机制砂MB 值和泥粉含量对铁路混凝土性能的影响研究

周悟聪

（申铁方圆检测科技有限公司，上海 201802）

0 引言

砂作为铁路混凝土的重要原材料，每年有几亿吨被消耗，数量巨大，而现有的天然砂存储量有限，因此，越来越多的混凝土开始使用机制砂。然而机制砂在开采过程中掺杂了不少石粉和黏土矿物，影响了混凝土的性能，造成混凝土的需水量增大、和易性不好、坍落度损失变大，甚至影响混凝土的耐久性能[1]。

机制砂的石粉不全部都是石粉，它主要由石粉和泥粉组成，泥粉又主要是在获取材料过程中带入的地表泥土和岩石间夹杂的少许黏性土组成。适量泥粉对混凝土和易性、黏聚性、强度有利的[2]，但是泥粉掺入过大会对混凝土工作性能、力学性能产生影响。在《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2018）中规定用亚甲蓝值（MB）作为判定石粉含量（粒径＜0.075mm 颗粒）吸附性能，机制砂在铁路工程中一般用于强度等级C50 以下混凝土，此时亚甲蓝MB 值＜1.4g/kg 且石粉含量（包括石粉和泥粉）≤7%即可，在实际生产检测中会出现机制砂亚甲蓝MB 接近1.4g/kg，且石粉含量（包括石粉和泥粉）≤7%的情况；虽然它的这两项指标是满足铁路C50以下混凝土要求的，但是其实这种情况下石粉（包括石粉和泥粉）中已经掺杂了很多泥粉，严重影响了混凝土的各项性能。本文通过固定石粉含量（包括石粉和泥粉）为7%，掺入其中最大比例的泥粉，使得亚甲蓝MB值接近于1.4g/kg，与不掺入泥粉的机制砂对比来研究其对混凝土性能的影响。

1 通过试验测得石粉和泥粉所对应亚甲蓝MB 值的关系

1.1 石粉和泥粉的制备

（1）石粉选取母岩花岗岩的机制砂，为了排除其中的泥粉含量，先筛分获取到粒径大于1.18mm 的，然后浸泡24h，清洗干净，烘干至恒重，冷却至室温后用研磨设备制备成细粉，筛出0.075mm 以下作为石粉。

（2）泥粉采用具有代表性的蒙脱石粉。

1.2 不同比例石粉和泥粉对亚甲蓝MB 值的影响

（1）按《建设用砂》（GB/T 14684—2022）标准中测定亚甲蓝MB 值，通过添加不同比例的石粉和泥粉，来进行亚甲蓝吸附能力的测试。为了提高试验的精度，标准中亚甲蓝的滴定数量由5mL 改成1mL。

（2）当机制砂中石粉含量（包括石粉和泥粉）全部为石粉时。机制砂中的石粉与机制砂材料基本相同，按掺入石粉0%、5%、10%、15%、20%分别加入筛洗掉粒径0.075mm 以下的机制砂中，研究石粉含量对机制砂MB 值的影响，结果如图1 所示，石粉含量从0%增加到20%，该机制砂MB 值由0.2g/kg 增大到0.7g/kg，它是随着石粉含量增加而变大，即使石粉含量达到20%，亚甲蓝MB 值也仅仅只有0.7g/kg。由此得出，石粉对亚甲蓝的吸附能力小，石粉不是影响亚甲蓝MB 值的关键因素[3]。

图1 石粉对亚甲蓝MB 值的影响

（3）当机制砂中石粉含量（包括石粉和泥粉）全部为泥粉时。将蒙脱石粉按掺入石粉1%、2%、3%、4%、4.7%分别加入筛洗掉粒径0.075mm 以下的机制砂中，研究泥粉含量对亚甲蓝MB 值的影响，结果如图2 所示，泥粉含量只是从0 增加4.7%，亚甲蓝MB 值立马增长到了1.5g/kg，MB 值达到1.4g/kg 时所对应的泥粉含量大概为4.3%。

图2 泥粉对亚甲蓝MB 值的影响

（4）在铁路工程使用的机制砂中细粉含量基本都是石粉和泥粉共同存在，此时石粉和泥粉的不同比例对于亚甲蓝MB 值的影响尤为重要，在铁路工程中机制砂一般用于C50 以下混凝土，因此在《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2018）标准中规定亚甲蓝0.5g/kg≤MB＜1.4g/kg，且石粉含量≤7.0%的时候都能用于C50 以下混凝土。基于上述情况，通过试验得出，当固定石粉含量（包括石粉和泥粉）总含量为7.0%，其中泥粉掺入量为0%时（即石粉含7.0%），此时亚甲蓝MB 值为0.36g/kg，满足铁路混凝土中强度等级为C50 以下的混凝土要求；其中泥粉掺入量为3%（即石粉含4.0%，泥粉含3%），此时亚甲蓝MB 值正好接近于1.4g/kg，该比例的机制砂也满足铁路混凝土中强度等级为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%、其中泥粉含量掺入量为0%和3%（此时亚甲蓝MB 值接近1.4g/kg）的情况下来分析其对铁路混凝土工作性能以及力学性能的影响。

2 检测在不同配合比下混凝土性能的差异变化

通过固定7%石粉含量（包括石粉和泥粉），其中掺入泥粉0%和其中3%替换为泥粉这两种机制砂来检测在不同配合比下混凝土性能的差异变化。

2.1 原材料

（1）水泥。浙江红狮水泥股份有限公司P.O 42.5 实测3d 值强度为30.9MPa，28d 强度值为61.6MPa。

（2）粉煤灰。浙江大唐乌沙山发电厂，细度：8.4%，需水量比93%。

（3）机制砂。金华市纽兰德商贸有限公司机制砂，报告编号：GL01202300004，细度模数2.7。

（4）粗骨料。温岭市振鑫建材有限公司碎石5～31.5mm，报告编号：GL02202300007，级配按（5~10mm）：（10~20mm）：（16~31.5mm）=20%:40%:40%掺配，表观密度：2640kg/m3，堆积密度：1590kg/m3，空隙率：40%，压碎指标值：9%。

（5）减水剂。上海宏韵新型建材有限公司，聚羧酸系高性能减水剂（缓凝型）掺量：1.0%，减水率：29%，含气量：2.7%，7d 抗压强度比：150%，28d 抗压强度比：134%。

2.2 检验方法

新拌混凝土工作性能依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）进行坍落度检测和含气量检测，力学性能按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2016）检测进行抗压强度试验，试件制作尺寸150mm3立方体一组三块，龄期要求为56d。

2.3 试验结果及分析

铁路混凝土配合比分别为强度等级C25、C30、C35、C40、C45 等5 个配合比情况下进行比对试验，研究满足铁路混凝土中强度等级为C50 以下混凝土的机制砂在石粉含量（包括石粉和泥粉）总含量为7.0%，其中泥粉含量分别为0%和3%时比较混凝土工作性能和力学性能，各个配合比的每方用量如表1 所示。

表1 配合比的比例

（1）泥粉含量对混凝土工作性能的影响。试验采用石粉含量7%为基准配合比，用3%的泥粉等量代替石粉进行混凝土的工作性能、力学性能研究。采用强制式搅拌机拌和各个强度等级的混凝土，按照标准中相应的试验方法分别对其测定坍落度、含气量等工作性能，得到的数据如表2 所示，将表2 数据转换成相关的图形，如图3、图4 所示。

表2 工作性能

图3 泥粉对坍落度的影响

图4 泥粉对含气量的影响

试验数据表明，由于泥粉中含有大量的需水物质，且比石粉的需水量多很多，在拌和过程中，用水量是固定的，泥粉颗粒较大程度的吸附了拌和物中的水和外加剂，从而将流动的水减少，且水泥浆体的包裹性变差，而且泥粉的组成是蒙脱石粉，它的结构中层间距加大，吸水膨胀，导致新拌混凝土更加黏稠，流动性降低。从表2、图3、图4 中可以看出，相对于没有掺入泥粉的混凝土，掺入泥粉配合比的新拌混凝土坍落度和含气量都相应降低很多，显著影响了混凝土的工作性能。

（2）泥粉含量对混凝土力学性能的影响。混凝土在测完工作性能之后制作150mm3立方体抗压强度试件，1d 后拆模，随后放入标准养护室养护，56d 龄期后测其抗压强度。得到的力学性能数据如表3 所示，将表3 数据转换成相关的图形，如图5 所示。

表3 力学性能

图5 泥粉对混凝土强度的影响

试验数据表明，相比于没有加入泥粉的混凝土，在加入3%泥粉后其56d 立方体抗压强度下降情况是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%。从强度下降的幅度来看，泥粉含量对于低强度等级的混凝土强度比高强度等级混凝土的强度影响更大。从各个标号混凝土强度对比来看，掺入其中的泥粉会影响水泥和砂石料相互之间的黏结，易形成相对薄弱的结构，在收到外力作用时容易收到破坏，导致混凝土承受力下降。

3 结论

（1）石粉对亚甲蓝MB 值影响很小，相反泥粉对亚甲蓝MB 值影响很大。

（2）掺入3%泥粉的机制砂对混凝土的工作性能影响很大，含气量和坍落度都有显著降低。

（3）从不同强度等级的铁路混凝土强度来看，相比于全部为石粉的机制砂，在掺入3%泥粉之后强度都有明显下降趋势，从强度下降率来看，泥粉含量对低强度等级的混凝土影响更大。

（4）当亚甲蓝MB 值接近于1.4g/kg、石粉含量（泥粉含3%）等于7.0%，此种情况符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2018）标准中C50 以下混凝土要求[4]，但是相较于全部为石粉的机制砂混凝土工作性能、力学性能都下降极为明显，在施工检测过程中要对这种性能的机制砂加强重视。