安燕朝，宋新樂(lè)＊，王登科，廖天，王亞婕，周敘霖

（1. 海南瑞澤新型建材股份有限公司，海南 三亞 572024；2. 海南瑞澤新材料研究院有限公司，海南 三亞 570024）

0 前言

“青山綠水就是金山銀山”是新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的重要理念。海南省地處中國(guó)南海門戶，建設(shè)自由貿(mào)易區(qū)（港）是中央的重大戰(zhàn)略部署，大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)均需要優(yōu)質(zhì)的砂資源。但海南省是天然河砂極其稀缺的省份，天然河砂的可開(kāi)采量日益減少，質(zhì)量越來(lái)越差。尋找天然河砂的替代品是當(dāng)前海南混凝土行業(yè)面臨的迫切需要?；◢弾r、玄武巖是海南最主要的巖石（為技術(shù)交流的方便，本文所稱為建設(shè)工程領(lǐng)域的習(xí)慣稱呼，巖石的具體化學(xué)成分和礦物成分分析見(jiàn)本文）。目前，國(guó)內(nèi)機(jī)制砂研究多集中在石灰石機(jī)制砂，并且取得了大量的工程應(yīng)用。但花崗巖、玄武巖等其他巖性的機(jī)制砂研究很少，且由于火成巖的化學(xué)、礦物組成差異大，巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變化顯著，很多研究結(jié)論不一致，甚至相互矛盾。本文主要針對(duì)海南省典型巖石制成的機(jī)制砂的特性進(jìn)行分析，為海南后續(xù)研究混凝土提供基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：華盛 P·O42.5 水泥，主要物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥主要物理性能指標(biāo)

（2）標(biāo)準(zhǔn)砂。

（3）石灰石粉：昌江。

（4）機(jī)制砂樣品來(lái)源及代號(hào)見(jiàn)表 2。

表2 機(jī)制砂樣品代號(hào)及來(lái)源

1.2 試驗(yàn)方法

（1）化學(xué)成分分析：1-1、1-7、1-9 樣品經(jīng)研磨后通過(guò) X—熒光光譜儀進(jìn)行檢測(cè)。

（2）礦物成分分析：1-1、1-7、1-9 樣品經(jīng)研磨后通過(guò) X—射線衍射儀進(jìn)行檢測(cè)。

（3）掃描電鏡下的表面組織結(jié)構(gòu)。

（4）級(jí)配篩分：按照 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》進(jìn)行試驗(yàn)。

（5）需水量比：用機(jī)制砂等量替代標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)，機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)砂砂漿流動(dòng)度相當(dāng)水平時(shí)的用水量與標(biāo)準(zhǔn)砂漿用水量（225mL）的比值即為該機(jī)制砂的需水量比。

（6）石粉含量與亞甲藍(lán) MB 值：按照 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》進(jìn)行試驗(yàn)。

（7）親水性試驗(yàn)：參照 JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中礦粉親水系數(shù)試驗(yàn)方法。

2 特性分析

2.1 化學(xué)成分分析

對(duì)寶石廠、興石廠和樂(lè)石廠生產(chǎn)碎石的石屑原樣進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果見(jiàn)表 3。三種樣品主要成分均為SiO2、Al2O3及 CaO，此外，1-1 樣品中 K2O 含量較高，1-7 及 1-9 樣品中 CaO 和 Fe2O3含量較高。參考《地基及基礎(chǔ)》（第三版），巖石按 SiO2含量分為酸性巖、中性巖、基性巖和超基性巖，SiO2含量＞65%為酸性巖，65%＞SiO2含量＞52% 的為中性巖，52%＞SiO2含量＞40% 的為基性巖性，SiO2含量＜40% 的為超基性巖性。從表 3 可以看出，1-1 樣品屬于中性巖；1-7 和 1-9 樣品屬于基性巖。

表3 機(jī)制砂化學(xué)成分分析表 %

2.2 礦物成分分析

對(duì) 1-1、1-7 和 1-9 三種樣品的 XRD 圖見(jiàn)圖 1。三組機(jī)制砂主要礦物相均為長(zhǎng)石類礦物，三者均含有鈣長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石。區(qū)別在于，1-1 樣品中鉀長(zhǎng)石特征峰明顯，1-7 和 1-9 樣品中 Fe3O4特征峰明顯。該結(jié)果與XRF 成分分析結(jié)果一致。

2.3 掃描電鏡下的表面組織結(jié)構(gòu)

對(duì)三種樣品的 SEM 圖見(jiàn)圖 2。三種樣品表面均比較粗糙，棱角明顯，且表面均粘附有不規(guī)則的小顆粒，導(dǎo)致比表面積增加，需水量增加。

2.4 級(jí)配篩分

對(duì)樣品進(jìn)行篩分，結(jié)果見(jiàn)表 4。

圖1 不同機(jī)制砂樣品 XRD 測(cè)試結(jié)果

圖2 不同機(jī)制砂樣品 SEM 形貌

表4 不同機(jī)制砂樣品篩分結(jié)果（累計(jì)篩余） %

篩分結(jié)果表明，本次試驗(yàn)所用機(jī)制砂級(jí)配均滿足GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中機(jī)制砂的顆粒級(jí)配要求。但是，未經(jīng)水洗的機(jī)制砂石粉含量明顯偏高；經(jīng)水洗后，石粉含量雖然降低，但是同時(shí) 0.15～0.6mm 之間的顆粒含量有所降低，級(jí)配有所破壞，會(huì)對(duì)混凝土性能有一定影響。

2.5 石粉含量、亞甲藍(lán) MB 值、親水性與需水量試驗(yàn)

對(duì)南寶石廠的 1-2、1-4、1-5 和 1-6 樣品進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證石粉含量與亞甲藍(lán)值的關(guān)系，見(jiàn)圖 3。

由圖 3 可知，當(dāng)機(jī)制砂巖性相同（產(chǎn)地均為南寶石廠），石粉含量 7% 與 10% 時(shí)的亞甲藍(lán) MB 值相同，且與 14% 的石灰石粉對(duì)比，亞甲藍(lán) MB 值也相同。說(shuō)明亞甲藍(lán)值基本不受石粉影響。

對(duì)比同一產(chǎn)地機(jī)制砂的原樣和水洗樣的亞甲藍(lán)值（圖 4），發(fā)現(xiàn)具有較大的差異。在進(jìn)行石粉含量試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，原樣（1-1、1-7、1-9）加水浸泡后溶液十分渾濁，而水洗樣（1-2、1-8、1-10）加水浸泡后溶液相對(duì)澄清，說(shuō)明原樣中含有大量泥粉，吸水后脹破與水形成懸濁液，而泥粉吸附性較強(qiáng)，導(dǎo)致亞甲藍(lán)值顯著增加。

忽略巖性，從亞甲藍(lán)值與需水量比的整體關(guān)系分析（詳見(jiàn)圖 5），亞甲藍(lán)值高的機(jī)制砂其需水量比亦高。主要原因與機(jī)制砂中泥粉吸水性強(qiáng)相關(guān)。

以寶石廠機(jī)制砂為研究對(duì)象，得到石粉含量與需水量比的關(guān)系，見(jiàn)圖 6。石粉含量從 0% 到 7%，需水量比降低顯著，而隨著石粉含量在一定范圍增加，需水量比略有上升。主要原因是機(jī)制砂多棱角，一定量的石粉增加了漿體含量，起到一定的潤(rùn)滑效應(yīng)，有利于砂漿流動(dòng)性的增加。而隨著石粉的進(jìn)一步增加，其對(duì)水的吸附占主導(dǎo)，砂漿流動(dòng)性減弱。

排除石粉含量的干擾，從親水性系數(shù)與需水量比的關(guān)系分析（見(jiàn)表 5），二者具有正相關(guān)性，但考慮到需水量與機(jī)制砂整體級(jí)配和粒型有關(guān)，而三種樣品產(chǎn)地不同，級(jí)配和粒型也有區(qū)別，因此，親水性系數(shù)與需水量比的關(guān)系仍需進(jìn)一步探討。

圖3 石粉含量與亞甲藍(lán)值的關(guān)系

圖4 泥粉對(duì)亞甲藍(lán)值的影響

圖5 亞甲藍(lán)值與需水量比的關(guān)系

圖6 石粉含量與需水量比的關(guān)系

表5 石粉含量與需水量比、石粉親水性的關(guān)系

3 機(jī)制砂特性對(duì)混凝土施工性能的影響

試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比及工作性能結(jié)果見(jiàn)表 6。砂率根據(jù)級(jí)配進(jìn)行調(diào)整。減水劑根據(jù)施工性能基本一致的原則進(jìn)行調(diào)整。代號(hào) 0 作為對(duì)比樣，其基準(zhǔn)配合比與試驗(yàn)相同，減水劑用量為生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)均值（剔除生產(chǎn)中大幅度波動(dòng)值），工作性為隨機(jī)一次取樣。

從混凝土施工性能的試驗(yàn)分析說(shuō)明，不同巖性機(jī)制砂對(duì)混凝土施工性和配合比成本能具有較大影響，其中機(jī)制砂的級(jí)配、石粉含量和亞甲藍(lán)值是機(jī)制砂特性中影響最顯著的。

機(jī)制砂級(jí)配，特別是水洗 0.15～0.6mm 顆粒的缺失，顯著影響混凝土漿體與骨料的粘聚性，容易發(fā)生析漿而導(dǎo)致混凝土板結(jié)。采用降低用水量或外加劑用量后雖能緩解，但混凝土又變現(xiàn)出流動(dòng)性不足。

摻加一定的石粉（無(wú)論是石灰石粉還是花崗巖石粉）的混凝土施工性能都會(huì)有所改善。但由于花崗巖石粉需水量大，達(dá)到基本一致的施工性能時(shí)，石粉含量的最大限值較玄武巖石粉和石灰?guī)r石粉低。

亞甲藍(lán)值超出 1.45 的機(jī)制砂，基本不能配出施工性能滿足要求的機(jī)制砂。

表6 不同機(jī)制砂樣品對(duì)混凝土工作性的影響

4 結(jié)論

（1）海南省花崗巖、玄武巖機(jī)制砂的表面組織結(jié)構(gòu)均非常粗糙，造成比表面積大、棱角明顯。化學(xué)成分分析顯示，本文所述花崗巖屬于中性巖石，玄武巖屬于基性巖石。

（2）機(jī)制砂級(jí)配較差，未經(jīng)水洗的石屑、石粉含量非常高；經(jīng)過(guò)水洗除粉，則級(jí)配被破壞，特別是0.6mm 以下?lián)p失嚴(yán)重。

（3）石粉親水性與巖石的分類有關(guān)，中性巖石的花崗巖具有更強(qiáng)的親水性，基性巖石的玄武巖則具有憎水性（親油性），石灰?guī)r石粉則憎水性最強(qiáng)。

（4）石粉親水性與需水量比具有正相關(guān)性，但由于需水量比與機(jī)制砂整體級(jí)配和粒型相關(guān)，所以親水性與需水量比的確切關(guān)系仍需進(jìn)一步探討。

（5）石粉亞甲藍(lán)值越大，需水量比越大。

（6）純石粉含量對(duì)亞甲藍(lán)值的影響很小，而石粉中含有泥粉則對(duì)亞甲藍(lán)值的影響非常大。

（7）石粉含量對(duì)砂漿流動(dòng)性具有雙重作用，一方面增加漿體體積和粘度有利于砂漿的流動(dòng)，另一方增加對(duì)拌合自由水的吸附降低了流動(dòng)性。石粉含量對(duì)流動(dòng)性應(yīng)當(dāng)存在最佳摻量。