1 引　言

亞甲藍染料吸附試驗方法在歐、美國家被普遍用于檢測集料中的細粉是以粘土還是以石粉為主，但國外相關(guān)集料標準并未對判定機制砂中的細粉主要是粘土還是石粉的亞甲藍(MB)臨界值進行規(guī)定。我國在GB/T14684《建筑用砂》中引入了亞甲藍試驗方法，并規(guī)定MB值<1.4的機制砂，石粉含量按混凝土強度等級大于C60、C60～C30、小于C30分別限定為3%、5%、7%，MB值≥1.4的機制砂，石粉含量分別限定為1%、3%、5%(與天然砂含泥量相同)，但該標準中并未對MB臨界值作任何解釋。

本文通過采用外摻粘土調(diào)整機制砂MB值，重點研究了機制砂MB值變化對混凝土工作性、力學(xué)性能、收縮開裂以及耐久性的影響，以期為機制砂MB值的控制提供參考。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗原材料

水泥為42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為Ⅰ級粉煤灰；粗集料為5～25mm連續(xù)級配石灰?guī)r碎石；細集料為石灰?guī)r機制砂，細度模數(shù)3.1，原砂石粉含量為4.3%。

石粉為石灰?guī)r機制砂經(jīng)粉磨并通過75μm篩制成。泥粉選取3種不同液塑限指數(shù)的粘土，烘干后過75μm篩，其中：粘土A的液限WL=28%、塑限Wp=18%、塑性指數(shù)Ip=10%；粘土B的WL=42%、Wp=23%、Ip=19%；粘土C的WL=55%、Wp=34%、Ip=21%。外加劑為JK-180聚羧酸鹽高效減水劑，固含量40%，減水率35%。

2.2 混凝土配合比

試驗用混凝土基準配合比為：水泥430kg/m3，粉煤灰70kg/m3，機制砂760kg/m3，碎石1110kg/m3，外加劑摻量以水泥和粉煤灰質(zhì)量之和計為0.45%。

實驗用機制砂中粒徑小于75μm的顆粒含量固定為7%(即石粉和粘土含量之和)，機制砂MB值的變化通過改變機制砂中石粉含量和含泥量的質(zhì)量比例達到，即采用人工篩出機制砂中石粉的同時添加等質(zhì)量的泥粉可增加MB值。

2.3 試驗方法

機制砂亞甲藍MB值按JTGE42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》規(guī)定的方法進行。

混凝土拌和物性能按GB/T50080《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》進行測試?；炷亮W(xué)性能依據(jù)GB/T50081《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》進行測定。

混凝土塑性收縮開裂試驗采用日本笠井芳夫教授平板試件約束抗裂性試驗方法，試件尺寸為600mm×600mm×63mm，用于澆筑試件的鋼制模具、試驗方法及開裂參數(shù)計算公式詳見CECS01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》附錄A2。

混凝土干燥試件尺寸為100mm×100mm×515mm，試件兩端預(yù)埋銅測頭。試件成型后用濕布覆蓋1d拆模，隨后置于(20±2)℃，相對濕度為(60±5)%的干燥養(yǎng)護室中，分別測定試件在1，3，7，14，28，60，90，180d齡期時的干燥收縮值。

混凝土氯離子擴散系數(shù)測試依據(jù)CECS01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》附錄B2的氯離子擴散系數(shù)快速檢測的NEL法?；炷量箖鲂栽囼灠?span>DL/T5150水工混凝土試驗規(guī)程》的快凍法進行。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 機制砂MB值與石粉、粘土含量的關(guān)系

從圖1所示石粉含量對機制砂MB值的影響結(jié)果可以看出，隨石粉含量增大，MB值逐漸增加，但增加幅度很小，即石粉含量每增加5%，其MB值增加幅度不超過0.05，即石粉對亞甲藍的吸附量較小。

圖2為3種不同土質(zhì)特性的粘土對機制砂MB值的影響。結(jié)果顯示，粘土對亞甲藍的吸附性很強，隨機制砂中粘土含量的增加，MB值迅速增大，MB值與粘土含量呈線性相關(guān)。進一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機制砂中粘土含量相等時，MB值均隨液限WL、塑限WP以及塑性指數(shù)IP的增大而增大(文中省略了等粘土含量下機制砂MB值分別與WL、WP以及IP的關(guān)系圖)，其中MB值與WL的相關(guān)性最大，基本成正比關(guān)系。

因此，可以認為，MB值除受機制砂中粘土含量影響外，還與粘土特性有關(guān)，MB值對機制砂中石粉含量的變化并不敏感。含不同粘土的機制砂MB值的差異，反映了機制砂中所含粘土的礦物特性、比表面積和陽離子交換能力的差別，而不同粘土礦物對混凝土性能的影響是不一致的。因此，即使機制砂的粘土含量相同，但由于MB值的差異，對混凝土性能的影響應(yīng)是不同的，即MB值更能準確反映粘土對混凝土性能的影響程度。

3.2 機制砂MB值對混凝土工作性和力學(xué)性能的影響

從機制砂MB值對混凝土工作性和力學(xué)性能影響的試驗結(jié)果可知，同水膠比條件下，隨MB值增加，混凝土坍落度和擴展度下降，當(dāng)MB值>1.45后，混凝土工作性急劇下降，已由原來的流動性變?yōu)樗苄浴?span>

從混凝土力學(xué)性能來看，機制砂MB值的增加，降低了混凝土7d抗壓強度，降低幅度最大為14%，而對28d抗壓強度沒有明顯的影響，同時顯著降低了抗折強度，抗折強度最高降低約15%。當(dāng)MB值≤1.8時，隨MB值的增大，混凝土的彈性模量幾乎沒有變化，但當(dāng)MB值達到2.15時，混凝土的彈性模量開始降低。一般來說，集料中大量粘土的存在理應(yīng)阻礙水泥水化，降低水泥石的強度，并妨礙水泥石與集料的界面粘結(jié)，從而降低混凝土的強度，尤其是早期強度?；炷梁笃诳箟簭姸仁?span>MB值變化不明顯，這與粘土有類似粉煤灰的微集料填充效應(yīng)有關(guān)，使機制砂混凝土的孔結(jié)構(gòu)得到一定程度的細化，密實度增加。

3.3 機制砂MB值對混凝土塑性開裂和干燥收縮的影響

由新拌混凝土24h內(nèi)的塑性收縮開裂試驗統(tǒng)計結(jié)果可知，隨著MB值的增加，出現(xiàn)塑性裂縫的時間逐漸縮短，當(dāng)MB值>1.45時，出現(xiàn)塑性裂縫的時間驟然縮短。同時，MB值的增大降低了混凝土的抗裂性等級，當(dāng)MB值≤1.45時，MB值變化對抗裂性影響不甚明顯，但當(dāng)MB值≥1.8時，裂縫寬度開始變粗，裂縫的平均裂開面積與單位面積上的總裂開面積迅速增加。

塑性裂縫產(chǎn)生是由于混凝土表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率，導(dǎo)致毛細管中產(chǎn)生負壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮，進而形成裂縫。由于粘土為疏松多孔型結(jié)構(gòu)，吸水率較高，提高了新拌混凝土的保水性，降低了混凝土內(nèi)部水分向表面遷移的速率，致使混凝土表面塑性收縮增大，從而更易產(chǎn)生塑性裂縫。

MB值對混凝土干縮影響的試驗結(jié)果見圖3。結(jié)果顯示，隨著MB的增大，特別是在MB值≥1.45后，混凝土的干縮率無論是早期還是后期有明顯增加。究其原因，主要是粘土顆粒本身屬于疏松多孔層狀結(jié)構(gòu)，分散于混凝土中后吸附大量拌和水而腫脹，一旦混凝土處于干燥環(huán)境，隨著表面水分的不斷揮發(fā)損失，混凝土內(nèi)部水向外遷移，內(nèi)部相對濕度降低，原來吸附于粘土顆?？障吨械乃捎跀U散作用被釋放出來；另外，由于粘土比表面積大，存在于機制砂中，一定程度上也增大了漿體的體積含量，這兩方面的作用均加大了混凝土干燥收縮的程度。

3.4 機制砂MB值對混凝土抗氯離子滲透性和抗凍性的影響

氯離子擴散系數(shù)試驗結(jié)果表明，隨機制砂MB值的增大，混凝土氯離子擴散系數(shù)(DNEL)表現(xiàn)出增加的趨勢，但增加幅度較小，因此MB值的增大對混凝土的抗氯離子滲透性并沒有造成明顯有害的影響。主要由于該混凝土水膠比較小，混凝土結(jié)構(gòu)密實，粘土含量對滲透性的作用不甚明顯。

抗凍性試驗結(jié)果顯示，MB值為0.35和0.7的混凝土的動彈性模量經(jīng)250次凍融循環(huán)后幾乎沒有下降，可以推測該兩組混凝土的抗凍性等級超過了F250。當(dāng)MB值≥1.1時，除MB值為2.5的試樣外，其他試樣的動彈性模量在前150次凍融循環(huán)下降也不甚明顯，但在凍融循環(huán)達到200次后均出現(xiàn)了動彈性模量陡降，其中MB值最大的兩組試樣的相對動彈性模量降到了60%以下，產(chǎn)生凍融破壞。由此可見，機制砂MB值的增加，加劇了混凝土的凍融破壞，混凝土抗凍等級降低。初步分析認為，疏松多孔的粘土吸納了大量的毛細水，其毛細管壁的強度要低于正常的水泥石毛細管壁，在經(jīng)過多次凍融循環(huán)之后將很快遭受破壞，導(dǎo)致混凝土動彈性模量下降。

4 結(jié)　論

(1)機制砂MB值與石粉含量關(guān)系不大，而與粘土含量成線性正比關(guān)系，同時發(fā)現(xiàn)MB值還與砂中所含粘土的特性有很大相關(guān)性。在采用機制砂配制混凝土?xí)r，采用MB值指標對機制砂的含泥量進行控制更為科學(xué)合理。

(2)機制砂MB值的增大，顯著降低了新拌混凝土的工作性，增大了早期塑性開裂程度，對硬化混凝土的抗折強度與7d抗壓強度有明顯降低作用，但對28d抗壓強度影響不大，增加了混凝土各齡期收縮值，輕微降低了混凝土的抗氯離子滲透性，顯著加快了混凝土的凍融破壞，不利于混凝土的高性能化。對混凝土性能不產(chǎn)生明顯劣化的機制砂MB臨界值約為1.4。