砂中泥土含量对混凝土性能的影响

2014-04-11姚杰

江苏建材 2014年4期

关键词：粘土减水剂集料

姚杰

(扬州恒盛混凝土有限公司，江苏扬州 225800)

砂中泥土含量对混凝土性能的影响

姚杰

(扬州恒盛混凝土有限公司，江苏扬州 225800)

砂中泥含量一直影响着预拌混凝土的生产质量，试验从混凝土工作性、混凝土抗压强度、混凝土早期收缩等方面研究了砂中泥土含量对混凝土性能的影响，并对其影响机理进行了阐述。结果表明：混凝土外掺少量磨细粘土，对混凝土坍落度、各龄期抗压强度、混凝土早期收缩等性能影响较小；而掺量较大时将明显降低混凝土的坍落度及提高混凝土收缩。

粘土；砂；混凝土

The influence of clay powder content on properties of concrete were studied in this paper.The results showed that,mixed with a small amount of clay powder,the change on the workability of concrete,the strength of concrete and early concrete shrinkage were not obvious.However,when the amount of clay powder was larger,the slump of concrete reduced badly,and the value of early concrete shrinkage was increased more.

clay powder;sand;concrete

0 引言

在混凝土的组成材料中，集料对于降低混凝土成本及维持混凝土体积稳定性发挥重要作用。集料中砂约占混凝土体积的30%，在混凝土中起着调节填补石子孔隙、降低水泥用量、调节混凝土用水量的作用。砂在混凝土中作用的发挥好坏依赖于以下两点[1]：一是与水泥石的黏结，二是与水泥石性能上的协调及相互匹配，而砂中泥含量对于此上两点均有较大影响，砂中泥含量主要成分为粘土。在洗净的干砂中外掺入磨细的粘土，研究其对混凝土性能的影响，并对其影响机理进行阐述。

1 原材料

粘土105℃烘干并磨细至200目筛筛余小于5%，其化学成分见表1。

水泥，葡城P·O42.5水泥，比表面积为360 m2/kg， 28 d抗压强度49.7 MPa；

细集料，中砂，细度模数2.8，其中，未洗砂含泥量2.3%，洗净砂不含泥；

粗集料，碎石，规格5～25 mm；

水，使用自来水；

粉煤灰，使用华能Ⅱ级灰，45 μm方孔筛筛余量18%，需水量比97%，28 d活性指数74%；

矿粉，为方正矿粉，比表面积为478 m2/kg，需水量比98%；

减水剂，使用江苏博特脂肪族与萘系复配减水剂，减水率18%。

表1 粘土化学成分分析（%）

2 试验方法

混凝土测试方法参照《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GB/T 50080-2002)和《普通混凝土力学试验方法》(GB/T 50081-2002)，采用舟山市博远科技开发有限公司生产的CABR-NES非接触式混凝土收缩变形测定仪，测试混凝土早期收缩性能，测试环境温度（20±2）℃、湿度（60±5）%，测量标距435 mm。

3 实验结果及分析

3.1 粘土含量对混凝土坍落度的影响

从表2可知，粘土含量增加混凝土坍落度降低，但在粘土掺量低于4%时，对于混凝土坍落度影响较小，在粘土含量超过8%时才出现大幅度降低，至粘土含量10%时混凝土初始坍落度降至55 mm，已经难以施工。

粘土颗粒对减水剂有较强的吸附性能，致使吸附在水泥颗粒表面的有效减水剂变少；微小的泥土颗粒有较大的比表面积，需水量较大，胶凝材料黏度增大，混凝土工作性随着粘土含量的增加而下降；泥土颗粒形貌粗糙，也增大了与其他颗粒的摩擦力，因此增加了流动的难度[2]。

除粘土本身吸水率、吸附外加剂较高外，粘土中有机质由于具有更大的比表面积对于减水剂和水也表现出更强的吸附性能，因此粘土对于混凝土工作性的影响在一定程度上也取决于粘土中有机质的含量，而有机质含量正比于粘土的烧失量，本实验中所用粘土烧失量为7.72%。

3.2 粘土含量对混凝土抗压强度的影响

由图1可知，混凝土粘土含量从0到10%，其28 d抗压强度分别为43.2 MPa、41.6 MPa、43.1 MPa、43.4 MPa、43.5 MPa、43.3 MPa，强度变化在2 MPa以内，可见粘土对混凝土28 d抗压强度影响较少，而含未洗砂混凝土较其他水洗砂再加粘土的混凝土强度略高，这是因为水洗砂再加粘土之后，粘土在人为搅拌下在整个混凝土系统中的分布没有天然未洗砂均匀所致。同时由图1可知，掺加粘土在早期可以提高混凝土强度，在本实验中导致混凝土强度明显下降的粘土掺量拐点并未出现。

图1 粘土含量对混凝土抗压强度的影响

泥在集料中存在三种形式：包裹型、团块型、松散型[1]。包裹型粘土以浆状黏结或包裹在集料表面，直接影响到集料与水泥石的黏结，阻碍水泥水化，抑制水泥石与骨料的结合，影响混凝土强度；团块型泥粒以较大的泥团存在于集料中，对于混凝土的工作性及混凝土强度都有较大影响；本实验中外掺粘土是以松散型均匀分布在混凝土中，且由于粘土的颗粒较细，可以起到类似微集料的作用，细化混凝土孔结构[3]。另外由表1粘土化学成分可知，其主要成分SiO2、Al2O3与水泥水化产物Ca(OH)2可发生二次反应生成C-S-H凝胶等产物，来提高混凝土强度，在混凝土中起到掺合料的作用。

同时，由于胶凝材料浆体内加入了少量的泥土颗粒，这些颗粒填补了浆体初期由于收缩形成的孔洞及微裂缝，使得混凝土的强度增大，尤其是早期强度[2]。

表2 C30混凝土配合比及坍落度

而在实际生产中，混凝土所用砂含泥量越高，混凝土强度越低，而且混凝土强度标号越高，混凝土强度降低幅度越明显。这是因为混凝土随砂含泥量增高混凝土工作性变差，坍落度较小及坍落度损失大，导致混凝土无法施工。一般此时，混凝土搅拌楼配合比控制人员或者混凝土施工人员均会往混凝土中加水或者外加剂以提高混凝土可泵性及可施工性，因此带来混凝土搅拌不均、混凝土水胶比降低及粘土颗粒、泥团等对水泥水化的抑制作用，而导致混凝土强度大幅降低及收缩裂缝严重。

3.3 粘土对混凝土早期收缩性能的影响

图2中显示了混凝土中粘土含量为0、2%、8%时的75 h早期收缩数据。从图2可知，混凝土的收缩主要发生在24 h内，且粘土含量较高（8%时）较粘土含量较低（0%、2%）的混凝土收缩有明显的增加，而粘土含量为2%和未掺粘土的混凝土收缩量相差不大，24 h后混凝土的收缩曲线逐渐平缓。粘土比重较小、粒径细，掺量过大后在一定程度上增大了浆体的体积含量，另外粘土颗粒本身属于疏松多孔型，均匀分散于混凝土中，吸附了大量的游离水，一旦混凝土处于干燥环境，随着表面水分的不断挥发损失，混凝土内部水向外迁移，内部相对湿度降低，原来吸附于粘土颗粒孔隙中的水由于扩散作用就被释放出来，这两方面增加了混凝土收缩的程度[3]。

图2 粘土含量对混凝土早期收缩性能的影响

另外，从图2可见，混凝土收缩量是先降低后增加，粘土含量2%和未掺粘土的混凝土则是先膨胀后收缩，这或许和混凝土胶凝材料中较多的矿物掺合料有关。

4 解决混凝土中砂含泥量较高的办法

商品混凝土企业所用砂泥含量一般在2%左右。通过研究可知，松散型粘土对混凝土各种性能影响较小，而对混凝土影响较大的主要是较大的泥团，因此在生产中可以人为地除去泥团。而当混凝土中砂含泥量较高时，第一可以将其应用到C20及以下混凝土中；第二在混凝土中尽量少采用对砂含泥量较为敏感的聚羧酸减水剂；第三是将砂进行水洗；第四提高外加剂掺量，但同时会给混凝土带来更大的收缩。

目前针对混凝土用阻泥剂的研究较少，有学者在制备聚羧酸时引入阳离子单体或通过聚羧酸和二丙烯二甲基氯化胺共聚物盐复配，有效解决了骨料中泥的吸附问题。有研究人员利用选择性吸附原理已研制出的Z剂[4]、含泥量抑制剂[5]（成分包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或焦磷酸钠的泥土分散组分，聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵或NN-二甲基-1-十六烷基铵的泥土吸附成分，乙二胺四乙酸二钠或柠檬酸钠的离子络合交换组分）、一种混凝土用阻泥剂[6]（成分包括烯基胺醚、丙烯酸酯、烯基磺酸盐、EA、乙烯基酯）来减少粘土对减水剂的吸附。但这些研究尚处于摸索和起步阶段，仍需要大量的试验研究来证实、优化。