C55自密实混凝土中MB取值的优选区间探讨

徐 全 李北星 涂家帅 程 凯

(武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室1) 武汉 430070)(湖北大学材料科学与工程学院2) 武汉 430062)

0 引 言

长久以来，我国的土木工程大量使用天然砂，过度的开采造成了河道堵塞，影响防洪防汛，导致耕地毁坏等隐患.我国于20世纪60年代开始了机制砂的研究，至今，机制砂生产线已遍布各地[1].机制砂是由各种天然岩石破碎而成，在生产过程中会带入部分泥粉，而泥粉会对混凝土各性能产生较大影响.我国的机制砂生产水平不高，产品总体质量良莠不齐，许多工程中机制砂的泥粉含量难以得到控制[2].

因此，本文依托某大桥工程，在试验中采取控制变量法，以MB值反映机制砂中泥粉含量来探讨MB值的优选区间.MB值在GB/T 14684—2011《建设用砂》中将其定义为“用于判定机制砂中粒径小于75 μm颗粒吸附性能的指标”.一般机制砂中粒径小于75 μm的颗粒是泥粉和石粉而MB值对泥粉含量变化敏感，对石粉含量变化几乎不敏感，因此在控制石粉含量一定时，可作为确定机制砂中泥粉含量的整体指标[3].需要注意的是，机制砂的材质变化会略微影响亚甲蓝的吸附量即改变MB值，但是少许泥粉含量的变化对MB值的测试结果影响却是显著.两者相比可知，即使机制砂的材质发生改变，优选区间仍具参考价值.

泥粉是一种细小，比表面积大，表面疏松多孔且易吸附水的膨胀性黏土矿物.试验证明，较多泥粉的存在会有增加混凝土需水量，妨碍水泥水化，增加混凝土收缩，弱化界面过渡区等众多不利影响，而少量的泥粉可能对混凝土性能有着提升作用[4].因此，合理的控制MB值在一定范围内对混凝土质量的保证和某大桥工程的顺利实施至关重要，本文通过研究不同MB值对C55自密实混凝土各性能的影响以得到MB值最优工作区间.

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

1)水泥 采用某水泥集团公司生产的P·O42.5级普通硅酸盐水泥，经检测，其3 d和28 d的抗压强度分别为29.3 MPa和60.1 MPa，满足标准指标.

2)粉煤灰 采用运城某公司的Ⅰ级粉煤灰，细度(45 μm筛余)7.5%，烧失量为3.44%.

3)机制砂 取自某开采矿石场，细度模数为2.8，物理性能指标见表1.

表1 机制砂的物理技术指标

4)粗集料 取自某诚磊石料有限公司，级配为5～20 mm连续级配：5～10 mm∶10～20 mm=30%∶70%.

5)减水剂 上海某建材公司提供的星标HP400高性能减水剂，减少率达到32%.

1.2 试验方法

1)根据JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》测试机制砂混凝土的坍落扩展度、J环扩展度、V形漏斗时间、T500时间和U箱回填高差等工作性指标.

2)根据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试机制砂混凝土的抗压强度和静压弹性模量.

3)根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试机制砂混凝土的电通量、抗裂性和抗冻性等指标.

1.3 混凝土配合比

经过计算及试拌调整确定C55机制砂自密实混凝土配合比见表2.

表2 C55机制砂自密实混凝土配合比 单位：kg/m3

2 试验结果及分析

2.1 MB值对机制砂自密实混凝土工作性的影响

通过外掺黏土来调整机制砂的MB值以做对比试验，试验数据见图1.结果显示:随着MB值的增大，混凝土的坍落扩展度和J环扩展度总体上呈下降趋势，当MB值过大时，扩展度急剧降低，这主要是由于较大的泥粉含量增强了泥粉对水的吸附作用，增强了混凝土的塑性，降低了其流动性；V形漏斗流出时间随着MB值的增大先减小后增大，在MB值处于较小阶段时，泥粉起到适当润滑作用，这对混凝土的流动性有着一定的提升，当MB值过大时则更多表现出泥粉对水的吸附作用，减弱了外加剂对水泥的作用效果，从而使得混凝土的工作性变差.图1c)～d)分别反应了自密实混凝土的填充能力和抗离析能力，可见当MB值为0.7时，混凝土的流动能力和抗离析能力最强.

图1 不同MB值下的实验数据

2.2 MB值对机制砂自密实混凝土力学性能的影响

选取7组MB值不同的混凝土试样进行7 d和28 d的抗压强度与弹性模量试验，试验结果见图2.机制砂MB值的变化对C55自密实混凝土抗压强度影响较小，随着MB值增大有略微下降的趋势.这是因为高强混凝土的胶凝材料用量较多，水胶比相对较低，MB值的提高对混凝土保水作用以及界面过渡区的影响并不明显.静压弹性模量试验结果与抗压强度类似，MB值改变对其影响较小.主要原因可能是：影响弹性模量的因素有多种，而MB值变化仅仅是改变了泥粉的含量，未改变其它重要影响参数，因此所受影响较小.

图2 不同MB值下的抗压强度和弹性模量

2.3 MB值对机制砂自密实混凝土耐久性能的影响

图3a)为不同MB值下电通量，由图3a)可知，MB值对混凝土电通量的影响是随着MB值上升而略微增大的.这是因为C55自密实混凝土是高强混凝土，水胶比较低，本身结构较为密实从而MB值上升对混凝土的抗渗性影响较小.表3为不同MB值下混凝土抗裂性，随着MB值的增大机制砂自密实混凝土的抗裂性能降低，当MB值不大于0.7时，其变化对混凝土的抗裂性能影响较小，抗裂等级为Ⅳ级.当MB值大于0.7时抗裂能力下降开始变得明显.这是因为较大的泥粉含量妨碍了水泥水化，增加了内部微裂纹，降低了混凝土强度.由图3b)～c)可知，随着MB值的增加，混凝土的抗冻性能逐渐降低，这是因为MB值增大，带入了许多泥粉，泥粉因其疏松多孔而吸纳了许多毛细孔水，然而其毛细管壁强度相较于水泥石毛细管壁低，从而导致其抗冻性降低[5].尤其是当MB值大于0.7时混凝土抗冻性能下降尤为明显，泥粉对混凝土的劣化作用愈加显著.

图3 不同MB值下的试验数据

表3 不同MB值下混凝土抗裂性

图4为两张对比较为明显的SEM图.从微观层面看，不含泥粉的混凝土结构较为密实.相反，含有泥粉的混凝土结构较为疏松，并且其内部微裂纹以及空隙数量均相对较大.混凝土内部缺陷的增多必然会对其抗渗性、抗裂性及抗冻性造成不利影响.因此，这正是宏观现象在微观层面上的反映.

图4 SEM图

通过上述研究发现，混凝土工作性受MB值影响较大，当MB值大于0.7时，扩展度下降尤其明显，这会大大增加泵送阻力，不利施工[6-8]；由于高性能混凝土本身结构优秀，所以MB值在不太大时其对混凝土的力学性能影响不大；C55自密实混凝土在MB值大于0.7时，其抗冻性能与抗裂性能下降较为明显，在微观上也明显反应出泥粉对混凝土的劣化作用.因此，即使在不同施工条件下，C55自密实混凝土的MB值都应不大于0.7.

3 结 论

1)机制砂MB值宜控制在0.7以内.大于0.7时坍落度损失较大，影响混凝土流动性与可泵性.机制砂混凝土本身离析泌水倾向较为明显，将MB值控制在0.7可有效降低离析率，提高工作性能.

2)对于机制砂自密实混凝土，MB值的提高对混凝土抗压强度，弹性模量以及渗透性影响不大.

3)泥粉含量较多时会吸附较多的自由水，当混凝土发展到一定阶段，其内部将形成较多缺陷，直接影响到混凝土耐久性.