细粉对机制砂亚甲蓝值的影响研究

２０１３年第１１期（总第２８９期）Number11in2013（TotalNo.289）

混

凝

Concrete

土

原材料及辅助物料

MATERIALANDADMINICLE

doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2013.11.030

细粉对机制砂亚甲蓝值的影响研究

刘战鳌，周明凯，姚楚康

（武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北武汉430070）

摘

要：为探明细粉（机制砂中小于0.075mm颗粒）对机制砂亚甲蓝值（MB值）的影响规律，通过向洁净机制砂中添加不同含

量及特性的细粉进行亚甲蓝试验，研究了作为机制砂中细粉组成的石粉和泥粉的含量、比表面积、矿物特性对MB值的影响。结但石粉和泥粉的影响规律迥异。泥粉含量、比表果表明：不仅细粉的含量，而且细粉的比表面积和矿物特性对MB值均存在影响，面积和矿物特性对MB值的影响非常显著，而石粉含量的影响相对较小，石粉比表面积和矿物特性的影响更是微乎其微。关键词：机制砂；细粉；亚甲蓝；MB值；石粉中图分类号：TU528.01

文献标志码：A

文章编号：1002-3550（2013）11-0112-04

Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｆｉｎｅｓｏｎｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｖａｌｕｅｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｓａｎｄ

LIUZhan'ao，ZHOUMingkai，YAOChukang

（StateKeyLaboratoryofSilicateMaterialsforArchitectures，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Inordertoverifytheprincipleofmicrofines（referringtotheparticlespassingthe0.075mmsieve）onMethyleneBlue（MB）valueofmanufacturedsand，theinfluenceofmicrofinesamount，specificsurfaceareaandmineralogicalcharacteronMBvaluehadbeenstudiedbyaddingdifferentamountsandpeculiaritiesofstonedustandclaypowdertocleanmanufacturedsand.TheresultindicatedthatbutalsothemicrofinesspecificsurfaceareaandmineralogicalcharacterhadinfluenceonMBvalue，butnotonlythemicrofinesamount，

specificsurfaceareaandmineralogi-theinfluencelawofstonedustandclaypowderwasquitedifferent.Theeffectofclaypowderamount，

calcharacterwasextremelynotable，whiletheeffectofstonedustamountwasquiteminimalandtheeffectofspecificsurfaceareaandmineralogicalcharacterwasverylittle.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：manufacturedsand；microfines；methyleneblue；methylenebluevalue；stonedust

0引言

近年来，伴随着国民经济的持续高速增长，我国的基础设施建设迅猛发展，混凝土年产量已连续多年超过世界总产量的50%，消耗了大量的砂资源。天然砂的日益匮乏，“限挖禁采”，使得天然砂的以及为保护自然环境所实施的

价格不断上涨且质量和供量均难以保证，严重制约了我国工程建设的发展。机制砂是岩石经破碎、筛分后制成的粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗，由于具

[1]

含量对机制砂中含泥量进行控制。

MB值是每千克试验粒级机制砂颗粒所消耗的亚甲蓝克数，从实质上讲反映了机制砂颗粒对亚甲蓝染料的吸

由于泥粉中所含有的膨胀性黏土矿物具有很容易附能力。

吸附亚甲蓝的特性，而作为非黏土性矿物的石粉吸附量很小，因此利用MB值可以较好的检测和控制机制砂中的含

泥量[3-4]。当MB值小于1.4g/kg时，认为细粉的主要组成反之则为部分为石粉，判定为合格，控制石粉含量≤10%；不合格，控制石粉含量≤5%。该规定自颁布实施以来，对于保障机制砂的质量和机制砂混凝土的性能具有重要作用。然而，在实际应用中，由于石粉含量达到8%时机制砂颗粒间便充满貌似“泥”的粉状物，受限于对石粉的认识不清，工程技术人员普遍存在将石粉和泥粉等同看待，以致不接受机制砂的现象，给机制砂的推广应用造成阻力。此外，目前我国有关石粉和泥粉对MB值影响的研究较为少见，且一般多集中于石粉或泥粉含量的影响[5-6]，针对石粉及泥粉的比表面积、矿物特性等特性对MB值影响则较为少见。为此，有必要开展细粉对机制砂MB值的影响研究，不仅

有来源丰富、性能可调、成本低廉等优点，机制砂在我国的应用日趋广泛。机制砂区别于天然砂的最显著特点是含有由于在生产过程中会不可一定量粒径小于75μm的细粉，

避免地混入泥土、风化岩、树根草皮等物质，这些细粉实际上可能由与母岩化学成分相同的石粉和由泥土、风化岩等组成的泥粉的混合物。鉴于泥粉会阻碍水泥水化，削弱集料与浆体之间黏结，对混凝土的工作性、力学性能以及耐久性造成诸多不利的影响[2]，我国GB/T14684—2011《建筑用砂》从国外规范中引入亚甲蓝试验，通过MB值及石粉

收稿日期：2013-05-16

基金项目：西部交通建设科技项目（[1**********]82）

·112·

可探明石粉和泥粉对MB值的影响规律，明确MB值的关键影响因素，而且有利于正确认识机制砂中的石粉并明确其与泥粉的区别，从而推动和促进机制砂在我国混凝土工程中的大规模应用，具有一定的理论研究和工程实践意义。

性经水洗的洁净机制砂分别于球磨机中粉磨后，过75μm方孔筛后烘干所得，通过调整粉磨时间控制石灰岩石粉勃氏比表面积约为300、450、600m2/kg，花岗岩和石英岩石粉勃氏比表面积为300m2/kg，具体物理和化学性能分别见表1、2。

（3）泥粉：自然土、高岭土和膨润土。自然泥土取自桩基施工现场，烘干后利用研钵研磨，过75μm方孔筛后所得，通过调整研磨时间控制其勃氏比表面积约为300、450、600m2/kg；高岭土和膨润土分别为化学药品，具体物理和2。化学性能见表1、

石英岩QZ2.63298.0

NS12.52293.7

自然土NS22.52434.4

NS32.52638.6

高岭土KL2.68768.8

膨润土BT2.05417.8

1原材料和试验方法

1.1

原材料

（1）机制砂：洁净石灰岩机制砂，将机制砂在75μm方孔筛上水洗去除石粉、烘干后过2.36mm方孔筛所得。

（2）石粉：洁净石灰岩、花岗岩、石英岩石粉，将不同岩

表1

项目密度（/g/cm3）比表面积（/m2/kg）

石灰岩

LS12.72326.8

LS22.72453.6

LS32.72619.1

GN2.65313.9表2

项目石灰岩花岗岩石英岩自然土高岭土膨润土

SiO25.0259.7290.8968.5857.3563.38

Al2O31.4017.484.0515.7238.3413.27

Fe2O30.823.631.645.360.752.46

CaO49.144.270.390.740.0232.45

花岗岩

细粉的物理性能

细粉的化学性能MgO1.931.150.141.200.244.92

K2O0.415.901.961.850.530.56

Na2O-0.370.320.850.530.55

TiO20.140.350.0730.840.310.16

SO30.280.170.0190.0310.0720.022

P2O50.0220.160.0610.0490.450.024

Loss40.166.490.294.760.869.53

1.2试验方法

机制砂MB值的测定按照GB/T14684—2011《建设用

砂》中规定的机制砂亚甲蓝试验方法进行。为排除其他因素的影响，以洁净、粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂作为基准机制砂，通过向基准机制砂中添加定量的纯净石粉或泥粉来调整机制砂中的石粉或泥粉含量，然后进行亚甲蓝试验。考虑到石粉对亚甲蓝的吸附量相对较少、MB值偏低，按GB/T14684—2011中亚甲蓝添加方法进行试验时容易过量，造成MB值与细粉含量无线性规律的现象。因此，参考一些文献中推荐的方法[6]，在进行石粉对MB值的影响试验时，将规范中亚甲蓝的滴加规则由“每次滴加5mL，第5分钟时消失加2mL”改为“每次滴加2mL，第5分钟时消失加1mL”，进行泥粉对MB值的影响试验时则与规以提高试验精准度，减小试验误差。范一致。

图1

石粉含量对MB

值的影响

2试验结果与讨论

2.1

细粉含量对MB值的影响

以比表面积约为450m2/kg的石灰岩石粉和自然泥土为对象，将其以不同含量加入标准机制砂中进行亚甲蓝试验，研究了细粉含量对机制砂MB值的影响，试验结果分别如图1、2所示。

由图1、2可以看出：随着石粉和泥粉含量的增加，机制砂MB值均呈逐渐增大的趋势，且存在较好的线性相关性。与此同时，通过比较所拟合线性关系式的斜率可以看出，泥粉含量对机制砂MB值的影响相比石粉更为显著，石粉MB值也不会超过0.5g/kg，而泥粉含含量即使达到30%，

图2

泥粉含量对MB

值的影响

量仅达到5%，MB就已超过规范限值1.4g/kg，MB值大小对于含泥量变化明显更为敏感。这主要是由于泥粉大多由膨胀性黏土矿物组成，其表面一般疏松多孔（如图3（a）所示），且在水溶液中溶解后，因表面层的断键和晶格内部离子的不等价置换而带电[7]，在溶液中对亚甲蓝同时存在物理吸附和化学吸附，具有很强的吸附能力[8]；而石粉的主要矿物组成由惰性非黏土类矿物组成，其表面致密，无明显可见的孔洞特征（如图3（b）所示），且由于不具备水解特性而不带有电荷，其对亚甲蓝充其量仅是一种吸附能力较弱

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图3不同细粉的SEM

图

的物理吸附，由此导致石粉对亚甲蓝的吸附能力大大低于泥粉，因此MB值大小对泥粉含量变化相比石粉含量更为敏感，这同时从侧面证明了利用MB值检测机制砂中含泥量的可行性。

存在本质性区别，由惰性非黏土类矿物组成的石粉对亚甲蓝的吸附方式为石粉有限的物理吸附，比表面积的增大并不会改变石粉颗粒的表面特征和电荷特性，也就不会改变石粉对亚甲蓝的吸附方式，因此不会显著影响石粉对亚甲蓝的吸附量，使得比表面积对MB值几乎没有影响；但对泥粉而言，比表面积的增大不仅会增强泥粉对亚甲蓝的物理吸附，而且由于黏土对亚甲蓝的吸附量是黏土颗粒表面所带电荷的函数[9]，所引起电荷数量和电荷密度的提高会显著增加对亚甲蓝的化学吸附，二者的综合作用使得泥粉对亚甲蓝的吸附量明显增加，因此MB值随石粉比表面积增大几乎保持不变，但随泥粉比表面积的增大而显著增加。

2.2细粉比表面积对MB值的影响

以不同比表面积的石灰岩石粉和自然泥土为对象，将

其以不同含量加入标准机制砂中进行亚甲蓝试验，研究了细粉比表面积对机制砂MB值的影响，试验结果分别如图4、5所示。

2.3细粉矿物特性对MB值的影响

分别以比表面积约300m2/kg的石灰岩、花岗岩、石英

岩石粉，以及自然土（434.4m2/kg）、高岭土（768.8m2/kg）、膨润土（417.8m2/kg）为对象，将其以不同含量加入标准机制砂中进行亚甲蓝试验，研究了细粉矿物特性对机制砂

图4

石粉比表面积对MB

值的影响

MB值的影响，试验结果分别如图6、7所示。

图5泥粉比表面积对MB

值的影响

图6石粉矿物特性对MB

值的影响

由图4、5可以看出：石粉和泥粉比表面积对机制砂MB值的影响呈现出不同的规律。MB值随石粉比表面积的增大几乎保持不变，但随泥粉比表面积的增大而显著增加。前文已经提到，由于石粉和泥粉对亚甲蓝的吸附作用

由图6、7可以看出：石粉矿物特性对MB值的影响很小，相同含量下3种石粉的MB值几乎相同；而泥粉矿物特性对MB值的影响较大，相同含量下三种泥粉的MB值对于石差异明显，呈现出蒙脱土>自然土>高岭土的规律。

·114·

图7泥粉矿物特性对MB

值的影响

粉而言，虽然三种石粉的矿物组成（方解石、长石、石英）存在差异（如图8（a）所示），但均为惰性非黏土类矿物，吸附亚甲蓝的方式均是能力较弱的物理吸附，这从本质上决定而对于泥粉，由了石粉种类不会对MB值造成较大影响。

于亚甲蓝被吸附的过程实际上是亚甲蓝在水中分解的亚甲蓝阳离子与黏土颗粒表面极具交换性的阳离子发生交

换的过程，水解后所带电荷数量多、电价高的黏土颗粒具

），能够吸附较多亚甲蓝[10]。有较强的阳离子交换能力（CEC

本试验中三种黏土的主要矿物组成（如图8（b）所示）分别为

白云母和石英、高岭石，有资料[11]表明：蒙脱石的阳蒙脱石、

离子交换能力较强，约为70~130mmol/100g；高岭石的较低，约为3~15mmol/100g，白云母介于二者之间，大致在30mmol/100g左右。因此，泥粉矿物特性对机制砂MB值的影响会表现出膨润土>自然土>高岭土的影响规律。

另外，在所使用3种泥粉的比表面积存在较大差异（高岭土>自然土>膨润土）的情况下，相同含量时掺高岭

而掺土泥粉（比表面积最大）的机制砂表现出最低MB值，

膨润土泥粉（比表面积最低）却表现出最高MB值，这从一个侧面说明，泥粉的矿物特性相比比表面积对于MB值的

总之，黏土的矿物特性从根本上决定了黏土对亚影响更大。

甲蓝的吸附量，进而决定了MB值大小。

图8不同细粉的XRD

图谱

3结论

（1）不仅仅是细粉含量，细粉的比表面积、矿物特性对MB值也存在重要影响，但泥粉对MB值的影响非常显著，而石粉的影响十分有限。

（2）MB值随着石粉含量的增加而轻微增大，但随泥粉含量的增加而显著增大。MB值对泥粉含量的敏感程度明显高于石粉含量，通过控制MB值可以较好地控制机制砂中的含泥量。

（3）石粉比表面积对MB值几乎没有影响，而MB值随着泥粉比表面积的增大显著增加，泥粉比表面积的增大会引起颗粒所带电荷数量和密度的增加，提高了对亚甲蓝的吸附量。

（4）石粉矿物特性对MB值的影响很小，掺石灰岩、花岗岩、石英岩3种石粉机制砂的MB值几乎相同；而泥粉矿物特性是影响MB值的最重要因素，相同含量下MB值

的大小关系是膨润土>自然土>高岭土。

（5）从MB值的影响因素看，控制机制砂中含泥量的关键在于严格控制MB值，而不是石粉含量，对于MB值较低的机制砂，在混凝土性能验证合格的情况下可考虑适当放宽石粉含量。

参考文献：

[1]GB/T14684—2011，建筑用砂[S].北京：中国标准出版社，2011.[2]JTGE42—2005，公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出

2005.版社，

etal.Detectionofaggregateclaycoatingandimpacts[3]MUNOZJF，

onconcrete[J].ACIMaterialJournal，2010，107（4）：387-395.

[4]岳学军.亚甲蓝指标在评级微表处用集料洁净度中的应用[J].公

2006，9（23）：67.路交通科技，

[5]胡兵，刘加平，刘建忠，等.砂泥粉含量及MB值与砂浆干燥收缩

关系的研究[J].混凝土，2010（4）：108.[6]赵晋萍，赵德光.人工砂中含泥当量与石粉当量的定量测定与

2008，18（19）：129-130.控制指标[J].科技情报开发与经济，

·下转第１１８页

·115·

映水泥砂浆的流动性能。

从图4可知，黏土掺入水泥浆体后，浆体的黏度增加；提高黏土在水泥浆体中的掺量，其黏度增加。黏土掺量在0~5%的范围内，高岭土和膨润土对浆体的黏度影响较大，掺高岭土砂浆的黏度有基准组的187MPa，依次增加为209、246、260、299、346MPa；掺膨润土砂浆的黏度有基依次增加为199、257、285、314、375MPa；准组的187MPa，

而在此范围内的伊利土水泥浆体的黏度影响不大，这与水泥砂浆流动性的试验结果基本一致。

2.3黏土对聚羧酸减水剂吸附量的影响

聚羧酸减水剂作为一种阴离子型表面活性剂，易吸附

图6

黏土对聚羧酸减水剂吸附量的影响

Si4+，使电价平衡受到破坏，复网层间的排斥作用增加，结构的解离程度提高，复网层间空隙加大，对极性离子有较强的吸附作用；伊利石类也具有复网层结构，但复网层之间主要是通过K+离子来联结的，虽然也存在较多的离子取代，但由于K+离子的存在抑制伊利石类矿物复网层间的排斥作用，极性水分子不易进入复网层中，表现为极性吸附能力较差[7]。

吸附量是衡量减水于带正电的水泥颗粒或黏土颗粒表面。

减水剂塑化效果剂吸附能力及分散效果的一个重要参数。

的优劣与其吸附量有关，减水剂在水泥颗粒表面的吸附量大，其塑化效果优，反之则否。当水泥浆体中黏土存在时，黏土表面将吸附一定量的减水剂，导致减水剂在水泥颗粒表面的吸附量减少，其塑化效果降低。

3结论

（1）黏土在水泥砂浆中的掺量提高，砂浆的流动性降低，砂浆的经时损失增大；达到相同流动性需增加的聚羧酸减水剂的量增加。

（2）伊利土对聚羧酸减水剂塑化性能的影响效果最小，膨润土最大，这与黏土的矿物组成结构有关。

参考文献：

[1]MIKANOVICN，TABGNIT-HAMOUA.Effectofswellableclayson

concreteairentraiment：fundamentalstudiesontheiroriginandchemicalconcrete[M].NinthACIInternationalConferrnceonsuper－placticizersandotherChemicalAdmixturesinconctete，2009（9）.[2]PLANKJ，LIUC，NGS.Interactionbetweenclayandpolycarboxy－

latesuperplasticizersincementitioussysems[M].NinthACIInterna－tionalConferrnceonsuperplacticizersandotherChemicalAdmix－turesinconctete，2009（9）.

[3]程勋.混凝土原材料对聚羧酸减水剂应用性能的影响[D].北京：

北京工业大学，2010.

刘国栋.砂子泥含量对掺聚羧减水剂混土强度的影响[J].[4]贾天一，

水泥与混凝土，2009（1）.[5]许国林，黎韬，林鹏.砂中含泥量对聚羧酸盐减水剂性能影响的

研究[J].广东建材，2010（12）.

王子明.聚羧酸减水剂在劣质砂石混凝土中的失效分析[J].[6]吴昊，混凝土，2012（6）.

[7]周亚栋.硅酸盐物理化学[M].武汉：武汉理工大学出版，2010.作者简介：赵爽（1985-），男，硕士，主要从事混凝土外加剂的应

用技术研究。

联系地址：南京市江宁区万安西路59号苏博特研发中心（211103）联系电话：[1**********]

图5

黏土对掺有聚羧酸减水剂砂浆黏度的影响

黏土对聚羧酸减水剂吸附量影响的试验结果见图6。由延长水泥浆体的养护龄期，水泥浆体对聚羧酸减图6可知，

水剂的吸附量增加；黏土在水泥浆体中掺量提高，水泥浆体对聚羧酸减水剂的吸附量增大；膨润土对聚羧酸减水剂的吸这与吴昊的研究结果基本相一致[6]。附量最大，伊利土最小。

黏土对减水剂的吸附与其矿物的组成结构有关。从微观角度而言，高岭土的矿物组成主要为高岭石，属于单层结构，由水铝氧八面体层[Al（OH）4O2]和硅氧四面体层[SiO4]构成，层与层之间通过氢键联结，键力不强，且离子取代现象较少，故其晶体结构比较完整，对极性分子吸附能力一般；而蒙脱石是膨润土的主要矿物成分，属于复网层结构，由一层水铝氧八面体层[AlO（）层4OH2]和两层硅氧四面体层[SiO4]构成，与层之间存在较大的斥力，同时微观结构中存在较多离子取代现象，通常是低价碱金属和碱土金属离子取代高价Al3+、·上接第１１５页

[7]林宗寿.无机非金属材料工学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2006.[8]TOSUNT.Theuseofmethylenebluetestforpredictingswellparam－

etersofnaturalclaysoils[J].ScientificResearchandEssays，2011，6（8）：1780-1792.

etal.Claymineralcharacterizationthroughtheme-[9]ANTONELLA，

thylenebluetest：comparisonwithotherexperimentaltechniquesandapplicationsofthemethod[J].CanadianGeotechnicalJournal，2004（41）：1168-1178.

2003，31[10]陆现彩.常见层状硅酸盐矿物的表面特征[J].硅酸盐学报，

（1）：60.

[11]BRINDLEYH.Methyleneblueabsorptionbyclayminerals.Deter－

minationsofsurfaceandcationexchangecapacities[J].ClaysandClayMaterial，1970（18）：203-212.作者简介：刘战鳌（1986-），男，博士研究生。

联系地址：武汉市洪山区珞狮路122号武汉理工大学东院研

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