不同巖性石粉細(xì)度評(píng)價(jià)方法的對(duì)比研究

李曉寧，李婷，朱玉雪，瞿海洋，陳家繼

（1. 中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100024；2. 中建材中巖科技有限公司，北京 100024）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)拌混凝土成為用量最大的建筑材料。混凝土中常用細(xì)骨料主要包括天然砂和機(jī)制砂兩種，作為混凝土主要組成部分之一，砂的品質(zhì)對(duì)混凝土拌合物的物理力學(xué)性能和耐久性有著重要影響[1]。隨著混凝土工業(yè)的日益發(fā)展，江河中的天然砂已經(jīng)很難滿足需求，在天然砂難獲得的情況下，采用機(jī)制砂配制混凝土已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。相比于天然砂，機(jī)制砂顆粒有棱角、級(jí)配差，在混凝土制作時(shí)和易性不好，易發(fā)生離析現(xiàn)象[2-3]。在機(jī)制砂中粒徑小于 75μm 的顆粒被稱作為石粉，由于生產(chǎn)機(jī)制砂采用的巖石種類、破碎方式、分選工藝不同，機(jī)制砂中石粉的含量各不相同。在機(jī)制砂應(yīng)用過(guò)程中，存在因?qū)⑹叟c泥混為一談而對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行沖洗的現(xiàn)象，在洗掉泥的同時(shí)帶走了大量石粉，破壞了機(jī)制砂的天然級(jí)配，達(dá)不到砂的堆積密度。實(shí)際上，石粉在一定的應(yīng)用條件下，不但不會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，還會(huì)填補(bǔ)混凝土骨料之間的空隙，作為機(jī)制砂的微細(xì)級(jí)配，起到一定的潤(rùn)滑作用，從而在一定程度上混凝土保水性和粘聚性[4-6]。

影響石粉的質(zhì)量與性能的關(guān)鍵物性參數(shù)有：巖性、顆粒大小及分布、比表面積、含泥量和反應(yīng)活性。其中，細(xì)度作為劃分不同石粉品質(zhì)的要素之一，是石粉質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，本文針對(duì)不同巖性石粉細(xì)度進(jìn)行檢測(cè)，利用勃式透氣法、篩分法、激光法和 BET 氮吸附法進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原材料與測(cè)試方法

1.1 試驗(yàn)原材料

石粉：石灰石 1 種、花崗巖 1 種、尾礦 1 種、白云巖 1 種、重晶石 1 種以及玄武巖 3 種，其中石灰石粉來(lái)自試驗(yàn)室購(gòu)買的外加劑檢驗(yàn)用細(xì)集料經(jīng)破碎粉磨制得；花崗巖與重晶石粉為市售石粉；玄武巖石粉為市售細(xì)集料經(jīng)試驗(yàn)室破碎粉磨制得。

不同巖性石粉礦物相組成 XRF 測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 1。

1.2 試驗(yàn)測(cè)試方法

篩分法：使用 FSY-150 型水泥細(xì)度負(fù)壓篩析儀對(duì)石粉的篩余量進(jìn)行測(cè)定，參照 GB/T 30190—2013《石灰石粉混凝土》，采用 45μm 的篩余來(lái)表征。

激光法：采用激光粒度分析儀對(duì)石粉的粒徑分布及比表面積進(jìn)行測(cè)試。

勃氏透氣法：參照 GB/T 8074—2008《水泥比表面積測(cè)定方法 勃氏法》，進(jìn)行石粉比表面積的測(cè)定。

BET 氮吸附法：采用 TriStar II 3020 高速自動(dòng)比表面積及孔隙度分析儀進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 篩分法與激光法表征石粉細(xì)度

采用篩分法測(cè)定石粉 45μm 的篩余值，結(jié)果見(jiàn)表2。篩余越小，說(shuō)明石粉越細(xì)。由圖 1 可知，8 種石粉中石灰石粉的篩余最小、重晶石次之、尾礦石粉最大。

由于各類石粉篩余量較低，故在使用毛刷清理、稱量篩余等操作環(huán)節(jié)中存在誤差，會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。當(dāng)樣品在篩分過(guò)程中出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)加長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間，降低誤差。在 GB/T 30190—2013 規(guī)定，當(dāng)出現(xiàn)顆粒粘篩或顆粒沉積在篩邊緣時(shí)，應(yīng)用毛刷輕輕刷開(kāi)再篩 1～3min 直至徹底篩分為止，但有可能樣品附著在毛刷刷毛上，對(duì)最終篩余稱重造成影響，故加長(zhǎng)負(fù)壓篩篩分時(shí)長(zhǎng)。

采用激光法測(cè)定的石粉粒度分布結(jié)果見(jiàn)表 3。其中0～11μm、11～50μm 和＞50μm 是激光粒度儀測(cè)試的結(jié)果，其它是為了更好地對(duì)比各粒徑段的數(shù)據(jù)而列出。

表 1 不同巖性石粉礦物相組成-XRF 測(cè)試結(jié)果

表 2 篩分法測(cè)定不同巖性石粉篩余值 %

圖 1 篩分法不同巖性石粉的 45μm 篩余

表 3 不同巖性石粉的激光法測(cè)試結(jié)果 %

圖 2 不同巖性激光粒度儀測(cè)得粒徑范圍圖

由表 3 測(cè)試結(jié)果可知，石灰石粉在 0～50μm 的顆粒占比達(dá)到 100%，與篩余結(jié)果較為吻合；花崗巖大于11μm 的顆粒占比達(dá) 99% 以上，大于 50μm 的顆粒占比達(dá)超過(guò) 64%，說(shuō)明其大尺寸顆粒的分布較大，與 45μm篩余結(jié)果差距較大；尾礦砂 0～50μm 的顆粒占比約67%，篩分法測(cè)得的 0～45μm 的顆粒占比約 22%，二者差距較大；白云巖在 0～50μm 的顆粒占比達(dá) 92%，篩分法測(cè)得的 0～45μm 的顆粒占比約 48%，二者差距較大；重晶石 0～50μm 的顆粒占比約 73%，篩分法測(cè)得的 0～45μm 的顆粒占比約 90%，二者差距相對(duì)較小；3 種玄武巖石粉采用激光法測(cè)得的 0～50μm 的顆粒占比為 63% 左右，采用篩分法測(cè)得的 0～45μm 的顆粒占比為 81% 左右，規(guī)律相似，且顆粒大小均處于石灰石和花崗巖之間。

篩分法只能測(cè)出規(guī)定目數(shù)篩子的篩余，適合制備一定目數(shù)的石粉樣品，因此用于評(píng)價(jià)樣品細(xì)度較為合適，而激光法將一種樣品的粒徑分布和粒徑大小以數(shù)值直觀地表現(xiàn)出來(lái)，適合用來(lái)評(píng)價(jià)石粉的粒徑分布，對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化顆粒級(jí)配具有指導(dǎo)意義。

2.2 石粉比表面積測(cè)試方法對(duì)比

分別采用 BET 氮吸附法、勃氏比表面積測(cè)試法及激光粒度分析計(jì)算法測(cè)定石粉的比表面積，結(jié)果見(jiàn)表4，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖 3。

表 4 不同巖性石粉用不同測(cè)試方法測(cè)定的比表面積

圖 3 不同巖性石粉不同測(cè)試方法下比表面積

由圖 3 的對(duì)比結(jié)果可知，三種測(cè)試方法的結(jié)果值沒(méi)有可比性。BET 氮吸附法采用氣體吸附，石粉顆粒表面的細(xì)小空隙也會(huì)將氮?dú)馕?，因此測(cè)試結(jié)果會(huì)偏大，此外 BET 氮吸附法需經(jīng)高溫脫氣數(shù)小時(shí)，耗時(shí)較長(zhǎng)且操作繁瑣；勃氏法因受到比表面積儀參數(shù)、試驗(yàn)人員壓實(shí)手法、石粉密度測(cè)定等中間過(guò)程的影響，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果會(huì)存在偏差；激光法是通過(guò)測(cè)試粒度分布形成的曲線，計(jì)算曲線積分面積從而得到比表面積，受其它條件影響較小，并且可將石粉的不同粒度分布范圍直觀地測(cè)試出來(lái)，同時(shí)得到石粉顆粒粒度分布和比表面積結(jié)果。

2.3 小結(jié)

通過(guò)對(duì)比不同測(cè)試方法測(cè)得的比表面積、顆粒大小及粒徑分布的結(jié)果，45μm 篩余小、小粒徑石粉范圍大，但比表面積不一定大，比表面積值還跟石粉破碎時(shí)形成的顆粒形狀有關(guān)系，石粉圓形表面，相同質(zhì)量的樣品表面積較大，石粉顆粒表面棱角分明，相同質(zhì)量表面積較小，相同的，比表面積大或小，均不能說(shuō)明石粉的顆粒大小或篩余大小，因此，表征石粉的細(xì)度以篩余或激光法測(cè)得粒徑分布較合適，二者再進(jìn)一步對(duì)比，激光法測(cè)得的數(shù)據(jù)更能直觀的表征石粉的細(xì)度，且可以將石粉的粒徑分布范圍全部表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)設(shè)計(jì)顆粒級(jí)配具有指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

針對(duì)不同巖性的石粉，對(duì)比了篩分法與激光法表征石粉細(xì)度的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合比表面積測(cè)試方法，得到以下結(jié)論：

（1）用石粉粒度分布來(lái)表征細(xì)度比比表面積表征細(xì)度更合適。

（2）篩分法操作簡(jiǎn)易、快速有效，但由于受操作中造成的影響誤差較大，故檢測(cè)結(jié)果波動(dòng)大。篩分法只能測(cè)出規(guī)定目數(shù)篩子的篩余，適合制備一定目數(shù)的石粉樣品，因此用于評(píng)價(jià)樣品細(xì)度較為合適。

（3）在對(duì)石粉進(jìn)行粒度分布等檢測(cè)時(shí)，推薦使用激光法進(jìn)行檢測(cè)，該方法能將一種樣品的粒徑分布和粒徑大小以數(shù)值直觀地表現(xiàn)出來(lái)，適合用來(lái)評(píng)價(jià)石粉的粒徑分布，對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化顆粒級(jí)配具有指導(dǎo)意義。