机制砂MB值及石粉含量对混凝土性能的影响研究

余玉环

(广东省建筑材料研究院有限公司)

0 引言

机制砂是粒径小于4.75mm 的颗粒，由岩石、尾矿等经机械破碎筛分制成[1]，目前，机制砂已广泛应用于混凝土生产中，近年来，专家学者们对石粉含量与机制砂混凝土的性能关系等进行了大量研究并已取得部分有价值的研究成果[2-4]，但不同研究者提出的最佳机制砂石粉含量不一致，研究成果缺乏系统性与可比较性。由于不同研究者采用不同产地不同母岩岩性的机制砂，石粉的成分或石粉的吸附性不同，目前尚无一个广泛认可或统一的石粉含量参考。同时，研究机制砂石粉含量对混凝土性能影响时，应同时考虑机制砂的亚甲蓝值，综合考虑机制砂亚甲蓝值及石粉含量，才能更好地判断机制砂的性能。

GB/T 14684-2022《建设用砂》标准于2022 年4 月15 日发布，于2022 年11 月1 日实施。新标准对机制砂的最大石粉含量放宽到15%，同时对MB值的范围作了更细的划分。新标准中机制砂的石粉含量要求如表1所示。

表1 机制砂的石粉含量

本文选用广州某搅拌站使用的Ⅱ类机制砂，对机制砂的MB 值及石粉含量进行测定，接着用于配制强度等级为C35 混凝土，研究机制砂石粉含量对C35 混凝土的工作性能及混凝土强度的影响。

1 试验设计

1.1试验用原材料

⑴水泥：采用英德海螺水泥有限责任公司生产的P·Ⅱ42.5R等级硅酸盐水泥，水泥的物理性能见表2。

表2 水泥物理性能

⑵粉煤灰：采用广州市某建材公司的F 类Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰45μm 筛余为21.4%，需水量比为102%，28d活性指数为77%。

⑶机制砂：采用清远谷成机制砂,机制砂的性能见表3。

表3 机制砂主要性能指标

⑷石：混凝土用石采用江西产地的5～25mm 粒级的碎石。碎石物理性能如表4。

表4 碎石物理性能

⑸减水剂：采用广州市某集团公司生产的高效缓凝型减水剂，减水剂性能如表5。

表5 减水剂性能

⑹水：普通自来水。

1.2试验方法

⑴机制砂MB值、石粉含量试验按GB/T 14684-2022《建设用砂》标准进行测定；

⑵混凝土工作性能试验按GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测定；

（3）混凝土抗压强度试验按GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测定，试验采用150mm×150mm×150mm的立方体试块。

1.3试验设计

试验选取广州某搅拌站C35 混凝土配合比，混凝土的水胶比为0.39，含砂率为42%。设定机制砂石粉含量分别为5%，7%，10%，13%，15%，原状机制砂石粉含量为5%，其他石粉含量机制砂通过在原状机制砂的基础上筛分调整获得。经调整的机制砂混凝土配合比如表6。

表6 C35机制砂混凝土配合比及工作性能

为了研究机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响，控制配比中水泥、碎石、粉煤灰等原材料掺加量不变，因石粉含量引起的混凝土流动性能变化，通过调整外加剂掺量使各石粉含量机制砂混凝土流动性基本保持一致，坍落度为(200±20)mm，拓展度为(500±20)mm。

2 试验结果分析

2.1石粉含量与机制砂MB值测定结果

对筛分调整石粉含量后的机制砂进行MB 值测定，得到图1 的结果。由图1 可以看出，随着纯石粉含量的增加，机制砂MB 值随之增大，主要是由于石粉的加入增加了粉料的比表面积，增强了机制砂对亚甲蓝的吸附作用；石粉含量为15%时，MB 值约为0.7，在≤1.0 范围内，符合Ⅱ类砂要求。

图1 石粉含量与机制砂MB值的关系

2.2石粉含量对混凝土工作性能的影响

根据表6 的配比配制C35 混凝土，测定各比例石粉含量机制砂应用于C35 混凝土的情况，从测试结果来看，当石粉含量为5%～7%时，为了使混凝土的坍落度和拓展度保持相近或相同，所需要的减水剂用量不变；当石粉含量为7%～15%时，为了使混凝土的坍落度和拓展度保持相近或相同，随着石粉含量的增加，所需要的减水剂用量相应增加，石粉含量为15%时所需要的减水剂用量比石粉含量为5%时所需要的减水剂用量提高了0.3%。

机制砂石粉含量由5%增加到7%时，混凝土工作性能仍然保持不变，主要是由于石粉粒径小于75μm 颗粒，细度与水泥细度相当，可以作为胶凝材料的补充，石粉在混凝土中能形成粉体浆体起到润滑作用，使混凝土的和易性变好，同时石粉填充于粗骨料间隙中，置换出混凝土体系中的填充水，从而使混凝土体系中自由水增加，使拌合物浆体的流动性能变大。但是，随着机制砂中石粉含量的提高，导致用水量增加，同时，石粉对减水剂具有一定的吸附作用［5］，需要增加减水剂用量以使混凝土保持相同工作性能。

2.3石粉含量对混凝土抗压强度的影响

石粉含量对机制砂拌制的C35 混凝土的抗压强度影响如图2 所示。根据图2 的测试结果可知，随着石粉含量的增加，C35 机制砂混凝土的7d 和28d 抗压强度均有一定程度的增加，石粉含量为15%时的机制砂混凝土7d 抗压强度比石粉含量为5%时提高2.8MPa，增幅为9.0%；石粉含量为15%时的机制砂混凝土28d 抗压强度比石粉含量为5%时提高了2.4MPa，增幅为5.4%。在机制砂拌制的混凝土中，石粉的掺入会提高胶凝材料中的浆体量，使得混凝土密实度增强，抗压强度增大。同时，石粉微小颗粒还能与铝酸三钙水化形成水化碳铝酸钙，使得混凝土强度增大［6］。

图2 C35混凝土抗压强度与石粉含量关系

3 结论

⑴机制砂石粉含量在5%～15%时，随着石粉含量的增加，机制砂MB值随之增大，MB值≤1.0。

⑵机制砂石粉含量在5%～7%时，对C35等级混凝土的工作性能影响不大；石粉含量在7%～15%时，随着石粉含量的增加，需要增加减水剂用量以使混凝土保持相同工作性能，减水剂掺量提高0.3%左右。

⑶石粉含量在5%～15%时，机制砂石粉含量对C35混凝土有影响，随着石粉含量增加，C35 等级混凝土的抗压强度随之增大，强度提高约3MPa。