2.5 石粉

石粉含量（contentofstonepowder）是机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量。

机制砂中含有一定量的石粉，是其与天然砂最明显的区别之一。由于机制砂中的石粉与天然砂中的泥粉在混凝土中的作用存在本质的区别，采取适当措施发挥石粉的有利作用是合理的，也是必要的。但是，由于机制砂生产及运输过程中不可避免夹带进泥粉，使其中小于75μm的颗粒并不完全是纯净的石粉。因此，在用于混凝土之前就必须检测出石粉中的泥粉含量，以控制石粉质量满足混凝土的性能要求。

我国传统的砂中含泥量试验方法有筛洗法、虹吸管法和砂当量法^[1，5，6]。其中筛洗法不能区分石粉和泥粉，只能得出粒径小于75μm的总含量。虹吸管法则不便准确界定石粉和泥粉的分界面，在浑浊液判别上也存在较大的人为依赖性。砂当量法虽然也不能严格区分石粉和泥粉，但能够相对判定石粉和泥粉的相对含量，所以仍不失为一种有效的试验方法。

为了更加严格地确定石粉中是否存在膨胀性黏土矿物并确定其含量的整体指标，我国

规范吸收引进了英国BSEN933—9：1999规定的亚甲蓝试验方法（methylenebluetest）。

该方法基于亚甲蓝对矿物颗粒的吸附为物理吸附，对岩石性质不敏感，而所检测的含泥量与亚甲蓝吸附量有高度相关性，可以用试验确定的MB值（methylenebluevalue）判定机制砂中颗粒小于75μm颗粒含量主要是泥土还是与母岩化学成分相同的石粉。各规范规定的机制砂中石粉含量见表2.4。

表2.4

机制砂的石粉含量（按质量计，%）

Table2.4

Contentofstonepowderinmachine-madesand（percentinmass，%）

续表

试验研究表明^[4，12]：母岩为石英岩、片麻岩、玄武岩、花岗岩、石灰岩和大理岩等生产的机制砂，当不含有泥粉时，机制砂的MB值较低，岩性对MB值略有影响，但可以忽略。随石粉含量（0～20%）增加，MB值逐渐增加，但增加幅度较小，石粉含量每增加5%，其MB值增加幅度不超过0.05。因此，可判定石粉对亚甲蓝的吸附量较小，机制砂中石粉含量的变化对MB值的影响不大。

但是，黏土对亚甲蓝的吸附性很强，随石粉中黏土含量的增加，MB值迅速增大并与黏土含量呈线性相关。当黏土含量相等时，MB值均随黏土的液限、塑限以及塑性指数的增大而增大，其中与液限的相关性最大，基本成正比关系。可以认为，MB值除受黏土含量影响外，还与黏土特性有关。含不同黏土的机制砂MB值的差异，反映了机制砂中所含黏土的矿物特性、比表面积和阳离子交换能力的差别，而不同黏土矿物对混凝土性能的影响是不一致的。因此，即使机制砂的黏土含量相同，但由于MB值的差异，对混凝土性能的影响应是不同的，MB值能够准确反映黏土对混凝土性能的影响程度。相同的水胶比条件下，随MB值增加，混凝土坍落度和扩展度下降，当 MB值＞1.45后，混凝土工作性急剧下降，已由原来的流动性变为塑性。

从混凝土力学性能来看，随着机制砂MB值的增加，混凝土的7d龄期抗压强度降低幅度最大为14%，28d龄期抗压强度没有明显变化，抗折强度最高降低约15%。当 MB值≤1.8时，混凝土的弹性模量几乎没有变化；当 MB值达到2.15时，混凝土的弹性模量开始降低。随着 MB值的增加，出现塑性裂缝的时间逐渐缩短；当 MB值＞1.45时，出现塑性裂缝的时间骤然缩短；当MB值≥1.8时，裂缝宽度开始变粗，裂缝的平均裂开面积与单位面积上的总裂开面积迅速增加，MB值的增大降低了混凝土的抗裂性等级；当MB值≤1.45时，MB值变化对抗裂性影响不甚明显。随着 MB值的增大，特别是在 MB值≥1.45后，混凝土的干缩率无论是早期还是后期均有明显增加，混凝土氯离子渗透系数表现出幅度较小的增加，但显著加快了混凝土的冻融破坏。

但也有试验表明^[13]：对于泵送混凝土，机制砂的 MB值增大，不仅对混凝土工作性能有显著影响，使混凝土坍落度降低、黏聚性变差、坍落度经时损失加快，也同时造成混凝土的7d和28d龄期抗压强度明显降低（图2.3）。可见对机制砂质量控制中，亚甲蓝MB值应该是一个严格控制的指标。

至于机制砂中石粉含量的限值，不仅我国各规范尚未统一，国际上也存在不同的要图2.3MB值对混凝土坍落度和抗压强度的影响

Fig.2.3 Influencesof MBvalueonslumpandcompressivestrengthofconcrete

求。例如，美国混凝土集料标准规范（ASTMC33—2003）规定，机制砂中粒径小于75μm的材料（不含黏土和页岩），用于耐磨混凝土应小于5%，用于一般混凝土应不大于7%。澳大利亚工程应用骨料和岩石（AS2758.1—1998）规定，机制砂中石粉含量一般

为0～20%，最大可为25%。英国混凝土用骨料（BSEN12620：2002）规定，承重混凝

土用机制砂中石粉含量不大于9%，一般混凝土用机制砂中粉体含量不大于16%。日本混

凝土用碎石及碎砂（JISA5005—1993）规定小于0.15mm颗粒含量为2%～15%。

研究表明^[14]：随着机制砂母岩硬度和成品砂细度模数的降低，石粉含量将增加。在相同棒磨机械轧制且砂的细度模数相近的情况下，不同岩性砂的石粉含量是不同的，属碳酸盐类岩性的机制砂，其石粉含量一般高于其他岩性的机制砂（表2.5）。

表2.5

不同岩性机制砂细度模数与石粉含量

Table2.5 Finenessmodulesandcontentofstonepowderin machine-madesandofdifferentlithology

显然，机制砂中石粉含量的合理限制还与机制砂的生产工艺和应用技术水平相关。生产工艺能够杜绝泥质成分掺入，使成品机制砂颗粒接近球形且级配符合要求时，石粉对混凝土拌合物工作性能和硬化后物理力学性能的有利作用会更加突出，石粉含量就可以高些。同样，当能够合理掌握石粉对混凝土性能的影响规律并扬长避短时，石粉含量也是可以提高的。因此，我国一些地方标准规定的机制砂中石粉含量就突破了国家标准的限值（表2.6）。尽管从规范等级关系方面存在着是否适宜的争议，但从纯技术的角度考虑则是合理的。

表2.6

机制砂中石粉含量限值（地方标准）

Table2.6 Limitcontentofstonepowderinmachine-madesandspecifiedinlocalstandards

机制砂中石粉含量直接影响着机制砂的细度模数、颗粒级配以及堆积密度和孔隙率大小。如图2.4所示，随着机制砂中石粉含量的增加，紧密堆积密度增大，空隙率

减少^[14]。

当生产工艺和设备确定后，破碎的机制砂颗粒越细，石粉含量就越多，机制砂的细度模数就越小。如图2.5和图2.6所示，采用同一生产厂的两种成品石灰岩机制砂，细度模数分别为3.15和3.08，石粉含量相应为

5.6%和11.8%，颗粒级配相应位于1区和2

图2.4 石粉含量对机制砂堆积密度

区。颗粒筛分后，按不同石粉含量进行混合再重新进行筛分试验后，随着石粉含量的增加，砂的细度模数减小，吸水率增大，同时堆积密度增大而空隙率减小。当石粉含量达

和空隙率的影响

Fig.2.4 Influencesofstonepowderonbulkdensity

andvoidratioofmachine-madesand

到13%～20%时，细度模数符合中砂要求，但0.300mm以下的颗粒含量明显偏多，颗粒级配已突破3区的范围。

图2.5 石粉含量对机制砂细度模数和级配的影响

Fig.2.5 Influencesofstonepowderonfinenessmodulus

andparticlegradingofmachine-madesand

图2.6 石粉含量对机制细度模数、吸水率、堆积密度和空隙率的影响

Fig.2.6 Influencesofstonepowderonfinenessmodulus，waterabsorption，

bulkdensityandvoidratioofmachine-madesand

类似的研究也表明^[18]：当在成品机制砂基础上调节增减石粉含量时，石粉含量对细度模数、颗粒级配、堆积密度和空隙率产生明显影响（图2.7和图2.8）。根据0.15mm档的累计筛余来划分机制砂的级配区，石粉含量小于11%时，机制砂的级配属于Ⅰ区；石粉含量为11%～16%时，机制砂属于Ⅱ区砂；石粉含量为16%～21.5%时，机制砂属于Ⅲ区砂；石粉含量大于21.5%时，已超出了机制砂颗粒级配区的划分。机制砂的细度模数随着石粉含量的增加近似地呈线性递减，当石粉含量小于14%时，细度模数大于3.1，该砂为粗砂；当石粉含量为15%～36%时，细度模数为2.3～3.0，该砂为中砂；当石粉含量为36%～56%时，该砂为细砂。机制砂的堆积密度随着石粉含量的增加，先增大后减小，石粉含量为20%时达到最大值。机制砂空隙率变化的规律与堆积密度变化规律相反。

图2.7 石粉含量对机制砂细度模数和级配的影响

Fig.2.7 Influencesofstonepowderonfinenessmodulus

andparticlegradingofmachine-madesand

图2.8 石粉含量对机制砂堆积密度和空隙率的影响

Fig.2.8 Influencesofstonepowderonbulkdensityand

voidratioofmachine-madesand