粘土矿物对混凝土减水剂的影响

2021-01-07陶艳梅蒋喜明

湖南水利水电 2021年5期

陶艳梅，蒋喜明

（1. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙 410014；2. 永州市水利水电勘测设计院，湖南永州 425000）

通过对粘土中蒙脱石、伊利石、高岭石等各项粘土矿物成分的砂浆流动度以及吸附量进行研究分析，我们发现，随着时间的变化，粘土矿物对于混凝土减水剂的影响也会呈现一定的规律，而研究表明蒙脱石相比较伊利石、高岭石而言，对于混凝土减水剂的吸附能力最强。本文从分析矿物的晶体结构角度出发，主要探讨粘土矿物成分对混凝土减水剂的影响，并对其吸附的作用机理进行分析。

1 粘土矿物概述

粘土矿物类型多样，常见的为蒙脱土、高岭土和伊利石，这三种粘土矿物的化学组成具有较大的差异，其中蒙脱土分子之间的作用力较弱，然而具有较强的吸水性。从颜色来看，高岭土是白色的，而蒙脱土和伊利石分都是浅黄色。蒙脱土是一种天然的矿物，其中一类是有纳米厚度的表面带有负电的硅盐酸片层，主要是依靠静电作用而堆积的一种矿物。蒙脱土的应用十分广泛，人们通过对蒙脱土的性质进行改变[1]，之后，可以运用有机方法以及无机方法进一步强化蒙脱土本来的性能，从而扩大蒙脱土的应用领域，因此蒙脱土具有良好的发展前景。伊利石是由白云母等各种矿物经过风化以及突变所得，伊利石具有一定的过渡性，可以形成其他粘土矿物，伊利石十分细腻，一般呈现白色，如果不纯时也可能呈现绿色以及黄色。高岭土一般都是没有光泽的，如果质地纯洁时会呈现白色，如果不纯时也有可能呈现黄色以及灰色。

2 粘土矿物对混凝土减水剂的影响

1）粘土粉层状结构的吸附作用

粘土将混凝土减水剂吸附到粘土粉层状结构中，能够在一定程度上降低混凝土减水剂的分散性能。在粘土矿物对混凝土减水剂的影响调查分析过程中，我们可以从分子结构这一角度来看，粘土对不同类型且含有梳型侧链结构的混凝土减水剂具有很大的影响，由于粘土粉中的粘土矿物层间结构能够匹配混凝土减水剂的侧链结构，这也会直接使得混凝土减水剂具有一定的化学吸附性，而并非仅仅是依靠电荷吸附在粘土矿物的表面[2]。由于粘土自带一定的吸附能力，因此可以与吸附能力共同发挥自身的作用，再加上混凝土减水剂和金属阳离子，这也是当下粘土吸附混凝土减水剂的原理。

2）粘土对混凝土减水剂的性能影响

粘土的矿物组成以及粘土的结构组成都会直接影响混凝土减水剂塑化性能。通过调查，我们发现砂浆的流动性也能够直接反映混凝土减水剂塑化效果，也是十分重要的指标，而粘土的水灰比以及减水剂掺量会直接影响砂浆流动性。各位学者在研究时主要针对从固定水灰比和减水剂掺量、固定水灰比和砂浆流动性这两个方面进行对比研究。研究表明，通过提高粘土在水粘土砂浆中的比重，能够进一步弱化砂浆的流动性，进而对流动性产生一定的损失。而如果想要保持砂浆流动性，应当进一步加大混凝土减水剂的整体使用量。马保国等学者通过调查研究认为粘土的矿物结构能够在很大程度上影响混凝土减水剂的减水性能，其中，相比较于其他粘土而言，蒙脱土对混凝土减水剂塑化效果影响最大，伊利土最小。

3）粘土粉对混凝土减水剂的分散性能影响

粘土矿物不仅会直接影响混凝土减水剂的分散性能，也对其他混凝土减水剂具有不同程度的影响。通过研究，发现粘土粉对水粘土浆体流动性具有一定的影响。实验员选择3 种不同的高效减水剂，分别是萘系高效减水剂（液体，固含40%）、氨基磺酸盐减水剂（液体，固含量30%）、混凝土减水剂（液体，固含量20%）[3]，通过研究发现，如果没有粘土粉掺入这3 种不同混凝土减水剂影响的水粘土浆体时，所有浆体最初流动性都相对较好。如果在实验中掺入含砂量为1%～9%的粘土粉时，那么，所有浆体的最初流动性会受到很大程度的影响，所有浆体的流动性都会直接下降，且造成极大的损失。在实验中，如果掺入粘土量为7%时，那么，在使用了氨基磺酸盐减水剂的前提下，水粘土浆体流动性能虽然没有十分明显的下降，但是相对应的损失会有所增大，而在掺入粘土量为5%时，在使用萘系高效减水剂的前提之下，水粘土浆体完全失去流动性。如果实验员使用了混凝土减水剂的水粘土浆体，在掺入粘土量为3%时，已经彻底失去流动性[4]。

不同的高效混凝土减水剂对掺有粘土粉的水粘土浆体流动性所产生的影响会存在一定的差异，原因主要是粘土粉较为容易吸附混凝土减水剂，反之，我们发现粘土粉针对萘系高效减水剂以及氨基磺酸盐高效减水剂的吸附能力却并不强。相关学者对粘土与混凝土减水剂的相容性进行了一些试验，通过试验得出结论，不同的混凝土减水剂敏感程度也并不相同[5]。

4）粘土含量对混凝土减水剂的强度影响

通过文献调查，发现粘土对于具有高效减水剂的混凝土强度会有不良影响。通过对此观点进行研究了解到，通过采用高强混凝土配合比，当聚羧酸减水剂掺量在一定范围内时，随着含粘土量的不断增加，混凝土的强度也会不断降低。而当含粘土的总量在2%以下时，相应混凝土的强度会基本保持稳定；而当含粘土总量在2%以上时，混凝土的强度会快速降低；当含粘土量在3%以下，混凝土的强度受影响较小；而在3%以上时，含粘土量的增加将导致混凝土的强度出现大幅下降[6]。部分或整体的混凝土减水剂被粘土吸附，最终导致混凝土抗压能力有所减弱，被吸附的娶羧酸减水剂不能够发挥真正的作用，因此水粘土浆体的流动性也会受到影响。为了保持混凝土减水剂流动性，实验人员需要加入额外的水，这也会直接影响水灰比，从而使得抗压强度也受到影响。与此同时，由于加入的粘土会不断变多，因此可以被吸附的混凝土减水剂的总量也会有所增多，这也在无形之中增加了用水的需求，最终导致整体抗压强度受到影响，出现下降现象。