机制砂中石粉含量的测定方法研究进展

冯喜雄 张茂林 秦龙飞

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

责任编辑/孙世玮 美术编辑/李文华

一、引言

近年来，我国土木工程基础设施建设规模巨大，优质河砂资源日趋匮乏，且随着环保意识的增强，可开采的河砂资源越来越少，机制砂成为代替河砂的主要材料。机制砂是由开采所得岩石经过机械破碎筛分而制成的砂，与天然砂相比，机制砂资源丰富、质量可控且成本低廉，适合大规模工厂化生产，对于河砂缺乏的山区，采用机制砂更具有经济性。

受石材强度、生产工艺等因素的影响，在生产过程中，机制砂会产生一定量并小于75μm的石粉颗粒。相关研究表明，过量的石粉不仅会使机制砂制备的混凝土拌合物存在和易性差的问题，还对混凝土强度、耐久性以及收缩徐变等长期性能产生显著的影响。

基于此，MB值作为定性评价机制砂石粉含量的指标被广泛应用于实际生产中，但常用的标准如《建设用砂》(GB/T 14684-2011)以及《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)中测定MB值的方法仍存在一些问题。本文对当前标准中机制砂石粉含量测定方法的不足之处进行了分析，并进一步对基于改进规范的不足之处和石粉吸附性能的定性测量石粉含量的方法进行了系统总结梳理，为实际工程中机制砂石粉含量的测定工作提供指导。

二、规范中MB值的测定方法及评价

（一）规范中MB值的测定方法

我国《建设用砂》(GB/T 14684-2011)标准，以及《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）采用MB值对机制砂中石粉含量进行量测，该测定方法简述如下：

按照规程标准中的各项操作要求，将机制砂缩分约400g制成试样，烘干至恒量待冷却至室温后，筛除大于2.36mm的颗粒。依次将试样制备成试样悬浊液，加入制备好的亚甲蓝溶液，取悬浊液滴于滤纸上，根据出现色晕的时间及色晕持续5min时所加入的亚甲蓝溶液总体积，按下式计算MB值，数值精确至0.1。

其中，MB表示亚甲蓝值（g/kg），表示每千克0 mm～2.36mm粒径试样所消耗的亚甲蓝质量；G代表试样质量（g）；V表示所加入的亚甲蓝溶液的总量，单位为毫升（ml）；公式中的10代表用于每千克试样消耗的亚甲蓝溶液体积换算成亚甲蓝质量。

（二）评价

目前在应用中，由于不规范操作和实验室条件限制等因素，使得试验结果出现不同程度的误差。造成误差的主要原因有如下几点：

1.取样导致的误差。取样范围为2.36mm以下的颗粒，而对MB值贡献最大的颗粒是0.075mm以下颗粒，超出取样范围的样品无法代表细颗粒的粒径分布。

2.加入亚甲基蓝溶液过程中产生的误差。无论是采用移液管还是滴定管加入亚甲蓝溶液时，都会因实验人员操作带来亚甲蓝使用量统计的误差。

3.规定时间内完成操作的难度大。在1min内快速准确地完成吸取溶液，沾染试验等过程对大部分实验员难度较大，易造成误差。

三、改进的MB值测定方法

鉴于规程标准中MB值的测定方法在实际应用中存在的测量误差，可采用如下两种改进的MB值测定方法来降低误差的影响。

（一）方法一

将样品和溶液的质量等比例减少到原来的1/5，通过设置0.6mm的筛子对测量用机制砂进行过筛，将测量的砂分为两个粒级，再分别选取两个粒级的砂子作为测量机制砂，以此来降低传统测量方式取样范围大的问题，再通过使用带刻度的注射器替代移液管，逐次分步加入亚甲蓝溶液，避免移液过程中的误差和加入过多亚甲基蓝造成的环境污染问题。

通过大量实验对比证明，此方法测定出的MB值的精确度可达0.02（标准要求为0.1），同一样本重复6次后的测定值离散系数小于5%。综上所述，此测定法不但可减少样品和标准溶液的用量，还可提高机制砂亚甲蓝MB值的精度并减少误差。

具体操作步骤如下：

1.将500g机制砂烘至恒重，筛去其中大于2.36mm的颗粒，再采用0.6mm筛将砂样过筛，记录筛上和筛下两部分砂样的重量（m上和m下），按比例称取筛上［40×m上/（m上+m下）g］和筛下［40×m下/（m上+m下）g］砂样共40g；

2.倒入盛有100±1g的蒸馏水的烧杯中，用叶轮搅拌机以（600±60）r/min的速度搅拌5min，然后以（400±40）r/min的速度搅拌至试验结束；

3.使用刻度注射器向悬浮液中加入1ml亚甲蓝溶液，然后以（400±40）r/min的速度搅拌至少1min后，用玻璃棒沾取一滴悬浮液，滴于滤纸上，观察沉淀物在滤纸上的色晕；若未出现色晕，在使用刻度注射器再加入1ml的亚甲蓝溶液，搅拌至少1min后，观察色晕，重复以上步骤，直至沉淀物周围出现色晕；此时应继续搅拌，每1min进行一次沾染试验，若色晕在4min内消失，继续向悬浮液中加入0.4ml亚甲蓝溶液，搅拌至少1min后，用玻璃棒沾取一滴悬浮液，滴于滤纸上出现色晕，继续搅拌，每1min进行一次沾染试验，直到色晕可以持续5min；

4.记录色晕能持续5min所加的亚甲蓝溶液的总体积，精确至0.2ml，再根据《建设用砂》(GB/T 14684-2011)相同的方法计算MB值；

5.再将计算结果对照国际标准，符合要求为合格。

（二）方法二

据研究，亚甲蓝对泥土敏感，对石粉不敏感，机制砂中小于75μm的细小颗粒主要是由一些惰性非黏土类矿物组成，对MB值的贡献较小。其次，2.36mm以上颗粒的表面可能会因为雨水或其他自然原因而附着黏土，黏土对MB值的影响大，若仅仅对测量用砂进行烘干筛除，黏土小颗粒很有可能会粘附于大颗粒，随大颗粒一起被筛除掉，如此将会导致石粉测量结果偏小，造成很大的误差。

为避免此类误差，样品过2.36mm筛后，将附着在粒径大于2.36mm的机制砂上的黏土和粒径小于75μm的粉尘冲洗至清洗液内，再将清洗液添加到粒径小于2.36mm的部分中，保证了机制砂中所有粒径小于75μm的颗粒完全进入试验样品中。通过将筛下部分进行两种粒级的筛分，按重量比例从筛分的各个粒级部分中取样并将其混合均匀形成试验样品，添加蒸馏水至试验样品中并进行搅拌，再向搅拌后的溶液中加入亚甲基蓝溶液，使用碱式滴定管进行亚甲基蓝溶液的添加，使用滤纸对添加有亚甲基蓝溶液的试验样品混合物中的悬浮液进行沾染试验，待沉积于滤纸上的沉淀物周围出现淡蓝色色晕时，记录此时滴加的亚甲基蓝溶液的体积。

具体操作步骤如下：

1.取不少于600g的机制砂烘干至恒重，使用2.36mm的筛子对机制砂过筛，对筛上部分a进行清洗（见注），将附着在筛上部分a中的机制砂上的黏土和粒径小于75μm的粉尘冲洗至清洗液内，将清洗液与筛下部分b进行混合，对混合有清洗液的筛下部分b进行烘干至恒重得到烘干样品；

2.使用至少两种不同粒级的套筛，将烘干样品筛分（见注），按照重量比例分别对各粒级进行取样，将取得的机制砂搅拌均匀形成试验样品；

3.向试验样品中加入蒸馏水，并对其进行充分搅拌，直至试验样品与蒸馏水完全混合均匀；

4.继续对试验样品进行搅拌，并向试验样品与蒸馏水的混合物中滴加亚甲蓝溶液（见注），取一滴试验样品、蒸馏水和亚甲基蓝溶液的混合物的悬浮液滴于滤纸上，待沉积于滤纸上的沉淀物周围出现淡蓝色色晕时，记录滴加的亚甲基蓝溶液的体积；

5.按《建设用砂》(GB/T 14684-2011)相同的方法计算该机制砂的亚甲基蓝MB值，并将其与国际标准进行对比，判断该机制砂是否符合标准。

注：步骤1中清洗筛上部分a的方法为：将筛上部分a置于烧杯中，向烧杯中添加蒸馏水，充分搅拌至均匀，使附着在机制砂上的黏土和粒径小于75μm的粉尘脱离机制砂表面，用网孔直径为1.5～2.36mm的滤网过滤后，使用蒸馏水对滤网上的部分进行冲洗，然后将滤网下混合有黏土和粒径小于75μm的粉尘的清洗液倒入到筛下部分b中，完成清洗步骤。

步骤2中使用两种粒级筛筛分烘干样品的方法为：使用0.6mm和0.15mm的套筛筛分烘干样品，将烘干样品筛分为粒径大于0.6mm的大颗粒m上、粒径在0.6mm～0.15mm之间的中颗粒m中和粒径小于0.15mm的小颗粒m下，按照重量比例取：

步骤4中向试验样品中添加亚甲基蓝溶液的方法为：使用碱式滴定管，向搅拌均匀的试验样品与蒸馏水的混合物中加入3滴亚甲基蓝溶液，然后以400r/min的速度搅拌1min后，使用玻璃棒蘸取一滴试验样品、蒸馏水和亚甲基蓝溶液的混合物中的悬浮液滴于滤纸上，若沉积于滤纸上的沉淀物周围未出现淡蓝色色晕，则重复上述步骤，直至沉淀物周围出现约1mm的浅蓝色色晕，继续搅拌，每隔1min进行一次沾染试验，若色晕在4min内消失，向悬浮液中加入1滴亚甲蓝溶液，搅拌1min后，继续进行沾染试验，直至最终色晕可持续5min，然后记录最终所用亚甲基蓝溶液的总体积。

四、基于机制砂吸附性能的石粉含量测定方法

由于机制砂石粉中的膨胀性黏土矿物主要影响砂浆及混凝土的工作性能，因此，还可从测定机制砂石粉吸附性能的角度，根据流动度比评价机制砂石粉中是否存在膨胀性黏土矿物及其含量的整体指标。

具体操作步骤如下：

1.取机制砂烘干至恒重不少于3000g，称取试样500g，增加75μm方孔筛，将套筛置于摇筛机上，摇10min，取筛底石粉备用；再次称取试样500g，进行同样的筛分，直至筛底石粉累计达到150g；

2.测定基准组的胶砂流动度：分别称取水泥450g、干净砂1350g、水180g，减水剂Zg(Z为基准组胶砂流动度达到180±5mm时的减水剂用量)，按照水泥胶砂流动度试验进行试验，记录基准组的胶砂流动度Y；

3.测定实验组的胶秒流动度：分别称取水泥315g、机制砂1350g、水180g、减水剂Z重量，按照水泥胶砂流动度试验进行试验，记录实验组的胶砂流动度X；

4.根据公式

式中：F0.4为在0.4水胶比下的流动度比（%）；X为实验组的胶砂流动度（mm）；Y为基准组的胶砂流动度（mm）；

5.通过多次对比试验，既采用上述流动度试验方法与采用同样机制砂试样，按照《建设用砂》(GB/T 14684-2011)标准中7.5章测定该砂样亚甲基蓝值的试验方法，对比可知，若F0.4大于100%，对应的亚甲基蓝值大多小于1.4，机制砂含较少的石粉；若F0.4接近100%，对应的亚甲基蓝值大多接近1.4，机制砂含一定量的石粉；若F0.4小于100%，对应的亚甲基蓝值大于1.4，机制砂含较多的石粉。