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不同類型機制砂中粉體種類及含量對MB值的影響

發布日期:2019-06-10   浏覽次數: 次

不同類型機制砂中粉體種類及含量對MB值的影響

 

摘要:研究鐵尾礦、花崗岩、石灰石及再生骨料4 種機制砂中粉體材性、比表面積及含量對MB值測試結果的影響規律。結果表明,随鐵尾礦、花崗岩、石灰石粉體細度及含量的增加,MB值均呈顯著的線性增加趨勢,表明上述材性機制砂均對亞甲藍有一定吸附能力,且鐵尾礦較強而石灰石較弱; 再生骨料機制砂中粉體細度變化對MB值影響不大; 雲母礦物的存在可能影響機制砂自身吸附能力; 機制砂中含泥量變化對機制砂MB值測試結果影響顯著;泥粉含量>4%時,MB值可能達到或超過1.4;當機制砂中同時存在石粉和泥粉時,2類粉體各自獨立地對MB值産生影響。

關鍵詞:建築材料;機制砂;MB值;石粉;泥粉;細度

0引言

天然砂中粒徑在0. 075mm以下細粉多為泥粉,泥粉對混凝土有害,泥粉包裹在骨料外部産生虛弱黏結區,減弱骨料與水泥石的黏結,降低其強度。機制砂中黏土礦物的膨脹會增加混凝土收縮。機制砂生産同樣會産生一定量粒徑在0. 075mm以下細粉,這部分細粉可能主要是與機制砂生産原料相同的石粉。

機制砂中的細粉主要由石粉和少部分取材過程中摻雜地表土及岩層間夾雜的少量黏土構成。岩性變化會影響MB值表征黏土含量的準确性。MB值與泥粉含量成線性關系,且與泥粉液塑限指數有關。機制砂中石粉摻入混凝土後,對混凝土性能産生影響但無明顯危害。美國和歐洲标準規範編入亞甲藍吸附試驗測試骨料細粉中是否含黏土礦物。

GB/T14684—2011《建設用砂》規定用亞甲藍(MB) 值作為判定機制砂中粒徑<0. 075mm顆粒吸附性能指标。傳統觀念沒有把石粉和泥粉區分,以緻在實際應用中不接受MB值較高,但含泥量較少且使用性能仍滿足要求的機制砂,對機制砂推廣應用造成阻礙。因此,本研究通過對不同類型石粉和泥粉比表面積、礦物特性、表觀結構等進行比較分析,探讨這些因素對MB值的影響規律,以推動和促進各類機制砂的應用。

01原材料及試驗方法

1.1 原材料及樣品制備

選取花崗岩、鐵尾礦、石灰石和再生骨料4 類機制砂,經篩分得到粒徑在0. 075~2. 36mm機制砂,然後用清水洗淨,放入烘箱(105℃) 内烘幹至恒重,冷卻至室溫後備用。将潔淨的花崗岩、鐵尾礦和石灰石機制砂分别放入制樣磨中研磨制備試驗用細粉。再生骨料機制砂(由16%磚塊和84%砂漿塊組成) 中細粉多為磚粉、砂漿粉,因此,研磨前人工選出機制砂中的磚塊和砂漿塊,分别進行粉磨制備磚粉和砂漿粉。再生骨料粉直接由再生骨料機制砂粉磨制備,為磚粉和砂漿粉的混合物。

通過控制粉磨時間,制備勃氏比表面積分别約為300,350,400,450,500㎡/㎏的細粉,且每種比表面積變化幅度為±20㎡/㎏。泥粉為西安當地黃土經烘幹後研缽研磨通過0. 075mm方孔篩篩分所得,測得勃氏比表面積約為400㎡/㎏(液限WL=39%,塑限WP=20%,塑性指數IP=19)采用HYA-2010B1靜态容量法( 氮吸附法) 比表面積測試儀,測試勃氏比表面積約為400㎡/㎏花崗岩粉、鐵尾礦粉、石灰石粉、磚粉、砂漿粉及泥粉的BET 比表面積:花崗岩粉為4618㎡/㎏,鐵尾礦粉為4025㎡/㎏,石灰石粉為4 705㎡/㎏,磚粉為4000㎡/㎏,砂漿粉為3887㎡/㎏,泥粉為26922㎡/㎏。BET比表面積包含粉體表面開口孔内部的面積,因此測得數值相對較大。泥粉細度高出其他粉體一個數量級,其表面結構酥松,導緻其吸附性能可能顯著高于其他粉體。

次甲基藍含量≥96%。

采用Brucker X 射線熒光分析儀(設備型号為S4SPIONEER) 對上述5 種粉體進行化學成分,分析結果如表1所示。采用D/max-2500 型X 射線衍射儀對5種細粉進行礦物組分測定,5種細粉XRD 圖如圖1所示( 1為石英 ; 2 為鈉長石; 3 為方解石; 4為十字沸石;5為白雲母;6為鈣柱石; 7為斜綠泥石;8為針葉雲母;9為碳酸鈣鎂石。


圖1 5種細粉XRD圖
 

由表1可知,4 種細粉含有大量Si成分,約占19%~23%,顯著高于石灰石粉,其中花崗岩粉中Si含量最多,約占24.3%。鐵尾礦粉中富含Fe,Al,其中Fe約占7%,Al約占11. 5%,顯著高于花崗岩粉、再生骨料粉( 砂漿粉與磚粉混合物);再生骨料粉富含Ca,約為11.7%。由圖1XRD 圖譜分析可知(半定量分析),鐵尾礦粉、花崗岩粉、再生骨料粉( 磚粉和砂漿粉混合物) 、泥粉中均含有大量石英,其中再生骨料粉中石英約占50%,主要為砂漿中的天然砂;泥粉中石英約占48%;鐵尾礦粉中石英約占46%;花崗岩粉中石英約占27%。不同之處在于,花崗岩粉和再生骨料粉中含有大量鈉長石,其中花崗岩粉中鈉長石約占60%,再生骨料粉中有約42%鈉長石及7%方解石。鐵尾礦粉中存在45%白雲母,泥粉中存在20%白雲母及11%方解石。采用ZEISSStemi508型體視顯微鏡觀察各粉體顆粒形貌。選取75~150μm 顆粒觀察。不同粉體顆粒有不同顆粒形貌,形貌不同可能會影響粉體部分基本性質如圖2所示。

表1 5種細粉主要化學成分 %


 

由圖2可知,不同粉體顆粒形貌有所差異,鐵尾礦粉和花崗岩粉顆粒形貌相近,顆粒表面光滑,粉體顆粒圓潤飽滿;石灰石粉顆粒顔色較深,但顆粒表面也相對較光滑,顆粒相對較圓潤,沒有明顯孔隙;由圖2d分析可得,再生骨料粉與其他3種粉體區别明顯,再生骨料粉顆粒表面凹凸不平,粉體顆粒形狀也不同,大緻有3 種類型的顆粒形貌。顆粒形貌及表面孔隙将對細粉的亞甲藍吸附性能産生影響。


圖2 不同細粉顆粒形貌
 

1.2試驗方法

按《建設用砂》規定的機制砂亞甲藍試驗方法,測定MB值。為排除其他雜質影響,通過定量添加純淨石粉或泥粉調整機制砂中細粉含量,進行亞甲藍吸附測定。為提高測試精度,将規範中亞甲藍溶液滴加單位由5ml改為1ml,經5次試驗求平均值,以減小誤差。

由于機制砂中可能同時存在石粉、泥粉,因此,需分析2種細粉在混合作用下對MB值的影響規律。向潔淨的機制砂内摻10%的細粉,其中細粉為花崗岩粉和再生骨料粉分别與泥粉按一定比例混合所得(勃氏比表面積約為400㎡/㎏),測定混合細粉作用對MB值的影響。然後與兩種細粉在單獨作用下對MB值的影響進行比較。

02試驗結果與讨論

2.1細粉細度變化對MB 值測試結果的影響

對不同比表面積的鐵尾礦粉、花崗岩粉、石灰石粉、砂漿粉和磚粉(再生骨料粉),進行亞甲藍的吸附性測試,結果如圖3 所示。


圖3 粉體細度變化對吸附性能影響
 

由圖3可知,花崗岩粉、鐵尾礦粉和石灰石粉的MB值,在近似比表面積條件下,顯著高于磚粉和砂漿粉。再生骨料機制砂的磚粉和砂漿粉随細度增加,MB 值較小且總體變化不大,說明磚粉和砂漿粉對亞甲藍吸附能力較弱,即使提高其粉體細度,對亞甲藍的吸附能力仍無明顯改善。磚塊屬于燒土制品,而砂漿塊多屬于水泥水化産物與天然河砂的混合物,這2類材料對亞甲藍吸附能力不強。花崗岩粉、鐵尾礦粉和石灰石粉随比表面積增大,MB測試值的變化幅度顯著超過再生骨料機制砂細粉,呈典型的線性增加趨勢。說明花崗岩粉、鐵尾礦粉和石灰石粉對亞甲藍有一定的吸附能力,其中鐵尾礦粉較強而石灰石粉最弱。綜上,再生骨料機制砂( 含磚粉和砂漿粉)的細粉對亞甲藍測試不敏感。當再生骨料機制砂中細粉含量一定時,細粉細度變化對MB值影響不大。鐵尾礦粉和花崗岩粉則相反,當所含石粉含量不變、細度提高後,MB 值的測試結果均會增加,其中鐵尾礦類機制砂的增加值更高。

由4種細粉的XRD礦相分析結果可知,再生骨料粉含石英、鈉長石及少量石灰石,其他種類細粉同樣含上述3種礦物。細粉吸附性提高除因為細粉自身結構緻密性存在差異外,可能雲母類礦物,如白雲母,針葉雲母等是導緻亞甲藍吸附性增加的主要原因。

2.2粉體含量變化對MB 值測試結果的影響

2.2.1石粉

機制砂中石粉與機制砂材質近似,故将比表面積約為400㎡/㎏花崗岩粉、鐵尾礦粉、石灰石粉、磚粉和砂漿粉采用内摻法,以不同摻量分别摻入對應材質的機制砂中(磚粉和砂漿粉摻入再生骨料機制砂),研究石粉含量對機制砂MB值的影響,結果如圖4所示。


圖4 石粉含量對MB 值的影響
 

由圖4可知,增加石粉含量,各類機制砂MB 測試值均呈增大趨勢,但程度有所不同。對于再生骨料機制砂,由于對亞甲藍吸附能力較弱(即使磚粉和砂漿粉含量達100%,MB值也僅為0.75左右),所以相同石粉含量時MB值測試結果顯著低于花崗岩和鐵尾礦機制砂。但随摻量增加,仍然呈一定增長趨勢。

将石粉含量與MB值進行線性回歸分析,回歸公式如式(1)所示,參數如表2 所示。

y1 = a + bx1 (1)

式中:y1為MB 值; x1為石粉含量(%)

表2 拟合參數( 1)


 

《建設用砂》中MB 值以1. 4 為參考,規定I, II,III 類機制砂中石粉含量限值,由拟合公式( 1) 可知,當MB 值為1. 4 時,花崗岩、鐵尾礦和石灰石類機制砂中石粉含量分别為59%,47%,89%,均超過規範中石粉含量限值要求。因此,對于潔淨的這3 類機制砂MB 值均适用于≤1. 4 的情況。在機制砂實際生産過程中,經曆了初期剝離山皮過程後,機制砂生産用的母岩通常不再含泥粉。利用公式(1) ,測試鐵尾礦和花崗岩機制砂MB值後,可直接推測出這3類機制砂中石粉含量,為生産質量控制提供參考。GB/T25176—2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》同樣以MB值為1. 4劃分了I, II, III 類再生細骨料。因再生骨料的磚粉或砂漿粉MB 值顯著低于1.4,因此,再生骨料中磚粉和砂漿粉體含量對MB值測試結果影響有限,原混凝土中不同品種的粗骨料破碎後産生的粉體影響則可能更顯著。若再生骨料機制砂生産環節中,能夠做到粗骨料與其餘成分分離,并掌握磚塊和砂漿塊的大緻比例,則同樣可依據公式(1) 大緻估算石粉含量。

對于花崗岩、鐵尾礦和石灰石機制砂,增加石粉含量對MB值測試結果影響顯著。這表明,測試鐵尾礦、石灰石和花崗岩類機制砂的MB值,相比再生骨料機制砂,更能敏感地反映機制砂中粉體含量變化情況。

2.2.2泥粉

将比表面積約為400㎡/㎏的泥粉,以不同摻量分别摻入花崗岩、鐵尾礦、石灰石和再生骨料機制砂中,測試各類機制砂MB值,結果如圖5所示。


圖5 泥粉含量對MB 值測試結果的影響
 

由圖5可知,随泥粉含量增加,各類機制砂MB值增長迅速,且增長趨勢相似。

将泥粉含量與MB值進行線性回歸分析,回歸公式如式(2) 所示,參數如表3所示。

y2 = a + bx2(2)

式中:y2為MB值;x2為泥粉含量( %) 。

表3 拟合參數( 2)


 

如泥粉混入上述花崗岩、鐵尾礦、石灰石和再生細骨料機制砂中,MB值達1. 4 時,所對應的泥粉含量分别為4. 65%,4%,5. 45%,4. 49%,為4% ~6%。

由此可知,泥粉含量少許變化将對MB值測試結果産生顯著影響,明顯超過機制砂因材質變化所引起的吸附能力的改變,但泥粉對MB 值的影響能力與機制砂岩性特征存在一定關聯性。

2.3石粉、泥粉協同作用

機制砂的細粉可能是石粉與泥粉的混合物,其協同作用對MB值的影響,也應重點考察。通過向潔淨機制砂内摻10%混合細粉(石粉和泥粉),測定石粉與泥粉混合狀态MB值,然後與拟合公式(1) ,(2) 計算得到的MB值進行比較,确定石粉、泥粉在混合與單獨2種作用下對MB值的影響規律。MB值測定結果如圖6所示。


圖6 計算與實測MB 值結果
 

由圖6可知,2種細粉混合後,對MB值的影響相互獨立、互不幹擾,可近似認為其對亞甲藍吸附能力為疊加關系。由此可知,石粉、泥粉對機制砂MB值的影響,泥粉影響最顯著。當機制砂中細粉含量經篩分确定後,如含量為10%時,通過測定其MB值,可計算出機制砂中石粉、泥粉含量。如上所述,通過建立不同細粉含量(通常現有機制砂的細粉含量在5%~ 20%)不同石粉、泥粉比例與MB值的關系,可鑒别細粉中泥粉含量,為石粉含量較高但使用性能仍滿足要求的機制砂推廣提供一定的技術支撐。

03結語

1) 機制砂中細粉材質不同對MB值産生不同程度的影響。再生骨料機制砂中磚粉和砂漿粉對亞甲藍測試不敏感,細粉細度變化對MB測試值影響不大。而石灰石粉、鐵尾礦粉和花崗岩粉的MB測試值則随細度提高呈線性增加。

2) 增加各類石粉含量,各類機制砂MB測試值均呈線性增大趨勢,相同石粉含量時,MB值由高至低的順序依此為鐵尾礦、花崗岩、石灰石、再生骨料。

3) 影響機制砂MB值高低的關鍵在于控制泥粉含量。若機制砂中,泥粉含量>4%時,MB值可能達到或超過1.4。

4) 石粉、泥粉在混合作用時相互獨立、互不幹擾,對MB值的影響存在疊加關系。當機制砂中細粉含量經篩分确定後,通過測定其MB值,可計算出機制砂中石粉、泥粉含量。

來源:中國知​網

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2019年06月10日

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