机制砂MB值影响因素及对聚羧酸减水剂的吸附特性分析

陈妙福

（台州诚业商品混凝土有限公司，浙江 台州 317515）

0 前言

我国经济长期快速发展带动基础设施建设大规模推进，作为混凝土主要原材料的砂石消耗巨大，天然砂石日益短缺，机制砂作为天然砂的替代资源被用于混凝土的生产。机制砂在母岩破碎的过程中，不可避免的会混有山皮，这就导致了机制砂除了含有石粉外，还会混有泥粉等其他组分，研究表明机制砂含泥会使得混凝土用水量增加，对减水剂的吸附增强，降低减水剂在混凝土中的应用效果[1,2]。为规范机制砂的应用范围，亚甲基蓝吸附值（MB）被用来检测机制砂含粉特性。

针对 MB 值的影响因素，沈卫国[3]和杭美艳[4]等进行了相关研究，均认为泥粉对机制砂 MB 值影响较大，但石粉含量、石粉细度等因素对机砂品质的影响研究相对较少，需要更多数据支撑。本文针对影响机制砂 MB值的因素进行了系统分析，并研究了机制砂 MB 值对聚羧酸减水剂的吸附影响，以期为机制砂应用提供理论和实践参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）试验机制砂

原状机制砂母岩为石灰岩，细度模数 2.9，石粉含量为 10%，将机制砂大于 4.75mm 和小于 75μm 的颗粒进行筛除，烘干备用。

（2）试验石粉

筛除原状机制砂 75μm 以下细粉，烘干用球磨机进行粉磨至不同比表面积，即得所制石粉。

（3）泥粉

试验泥粉取自机制砂原产地附近，经烘干去除杂质，过 75μm 方孔筛，取筛下部分所得。

（4）聚羧酸减水剂

浙江某公司生产，醚类减水剂，含固量 15%。

1.2 试验方法

（1）MB 值测试：参照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行机制砂亚甲基蓝吸附测试。

（2）将聚羧酸减水剂按比例稀释 5g/L，称取30mL 加入 100mL 锥形瓶中，然后称取 3g 石粉或泥粉试样加入到锥形瓶中，摇拌均匀后置于 20℃ 室温环境内，反应至指定时间后，均匀取出适量液体倒入离心管中分离滤液，称取上层清液，利用紫外分光光度计（UV）测定其吸附后残余浓度。然后根据下式计算聚羧酸减水剂吸附量：

式中：Q——吸附量，mg/g；

C0——聚羧酸减水剂吸附前浓度，g/L；

C——聚羧酸减水剂吸附后浓度，g/L；

V——溶液体积，mL；

M——石粉（泥）质量，g。

2 试验结果及讨论

2.1 石粉细度对机制砂 MB 值的影响

将机制砂进行筛分获得 75μm 以上颗粒，进行烘干粉磨获得比表面积为 300m2/kg、400m2/kg、500m2/kg、600m2/kg，将不同细度的石粉和试样机制砂进行充分搅拌混合，测试机制砂石粉含量为 10%、15%、20% 时，石粉细度对机制砂 MB 值的影响，结果见表 1 和 图 1。

表1 石粉细度对机制砂 MB 值的影响 g/kg

图1 石粉细度对机制砂 MB 值的影响

表1 和图 1 的结果显示机制砂石粉掺量一定，石粉比表面积增加，机制砂 MB 值随之增大，相同比表面积的石粉，机制砂中含量越多机制砂 MB 值也较大，这显示机制砂中石粉比表面积或掺量增加都引起机制砂对亚甲基蓝的吸附增加，但总的增加值较小，石粉含量20%、石粉细度 600m2/kg 时机制砂 MB 值仍低于 0.4，这是因为石粉是惰性矿物，对亚甲蓝的吸附为物理吸附，比表面积或掺量的增加并不会改变石粉的吸附方式，因此并未显著增加机制砂 MB 值。

2.2 石粉含量对机制砂 MB 值的影响

不同批次的机制砂石粉含量也会有所不同，设定石粉比表面积为 400m2/kg，测试机制砂中不同石粉含量对机制砂 MB 值的影响，结果见表 2 和图 2 所示。

表2 石粉含量对机制砂 MB 值的影响 g/kg

图2 石粉含量对机制砂 MB 值的影响

表2 和图 2 机制砂 MB 值的变化曲线反映，石粉含量和机制砂 MB 值之间存在近乎直线相关，石粉含量从5% 增加至 25%，机制砂 MB 值相比初值增加 1 倍，但总值相对较小，并未超过 0.5，石粉含量增多，溶液中所分布的石粉浓度增加，但石粉的增加并未改变石粉对亚甲基蓝的物理吸附特性，因而 MB 值总值并未大幅增加。

2.3 泥粉对机制砂 MB 值的影响

粘土自身的层间结构容易吸收水分等小分子体积膨胀，固定机制砂石粉含量 5%，外掺泥粉与机制砂和石粉混合，机制砂中泥粉量对亚甲基蓝的吸附值，结果见表 3、图 3。

表3 和图 3 结果表明，泥粉对机制砂 MB 值影响较大，泥粉含量从 0% 增加至 5%，机制砂 MB 值增长近 20 倍，泥粉含量 5% 时，机制砂 MB 值超过 4.0，呈现较强的吸附性。泥粉含量增加，所带电荷数量和密度增加，对亚甲基蓝的吸附量是粘土颗粒所带电荷的函数[5]。

图3 机制砂中泥粉含量对机制砂 MB 值的影响

2.4 机制砂 MB 值对聚羧酸减水剂的吸附影响

机制砂 MB 值的增加提高了对亚甲基蓝的吸附量，聚羧酸减水剂在作用过程中先吸附在水泥颗粒表面，通过静电排斥解放水泥颗粒包裹的自由水，进而提高水泥浆体的流动性，聚羧酸减水剂在机制砂混凝土中的应用需考虑不同 MB 值造成的影响。测试了设定时间内不同MB 值的机制砂对聚羧酸减水剂吸附的影响，结果见表4 和图 4。

表4 机制砂 MB 值对聚羧酸吸附量的影响 mg/g

表4 和图 4 结果可以看出，机制砂 MB 值增加，聚羧酸减水剂吸附量随之增加，在 90min 吸附速率变缓。当 MB 值在 2.0 以下时，在不同时间机制砂对聚羧酸的吸附量相对较低，机制砂 MB 值为 2.0 和 3.0 时聚羧酸吸附量随时间增长较快，说明泥对聚羧酸吸附较强。聚羧酸减水剂溶于水，泥粉自身吸附性较强，聚羧酸分子更容易吸附在泥的表面，进而降低溶液中聚羧酸分子的有效数量[6]，对聚羧酸减水剂的效用产生负面影响。

3 结论

（1）石粉掺量固定，比表面积增加机制砂 MB 值增大，相同比表面积的石粉，掺量越多，MB 值也越大，但总的增长幅度不大。

（2）机砂石粉含量增加，石粉对亚甲基蓝的吸附增多，MB 值有所增长，但石粉含量增加并无改变石粉的吸附方式，且机制砂 MB 值并未高于 0.5。

（3）机制砂中泥粉对机制砂 MB 值影响较大，泥粉增加，对亚甲基蓝的吸附量快速增长，机砂 MB 值增长幅度也较大。

图4 机制砂 MB 值对聚羧酸吸附量的影响

（4）机制砂 MB 值增加，聚羧酸吸附量随之增长，且 MB 值超过 1.5 时泥对聚羧酸的吸附量较大，进而降低聚羧酸减水剂的使用效果。