取混凝土的拓展度和塌落度，结果分别见图1和图2。

泥粉掺量对混凝土的工作性能存在显著影响，塌落度和拓展度均随着泥粉掺量的增大而减小。但是，不同MB值泥粉的影响程度有比较显著的差异。蒙脱土和高岭土的MB值较大，会对混凝土中的自由水和减水剂产生较强的吸附作用，从而对混凝土的工作性能产生了严重的负面影响。从具体试验数据来看，蒙脱土和高岭土掺量为2%时塌落度和拓展度受到的影响相对较小，不会对混凝土施工造成显著不利影响。掺量4%时工作性能会受到严重影响，塌落度和拓展度损失十分严重，基本失去流动性；掺量为6%以上时基本无流动性和粘聚性。总体来看，混凝土骨料中的蒙脱土和高岭土的含量不宜不超过2%。由于伊利土的MB值较小，因此对水和聚羧酸减水剂的吸附性均较小，因此在不同伊利土掺量方案下，混凝土拌合物的塌落度和拓展度损失均较小。从具体试验数据来看，不同掺量方案的塌落度均不低于150mm，拓展度均不低于300mm，说明混凝土的工作性能没有受到显著影响。

根据不同泥粉MB值试验方案的试验数据，计算获取混凝土的拓展度和塌落度，结果见图3。

由图可知，泥粉的MB值对混凝土的工作性能存在显著影响，混凝土的塌落度和拓展度均随着泥粉MB值的增加而减小，同时减小的速率不断加快。具体来看，当泥粉MB值小于5时工作性能受到的影响有限；当泥粉MB值大于5时塌落度和拓展度的下降幅度较大，会严重影响混凝土的工作性能。究其原因，主要是MB值时泥粉吸附性的表征指标，MB值较小时泥粉对混凝土水和聚羧酸减水剂的吸附作用有限，而MB值较大时相同质量的泥粉对水和聚羧酸减水剂的吸附作用更强。

2.2力学性能

根据试验数据计算出不同泥粉掺量水平方案混凝土的抗压强度，结果见图4。

混凝土的抗压强度随着泥粉掺量的增大表现为先小幅上升后不断减小的变化趋势，不同MB值泥粉减小幅度存在明显差异。蒙脱土和高岭土的影响较大，抗压强度下降幅度明显偏大。究其原因，主要是这两种微细颗粒的MB值较大，吸附性较强，会大量吸附水和减水剂，进而影响水泥的水化反应。另一方面，MB值较大的泥粉也会对混凝土的工作性能产生极大影响，最终影响到混凝土试件的密实性，导致抗压强度显著降低。由于伊利土的MB值较小，对水和减水剂的吸附作用有限，因此不会对水泥的水化反应产生显著影响，因此抗压强度的降低幅度较小。另一方面，在泥粉粒径较小，在掺量较小的情况下，这些微细颗粒可以在一定程度上填充混凝土内部的微小孔隙，有利于改善混凝土的力学性能。

根据试验数据计算出不同泥粉MB值方案混凝土的抗压强度，结果见图5。

由图可知，混凝土抗压强度随着泥粉MB值的增大而不断减小。但是降幅总体比较有限。从具体数据来看，当泥粉MB值从2增加到5时，混凝土的抗压强度降低约1.31%，MB值从2增加到8时，混凝土抗压强度降低约4.17%。由此可见，在MB值较小的情况下，其对混凝土力学性能的影响有限。

2.3耐久性

根据试验数据计算出不同泥粉掺量水平方案混凝土的电通量，结果见图6。

由试验结果可知，随着泥粉掺量的增加，含蒙脱土和高岭土方案混凝土的电通量均呈现出不断增大的变化趋势，含伊利土方案混凝土的电通量呈现出先下降后小幅上升的变化趋势。蒙脱土和高岭土的影响较大，抗压强度下降幅度明显偏大。由此可见，掺入蒙脱土和高岭土会显著影响混凝土的密实度。究其原因，主要是蒙脱土和高岭土的MB值较大，有较强的吸附作用。同时，泥粉本身不会参与混凝土的水化反应。因此，泥粉在吸水膨胀之后会阻碍混凝土胶凝材料水化结晶成核，弱化骨料和胶凝材料界面的粘结性。从具体数据来看，蒙脱土和高岭土掺量不超过2%时电通量的变化不大，说明对混凝土抗氯离子渗透性的影响有限。伊利土属于MB值较小的泥粉，吸附作用较弱，少量掺入可以填充混凝土内部空隙，增强混凝土的密实度，因此少量掺入伊利土能降低混凝土的电通量。

根据试验数据计算出不同泥粉MB值方案混凝土的电通量，结果见图7。

由图可知，电通量随着泥粉MB值的增大而不断增加，且增加的速率不断加快。具体来看，当泥粉MB值小于5时，电通量的增加幅度有限，当MB值大于5时增加的幅度相对较大。究其原因，主要是泥粉MB值越大吸附作用越强，进而影响水泥的水化反应和工作性能，导致混凝土密实度不足。当MB值较小时，其吸附作用影响较小，而随着MB值的增大，其影响度也迅速增加。

3结论

选择蒙脱土、高岭土和伊利土等三种主要泥粉矿物，探讨泥粉掺量和MB值对混凝土性能的影响，得出如下结论：

⑴蒙脱土和高岭土等高MB值泥粉掺量对混凝土性能影响较大，且掺量高于2%时影响更显著。建议混凝土骨料中蒙脱土和高岭土成分泥粉含量不超过2%。伊利土等低MB值泥粉掺量对混凝土性能影响较小，且掺量不超过2%时还有利于改善混凝土的强度和耐久性。

⑵混合泥粉的MB值对混凝土强度的影响有限，但是对工作性能和耐久性的影响较大。具体来看，混合泥粉MB值不超过5时的影响较小，MB值大于5时的影响相对较大。

⑶蒙脱土和高岭土等高MB值矿物时泥粉MB的关键影响因素，虽然这两种矿物含量较高时会导致混合泥粉MB值超限，但是对混凝土性能的影响并不相同。在工程实际中，如果对混凝土工作性能的经时保证性要求不高，可适当对标准中泥粉MB值≥1.4时的含量规定适当放宽，以利于机制砂行业的降本增效。（来源：《广东建材》2024.09）

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