機(jī)制砂中石粉含量的測(cè)定方法研究進(jìn)展

馮喜雄 張茂林 秦龍飛

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

責(zé)任編輯/孫世瑋 美術(shù)編輯/李文華

一、引言

近年來(lái)，我國(guó)土木工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模巨大，優(yōu)質(zhì)河砂資源日趨匱乏，且隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，可開采的河砂資源越來(lái)越少，機(jī)制砂成為代替河砂的主要材料。機(jī)制砂是由開采所得巖石經(jīng)過(guò)機(jī)械破碎篩分而制成的砂，與天然砂相比，機(jī)制砂資源豐富、質(zhì)量可控且成本低廉，適合大規(guī)模工廠化生產(chǎn)，對(duì)于河砂缺乏的山區(qū)，采用機(jī)制砂更具有經(jīng)濟(jì)性。

受石材強(qiáng)度、生產(chǎn)工藝等因素的影響，在生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)制砂會(huì)產(chǎn)生一定量并小于75μm的石粉顆粒。相關(guān)研究表明，過(guò)量的石粉不僅會(huì)使機(jī)制砂制備的混凝土拌合物存在和易性差的問題，還對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性以及收縮徐變等長(zhǎng)期性能產(chǎn)生顯著的影響。

基于此，MB值作為定性評(píng)價(jià)機(jī)制砂石粉含量的指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，但常用的標(biāo)準(zhǔn)如《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)以及《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)中測(cè)定MB值的方法仍存在一些問題。本文對(duì)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中機(jī)制砂石粉含量測(cè)定方法的不足之處進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)基于改進(jìn)規(guī)范的不足之處和石粉吸附性能的定性測(cè)量石粉含量的方法進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)梳理，為實(shí)際工程中機(jī)制砂石粉含量的測(cè)定工作提供指導(dǎo)。

二、規(guī)范中MB值的測(cè)定方法及評(píng)價(jià)

（一）規(guī)范中MB值的測(cè)定方法

我國(guó)《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)標(biāo)準(zhǔn)，以及《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）采用MB值對(duì)機(jī)制砂中石粉含量進(jìn)行量測(cè)，該測(cè)定方法簡(jiǎn)述如下：

按照規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)操作要求，將機(jī)制砂縮分約400g制成試樣，烘干至恒量待冷卻至室溫后，篩除大于2.36mm的顆粒。依次將試樣制備成試樣懸濁液，加入制備好的亞甲藍(lán)溶液，取懸濁液滴于濾紙上，根據(jù)出現(xiàn)色暈的時(shí)間及色暈持續(xù)5min時(shí)所加入的亞甲藍(lán)溶液總體積，按下式計(jì)算MB值，數(shù)值精確至0.1。

其中，MB表示亞甲藍(lán)值（g/kg），表示每千克0 mm～2.36mm粒徑試樣所消耗的亞甲藍(lán)質(zhì)量；G代表試樣質(zhì)量（g）；V表示所加入的亞甲藍(lán)溶液的總量，單位為毫升（ml）；公式中的10代表用于每千克試樣消耗的亞甲藍(lán)溶液體積換算成亞甲藍(lán)質(zhì)量。

（二）評(píng)價(jià)

目前在應(yīng)用中，由于不規(guī)范操作和實(shí)驗(yàn)室條件限制等因素，使得試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)不同程度的誤差。造成誤差的主要原因有如下幾點(diǎn)：

1.取樣導(dǎo)致的誤差。取樣范圍為2.36mm以下的顆粒，而對(duì)MB值貢獻(xiàn)最大的顆粒是0.075mm以下顆粒，超出取樣范圍的樣品無(wú)法代表細(xì)顆粒的粒徑分布。

2.加入亞甲基藍(lán)溶液過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。無(wú)論是采用移液管還是滴定管加入亞甲藍(lán)溶液時(shí)，都會(huì)因?qū)嶒?yàn)人員操作帶來(lái)亞甲藍(lán)使用量統(tǒng)計(jì)的誤差。

3.規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成操作的難度大。在1min內(nèi)快速準(zhǔn)確地完成吸取溶液，沾染試驗(yàn)等過(guò)程對(duì)大部分實(shí)驗(yàn)員難度較大，易造成誤差。

三、改進(jìn)的MB值測(cè)定方法

鑒于規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)中MB值的測(cè)定方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的測(cè)量誤差，可采用如下兩種改進(jìn)的MB值測(cè)定方法來(lái)降低誤差的影響。

（一）方法一

將樣品和溶液的質(zhì)量等比例減少到原來(lái)的1/5，通過(guò)設(shè)置0.6mm的篩子對(duì)測(cè)量用機(jī)制砂進(jìn)行過(guò)篩，將測(cè)量的砂分為兩個(gè)粒級(jí)，再分別選取兩個(gè)粒級(jí)的砂子作為測(cè)量機(jī)制砂，以此來(lái)降低傳統(tǒng)測(cè)量方式取樣范圍大的問題，再通過(guò)使用帶刻度的注射器替代移液管，逐次分步加入亞甲藍(lán)溶液，避免移液過(guò)程中的誤差和加入過(guò)多亞甲基藍(lán)造成的環(huán)境污染問題。

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明，此方法測(cè)定出的MB值的精確度可達(dá)0.02（標(biāo)準(zhǔn)要求為0.1），同一樣本重復(fù)6次后的測(cè)定值離散系數(shù)小于5%。綜上所述，此測(cè)定法不但可減少樣品和標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，還可提高機(jī)制砂亞甲藍(lán)MB值的精度并減少誤差。

具體操作步驟如下：

1.將500g機(jī)制砂烘至恒重，篩去其中大于2.36mm的顆粒，再采用0.6mm篩將砂樣過(guò)篩，記錄篩上和篩下兩部分砂樣的重量（m上和m下），按比例稱取篩上［40×m上/（m上+m下）g］和篩下［40×m下/（m上+m下）g］砂樣共40g；

2.倒入盛有100±1g的蒸餾水的燒杯中，用葉輪攪拌機(jī)以（600±60）r/min的速度攪拌5min，然后以（400±40）r/min的速度攪拌至試驗(yàn)結(jié)束；

3.使用刻度注射器向懸浮液中加入1ml亞甲藍(lán)溶液，然后以（400±40）r/min的速度攪拌至少1min后，用玻璃棒沾取一滴懸浮液，滴于濾紙上，觀察沉淀物在濾紙上的色暈；若未出現(xiàn)色暈，在使用刻度注射器再加入1ml的亞甲藍(lán)溶液，攪拌至少1min后，觀察色暈，重復(fù)以上步驟，直至沉淀物周圍出現(xiàn)色暈；此時(shí)應(yīng)繼續(xù)攪拌，每1min進(jìn)行一次沾染試驗(yàn)，若色暈在4min內(nèi)消失，繼續(xù)向懸浮液中加入0.4ml亞甲藍(lán)溶液，攪拌至少1min后，用玻璃棒沾取一滴懸浮液，滴于濾紙上出現(xiàn)色暈，繼續(xù)攪拌，每1min進(jìn)行一次沾染試驗(yàn)，直到色暈可以持續(xù)5min；

4.記錄色暈?zāi)艹掷m(xù)5min所加的亞甲藍(lán)溶液的總體積，精確至0.2ml，再根據(jù)《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)相同的方法計(jì)算MB值；

5.再將計(jì)算結(jié)果對(duì)照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合要求為合格。

（二）方法二

據(jù)研究，亞甲藍(lán)對(duì)泥土敏感，對(duì)石粉不敏感，機(jī)制砂中小于75μm的細(xì)小顆粒主要是由一些惰性非黏土類礦物組成，對(duì)MB值的貢獻(xiàn)較小。其次，2.36mm以上顆粒的表面可能會(huì)因?yàn)橛晁蚱渌匀辉蚨街ね粒ね翆?duì)MB值的影響大，若僅僅對(duì)測(cè)量用砂進(jìn)行烘干篩除，黏土小顆粒很有可能會(huì)粘附于大顆粒，隨大顆粒一起被篩除掉，如此將會(huì)導(dǎo)致石粉測(cè)量結(jié)果偏小，造成很大的誤差。

為避免此類誤差，樣品過(guò)2.36mm篩后，將附著在粒徑大于2.36mm的機(jī)制砂上的黏土和粒徑小于75μm的粉塵沖洗至清洗液內(nèi)，再將清洗液添加到粒徑小于2.36mm的部分中，保證了機(jī)制砂中所有粒徑小于75μm的顆粒完全進(jìn)入試驗(yàn)樣品中。通過(guò)將篩下部分進(jìn)行兩種粒級(jí)的篩分，按重量比例從篩分的各個(gè)粒級(jí)部分中取樣并將其混合均勻形成試驗(yàn)樣品，添加蒸餾水至試驗(yàn)樣品中并進(jìn)行攪拌，再向攪拌后的溶液中加入亞甲基藍(lán)溶液，使用堿式滴定管進(jìn)行亞甲基藍(lán)溶液的添加，使用濾紙對(duì)添加有亞甲基藍(lán)溶液的試驗(yàn)樣品混合物中的懸浮液進(jìn)行沾染試驗(yàn)，待沉積于濾紙上的沉淀物周圍出現(xiàn)淡藍(lán)色色暈時(shí)，記錄此時(shí)滴加的亞甲基藍(lán)溶液的體積。

具體操作步驟如下：

1.取不少于600g的機(jī)制砂烘干至恒重，使用2.36mm的篩子對(duì)機(jī)制砂過(guò)篩，對(duì)篩上部分a進(jìn)行清洗（見注），將附著在篩上部分a中的機(jī)制砂上的黏土和粒徑小于75μm的粉塵沖洗至清洗液內(nèi)，將清洗液與篩下部分b進(jìn)行混合，對(duì)混合有清洗液的篩下部分b進(jìn)行烘干至恒重得到烘干樣品；

2.使用至少兩種不同粒級(jí)的套篩，將烘干樣品篩分（見注），按照重量比例分別對(duì)各粒級(jí)進(jìn)行取樣，將取得的機(jī)制砂攪拌均勻形成試驗(yàn)樣品；

3.向試驗(yàn)樣品中加入蒸餾水，并對(duì)其進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，直至試?yàn)樣品與蒸餾水完全混合均勻；

4.繼續(xù)對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行攪拌，并向試驗(yàn)樣品與蒸餾水的混合物中滴加亞甲藍(lán)溶液（見注），取一滴試驗(yàn)樣品、蒸餾水和亞甲基藍(lán)溶液的混合物的懸浮液滴于濾紙上，待沉積于濾紙上的沉淀物周圍出現(xiàn)淡藍(lán)色色暈時(shí)，記錄滴加的亞甲基藍(lán)溶液的體積；

5.按《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)相同的方法計(jì)算該機(jī)制砂的亞甲基藍(lán)MB值，并將其與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判斷該機(jī)制砂是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

注：步驟1中清洗篩上部分a的方法為：將篩上部分a置于燒杯中，向燒杯中添加蒸餾水，充分?jǐn)嚢柚辆鶆颍垢街跈C(jī)制砂上的黏土和粒徑小于75μm的粉塵脫離機(jī)制砂表面，用網(wǎng)孔直徑為1.5～2.36mm的濾網(wǎng)過(guò)濾后，使用蒸餾水對(duì)濾網(wǎng)上的部分進(jìn)行沖洗，然后將濾網(wǎng)下混合有黏土和粒徑小于75μm的粉塵的清洗液倒入到篩下部分b中，完成清洗步驟。

步驟2中使用兩種粒級(jí)篩篩分烘干樣品的方法為：使用0.6mm和0.15mm的套篩篩分烘干樣品，將烘干樣品篩分為粒徑大于0.6mm的大顆粒m上、粒徑在0.6mm～0.15mm之間的中顆粒m中和粒徑小于0.15mm的小顆粒m下，按照重量比例取：

步驟4中向試驗(yàn)樣品中添加亞甲基藍(lán)溶液的方法為：使用堿式滴定管，向攪拌均勻的試驗(yàn)樣品與蒸餾水的混合物中加入3滴亞甲基藍(lán)溶液，然后以400r/min的速度攪拌1min后，使用玻璃棒蘸取一滴試驗(yàn)樣品、蒸餾水和亞甲基藍(lán)溶液的混合物中的懸浮液滴于濾紙上，若沉積于濾紙上的沉淀物周圍未出現(xiàn)淡藍(lán)色色暈，則重復(fù)上述步驟，直至沉淀物周圍出現(xiàn)約1mm的淺藍(lán)色色暈，繼續(xù)攪拌，每隔1min進(jìn)行一次沾染試驗(yàn)，若色暈在4min內(nèi)消失，向懸浮液中加入1滴亞甲藍(lán)溶液，攪拌1min后，繼續(xù)進(jìn)行沾染試驗(yàn)，直至最終色暈可持續(xù)5min，然后記錄最終所用亞甲基藍(lán)溶液的總體積。

四、基于機(jī)制砂吸附性能的石粉含量測(cè)定方法

由于機(jī)制砂石粉中的膨脹性黏土礦物主要影響砂漿及混凝土的工作性能，因此，還可從測(cè)定機(jī)制砂石粉吸附性能的角度，根據(jù)流動(dòng)度比評(píng)價(jià)機(jī)制砂石粉中是否存在膨脹性黏土礦物及其含量的整體指標(biāo)。

具體操作步驟如下：

1.取機(jī)制砂烘干至恒重不少于3000g，稱取試樣500g，增加75μm方孔篩，將套篩置于搖篩機(jī)上，搖10min，取篩底石粉備用；再次稱取試樣500g，進(jìn)行同樣的篩分，直至篩底石粉累計(jì)達(dá)到150g；

2.測(cè)定基準(zhǔn)組的膠砂流動(dòng)度：分別稱取水泥450g、干凈砂1350g、水180g，減水劑Zg(Z為基準(zhǔn)組膠砂流動(dòng)度達(dá)到180±5mm時(shí)的減水劑用量)，按照水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄基準(zhǔn)組的膠砂流動(dòng)度Y；

3.測(cè)定實(shí)驗(yàn)組的膠秒流動(dòng)度：分別稱取水泥315g、機(jī)制砂1350g、水180g、減水劑Z重量，按照水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)組的膠砂流動(dòng)度X；

4.根據(jù)公式

式中：F0.4為在0.4水膠比下的流動(dòng)度比（%）；X為實(shí)驗(yàn)組的膠砂流動(dòng)度（mm）；Y為基準(zhǔn)組的膠砂流動(dòng)度（mm）；

5.通過(guò)多次對(duì)比試驗(yàn)，既采用上述流動(dòng)度試驗(yàn)方法與采用同樣機(jī)制砂試樣，按照《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)標(biāo)準(zhǔn)中7.5章測(cè)定該砂樣亞甲基藍(lán)值的試驗(yàn)方法，對(duì)比可知，若F0.4大于100%，對(duì)應(yīng)的亞甲基藍(lán)值大多小于1.4，機(jī)制砂含較少的石粉；若F0.4接近100%，對(duì)應(yīng)的亞甲基藍(lán)值大多接近1.4，機(jī)制砂含一定量的石粉；若F0.4小于100%，對(duì)應(yīng)的亞甲基藍(lán)值大于1.4，機(jī)制砂含較多的石粉。