含泥量对掺聚羧酸混凝土性能的影响

苗翠珍 张民宝

0 引言

作为混凝土很重要组成部分的细骨料占混凝土体积的30%左右，其各项性能的好坏直接影响到混凝土的早期工作性能及硬化后的力学性能乃至混凝土的耐久性。

聚羧酸减水剂是一种高性能混凝土外加剂，具有低掺量、低碱含量、低氯离子含量、高减水率、水泥适应性好、绿色环保等许多优点，掺用该外加剂的混凝土具有良好的和易性和保坍性，使混凝土的减缩效果显著增强，大大提高了混凝土的综合性能，同时能够减少水泥用量，是配置高性能混凝土不可缺少的重要组成部分。聚羧酸减水剂是一类表面活性剂，其分子结构一般含有亲水主链和疏水的聚氧乙烯侧链，因此可以通过表面活性剂的分子设计和分子剪裁技术，设计相应的分子结构，选择合适的反应单体，通过化学反应得到具有预期性能的产品，应用在不同需求和领域的工程上。

聚羧酸减水剂对混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量对混凝土的影响很大，从混凝土工作性能来讲，它严重影响聚羧酸减水剂对混凝土的坍落度及坍落度损失，从混凝土的力学性能来说，当砂子含泥量超过3%就会对混凝土强度有很大影响(砂子含泥量超过3%对混凝土的耐久性不做讨论)。

1 聚羧酸分子结构

聚羧酸减水剂的分子是梳状结构，在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的侧链。在主链上有能使水泥颗粒带电的极性基团，可以起到水泥颗粒作用，有一定的电荷排斥作用;侧链为聚氧乙烯长链，能阻碍水泥颗粒相互接近，有空间位阻作用，起减水的功能。

聚羧酸减水剂其在分子结构上有两个层次:1)线性主链:以非极性基相互连接为主，主链上含有亲水的极性基团如羧基、磺酸基等。影响聚羧酸减水剂性能的因素为分子量、分子量分布、主链电荷密度。2)溶剂化侧链:一般为聚氧乙烯长链，增加空间位阻，降低水分子渗透作用，同时起调节表面活性，影响分散性、分散保持性和引气性。影响聚羧酸头号水剂性能的因素为聚氧乙烯长链的数量、相对位置及组合。

聚羧酸减水剂通常由两种以上的不饱和单体，通过活性可控自由基聚合反应(ACFRPR)合成。聚羧酸减水剂的分子结构过程中，不同单体随机或有规律地聚合在一起。

2 聚羧酸在混凝土中的作用机理

水泥浆体是一种粗分散体系的悬浮体，水泥颗粒的尺寸约在1 μm～50 μm，具有很高的比表面能，在热力学上不稳定，在水泥浆体中，由于粒子之间的距离小，相互作用强，容易发生团聚现象。水泥颗粒的絮凝是由于范德华力或静电作用产生的颗粒间的相互吸引力所导致的。具有良好工作性的混凝土，水泥颗粒的悬浮体必须具有很好的分散稳定性。静电作用和空间位阻作用是减水剂分散的主要机理，而聚羧酸减水剂的分散机理普遍认为是空间位阻作用起主要作用。这是因为聚羧酸减水剂虽然本身是呈电负性的，吸附后能降低水泥颗粒表面的ξ电位，由于吸附率较小和本身所带电量比较低，所以没有达到改变水泥颗粒表面的电性，因此静电作用对水泥浆体分散影响小。

水泥浆体分散中聚羧酸减水剂的梳型侧链起了重要作用。含有聚氧乙烯链的聚羧酸减水剂吸附在水泥颗粒表面后，在水泥颗粒表面定向吸附，形成溶剂化水膜，阻止水泥颗粒间直接接触。当水泥颗粒相互靠近时，已吸附聚羧酸减水剂的水泥颗粒，会因为空间位阻作用使水泥颗粒相互排斥面而分开，阻止了水泥颗粒的聚集和凝聚，可以使水泥团聚的有效尺寸降低，降低了水泥浆体中悬浮固体的有效体积，从而增大流动性，形成良好的分散体系。

3 砂子含泥量对聚羧酸减水剂效用的影响

砂子中的泥由于其具有较水泥良好的吸附作用，因此它对聚羧酸减水剂有很强的吸附作用，消耗掉了相应减水剂用量的效能。

在山西侯马2×300 MW热电联产工程建设中我们对采用了山西康特尔精细化有限责任公司生产的聚羧酸(KTPCA)高性能减水剂的混凝土进行了研究分析，取得了很好的经济效益，每立方米混凝土可节省费用约20元。

3． 1 试验原材料

1)水泥采用山西闻喜产的冀东普通硅酸盐42．5水泥;

2)粉煤灰采用河津电厂产的Ⅱ级粉煤灰;

3)砂子采用新绛三家店山砂(选用含泥量低于3%的砂子);

4)石子采用侯马花岗岩石(5 mm～31．5 mm连续级配);

5)外加剂采用山西康特尔精细化有限责任公司聚羧酸KTPCA高性能减水剂;

6)泥为从砂子里边洗出来烘干后又磨成细粉。

3． 2 水泥净浆试验

分别按水泥用量的0%，5%，10%掺入泥(内掺法)，水泥净浆试验按照GB/T 8077-2000混凝土外加剂匀质性试验方法进行。试验配合比及试验结果见表1。

从表1分析看出，与纯水泥比，内掺5%泥后减水剂的掺量提高150%后其效果仍不能达到原来的要求，且净浆流动度损失仍偏大。内掺10%泥后减水剂的掺量提高400%其效果仍不能满足要求，且净浆流动度损失较5%还严重。

表1 试验配合比及试验结果

3． 3 混凝土试验

对同一水胶比，外加剂掺量固定，预先通过空白(掺泥)试配确定外加剂的掺量，坍落度控制在180 mm，含泥量从3%～9%按2%递增。试验混凝土配合比见表2。

表2 试验混凝土配合比

为了使试验更贴近实际，我们采用含泥量低于3%的砂子，对于砂中的含泥量的控制是先把砂子和泥按要求的含泥量均匀地混合好，再在它们表面洒一些水，使它们能充分的湿润，这样泥就能更好地粘在砂子表面，然后再自然晒干进行试验。这样就保证了试验中的砂子的状态和现实中的状态相接近。

3．3．1 砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土拌合物的影响

根据表2我们按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验标准进行试验。经过多次试拌，测定混凝土拌合物的各项试验数据见表3。

表3 测定混凝土拌合物的各项试验数据

从表3可以看出，当砂子含泥量在3%以下时对混凝土流动度影响基本不大，当超过3%时，随着含泥量的增大，其混凝土的流动度减少和坍落度的损失都大大增加，严重影响混凝土拌合物的各项性能。

3．3．2 砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土强度的影响

按表2混凝土配合比设计，将混凝土制成试块进行抗压试验，我们按照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验标准进行制作、养护、抗压等试验，具体数据及曲线图见表4和图1～图3。

表4 各种配合比在三个龄期阶段的抗压强度值对比

图1 各种水灰比3 d的强度曲线

图2 各种水灰比7 d的强度曲线

图3 各种水灰比28 d的强度曲线

由图1～图3可以看出，当砂子含泥量在3%以下时，对混凝土强度基本影响不大，当大于3%时对混凝土的强度影响较大，砂子中的含泥量每增加2%，其强度降低均超过10%。

4 结语

通过对比试验分析得出，当砂子含泥量在3%以下时，对混凝土强度没有太大影响，且坍落度损失也较小。当砂子含泥量超过3%及以上时，在此基础上每超2%，强度降低超过10%，且坍落度降低幅度较大和坍落度损失较快。因此，在使用聚羧酸高性能减水剂生产混凝土时，一定要控制住砂石中的含泥量，才能确保混凝土的性能。

［1］ GB/T 14684-2001，建筑用砂［S］．

［2］ GB 8076-2008混凝土外加剂［S］．

［3］ 付典龙，樊耀星．高效减水剂NF对混凝土力学性能的影响［J］．山西建筑，2010，36(22):186-187．