机制砂亚甲蓝对外加剂掺量的影响及复配措施

引言随着环保力度的加大，河砂资源趋于匮乏，机制砂开始大规模应用。机制砂中小于0.075mm颗粒的主要成分与母岩化学性质基本相同，但在机制砂生产过程中不可避免地会挟带部分黏土等杂质，通常采用MB值评定机制砂中泥粉含量[1]。不同学者对于机制砂MB值的影响因素进行了大量研究。刘战鳌等[2]研究表明，泥粉含量、比表面积和矿物特性对MB值的影响非常显著，而石粉含量的影响相对较小，石粉比表面积和矿物特性的影响更是微乎其微。李北星等[3]研究表明，机制砂MB值与石粉含量关系不大，而与粘土含量成线性正比关系，同时发现MB值还与砂中所含粘土的特性有很大相关性。沈卫国等[4]研究认为，粉料中泥粉是机制砂MB值的主要贡献者，粉料含量和泥粉比例都会明显影响机制砂MB值。机制砂中的泥粉由粘土矿物组成，由于粘土独特的层状结构和较大的比表面积，对外加剂及水分子有很强的吸附作用，导致混凝土体系中减水剂和自由水减少，影响外加剂的掺量和混凝土坍落度损失。文章通过总结2018～2020年混凝土试验数据，探讨机制砂MB值对外加剂掺量的影响规律，并提出相应的外加剂复配措施。1、试验部分

1.1原材料水泥：P·O42.5R水泥，冀东水泥璧山有限责任公司生产，其化学分析及物理指标见表1。粉煤灰：Ⅱ级，细度23%，烧失量6.2%，需水量比102%，冀东水泥重庆混凝土有限公司提供。减水母液：型号Point-ss，固含量50%，密度1.118g/cm3，pH值5.3，0.4%掺量时，混凝土减水率29%，科之杰生产。保坍母液：型号Point-T，固含量40%，密度1.095g/cm3，pH值5.2，0.5%掺量时，混凝土减水率15%，科之杰生产。表1水泥化学分析及物理指标1.2试验配比2018～2020年试验数据所用混凝土配比和外加剂配比分别见表2、表3。表22018～2020年试验用C30混凝土配比表3

2018～2020年试验用外加剂配比%1.3试验设计考虑到混凝土砂率、外加剂配比中减水、保坍母液用量不同会影响外加剂的掺量，方便对2018～2020年混凝土试验数据进行修订，分别设计了混凝土砂率以及外加剂配比中减水、保坍母液用量对外加剂掺量的影响试验。1.3.1混凝土砂率对外加剂掺量的影响选取砂率分别为42%、44%、46%、48%、50%的混凝土配比进行试验，通过调整外加剂掺量，让混凝土初始扩展度保持在（580±10）mm，观察砂率对外加剂掺量的影响，试验方案见表4。表4砂率对外加剂掺量的影响试验方案1.3.2外加剂配比对外加剂掺量的影响使用相同的混凝土配比，以6.5%减水母液+3.3%保坍母液为基准外加剂配比，相应降低减水母液、保坍母液用量，观察外加剂配比中减水、保坍母液用量对外加剂掺量的影响，试验方案见表5。表5外加剂配比对外加剂掺量的影响试验方案1.4测试方法机制砂细度模数、MB值试验依据GB/T14684—2011《建设用砂》的规定进行，测定细度模数时，称取500g经过烘干的机制砂，使其分别通过规格为9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的方孔筛，细度模数Mx的计算见式（1）；测定机制砂MB值时，将烘干的机制砂过2.36mm方孔筛，称取200g机制砂，加入500ml蒸馏水，以（600±60）r/min的转速搅拌5min，然后以（400±40）r/min的转速搅拌，直至试验结束。向悬浮液中加入亚甲蓝溶液，搅拌至少1min后，用玻璃棒沾取1滴悬浮液并滴于滤纸上，当滤纸上沉淀物周围出现1mm的稳定色晕试验结束，MB值的计算见式（2）。混凝土坍落度、扩展度、容重试验参照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行。1.5外加剂复配试验方法及要求针对机制砂MB值高容易导致外加剂掺量高、混凝土坍落度损失大的特点，采取两种方案。第一种是保持外加剂配比不变，通过调整外加剂掺量观察混凝土的坍落度损失情况。第二种是通过保持外加剂配比中减水、保坍母液总固含量不变，通过提高或降低减水、保坍母液的用量观察混凝土的坍落度损失情况以及外加剂掺量的变化情况。试验过程中保持混凝土初始扩展度≥550mm，保证混凝土初始状态有一定的流动性。2、结果与讨论

2.1混凝土砂率及外加剂配比对外加剂掺量的影响2.1.1混凝土砂率对外加剂掺量的影响按照表4的试验方案，混凝土砂率对外加剂掺量的影响试验结果见表6和图1。表6砂率对外加剂掺量的影响图1砂率对外加剂掺量的影响由图1可知，每增加1%的砂率，外加剂掺量增加0.05%。随着砂率的增加，外加剂掺量逐渐提高，主要是由于砂率提高后，粗、细集料的总比表面积增加，混凝土达到相同的扩展度需要更多的用水量，因此需要提高外加剂掺量进一步释放被浆体包裹的水。由表6可知，随着砂率的提高，混凝土和易性逐渐变好，当砂率小于44%时，由于砂子不能填满石子的空隙，导致混凝土和易性差、跑浆；当砂率提高至50%时，由于浆体不能充分包裹细集料表面，导致细集料之间摩擦增大，混凝土流动性变差；砂率46%时，混凝土和易性好，且混凝土单方成本最低，所以选择46%砂率最合理。2.1.2外加剂配比对外加剂掺量的影响按照表5的试验方案，外加剂配比中减水、保坍母液用量对外加剂掺量的影响试验结果见表7。表7外加剂配比对外加剂掺量的影响由表7可知，外加剂配比中增加1%的减水母液用量，外加剂掺量降低0.2%；增加1%的保坍母液用量，外加剂掺量降低0.1%。2.2外加剂掺量的修订根据以上试验规律，对砂率不同、外加剂配比不同的混凝土中的外加剂掺量按照以下原则进行修订，修订结果见表8。表82018～2020年混凝土试验数据（1）以46%砂率为基准，每增加或降低1%砂率，外加剂掺量相应降低或增加0.05%。（2）以7%减水母液+2%保坍母液为基准外加剂配比，每增加或减少1%固含量的减水母液，外加剂掺量增加或降低0.2%；每增加或减少1%保坍母液，外加剂掺量增加或降低0.1%。（3）缓凝剂用量根据天气温度进行调整，在缓凝剂用量合理的情况下，不会影响外加剂掺量，此次外加剂掺量修订不考虑缓凝剂用量对外加剂掺量的影响。2.2.1机制砂MB值对外加剂掺量的影响按照外加剂掺量修订原则，对表8中外加剂掺量进行修正，得到MB值与综合修订掺量的关系如图2所示。由图2可知，机制砂MB值对外加剂掺量影响非常明显，当MB值＜1.4时，外加剂掺量随MB值增加变化幅度不大；当MB值＞1.4时，外加剂掺量随着MB的增加而大幅增加。

图2MB值与综合修正掺量关系曲线2.2.2细度模数对混凝土砂率的影响规律在混凝土体系中，石子的空隙由砂子填充，砂子的空隙由浆体填充，当砂子细度模数增大时，砂子中的细颗粒相对减少，导致浆体总量相对减少，不能充分填充砂子的空隙，影响混凝土的和易性，因此需要提高砂率。当砂率过大时，水泥浆数量固定，细集料的总表面积增大，水泥浆的数量相对减少，就会削弱水泥浆所产生的润滑作用，从而导致混凝土拌合物流动性降低[5]。图3细度模数与砂率关系曲线2.3外加剂复配的应对措施及效果混凝土的坍落度损失主要是由于水泥、水化产物和泥对减水剂分子的吸附，导致混凝土浆体中游离减水剂分子数量减少，造成浆体流动性降低。保坍母液减水率低，在水泥浆体碱性环境中能够逐渐水解释放出对减水效果具有贡献的基团羧基-COO-，不断补充由于水泥颗粒水化、吸附造成水泥颗粒及水化产物表面减水剂浓度的下降，从而有利于提高减水剂的分散保持性[6]。因此在混凝土和易性良好的前提下，保证混凝土浆体中有足够的游离减水剂分子，就能够延缓混凝土的经时损失。目前市场上的保坍母液主要有前期释放、中期释放、持续释放这3种类型，当混凝土坍落度损失大时，一般选择提高保坍母液用量的方法，并根据混凝土的损失时间，合理选择保坍母液类型，让减水剂的消耗速率与保坍母液的释放速率同步，进而到达减小混凝土坍落度损失的目的。表9为SHJS、SHJD两个混凝土企业的生产试验数据。由表9可知，对于MB值高的机制砂，在混凝土和易性良好的前提下，提高外加剂的掺量可以明显减小混凝土坍落度损失。在外加剂配比中，母液总固含量不变的情况下，提高保坍母液的比例或提高减水母液的比例均能保证混凝土的2h坍落度损失，但提高减水母液的使用比例，外加剂性价比最高。表9SHJS、SHJD企业的混凝土生产试验数据结论

（1）混凝土配比中每增加1%的砂率，外加剂掺量增加0.05%。（2）外加剂配比中增加1%的减水母液用量，外加剂掺量降低0.2%；增加1%的保坍母液用量，外加剂掺量降低0.1%。（3）机制砂MB值对外加剂掺量影响非常明显，当MB值＜1.4时，外加剂掺量随MB值增加变化幅度不大；当MB值＞1.4时，外加剂掺量随着MB值的增加而大幅增加。MB值与外加剂掺量之间的数学关系式为：y=0.3644x2-0.414x+2.0576，拟合系数R2=0.9747。（4）随着机制砂细度模数的增大，砂率