姚杰

(揚(yáng)州恒盛混凝土有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225800)

砂中泥土含量對混凝土性能的影響

姚杰

(揚(yáng)州恒盛混凝土有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225800)

砂中泥含量一直影響著預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量，試驗(yàn)從混凝土工作性、混凝土抗壓強(qiáng)度、混凝土早期收縮等方面研究了砂中泥土含量對混凝土性能的影響，并對其影響機(jī)理進(jìn)行了闡述。結(jié)果表明：混凝土外摻少量磨細(xì)粘土，對混凝土坍落度、各齡期抗壓強(qiáng)度、混凝土早期收縮等性能影響較?。欢鴵搅枯^大時(shí)將明顯降低混凝土的坍落度及提高混凝土收縮。

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

在混凝土的組成材料中，集料對于降低混凝土成本及維持混凝土體積穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用。集料中砂約占混凝土體積的30%，在混凝土中起著調(diào)節(jié)填補(bǔ)石子孔隙、降低水泥用量、調(diào)節(jié)混凝土用水量的作用。砂在混凝土中作用的發(fā)揮好壞依賴于以下兩點(diǎn)[1]：一是與水泥石的黏結(jié)，二是與水泥石性能上的協(xié)調(diào)及相互匹配，而砂中泥含量對于此上兩點(diǎn)均有較大影響，砂中泥含量主要成分為粘土。在洗凈的干砂中外摻入磨細(xì)的粘土，研究其對混凝土性能的影響，并對其影響機(jī)理進(jìn)行闡述。

1 原材料

粘土105℃烘干并磨細(xì)至200目篩篩余小于5%，其化學(xué)成分見表1。

水泥，葡城P·O42.5水泥，比表面積為360 m2/kg， 28 d抗壓強(qiáng)度49.7 MPa；

細(xì)集料，中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，其中，未洗砂含泥量2.3%，洗凈砂不含泥；

粗集料，碎石，規(guī)格5～25 mm；

水，使用自來水；

粉煤灰，使用華能Ⅱ級灰，45 μm方孔篩篩余量18%，需水量比97%，28 d活性指數(shù)74%；

礦粉，為方正礦粉，比表面積為478 m2/kg，需水量比98%；

減水劑，使用江蘇博特脂肪族與萘系復(fù)配減水劑，減水率18%。

表1 粘土化學(xué)成分分析（%）

2 試驗(yàn)方法

混凝土測試方法參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50080-2002)和《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》(GB/T 50081-2002)，采用舟山市博遠(yuǎn)科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CABR-NES非接觸式混凝土收縮變形測定儀，測試混凝土早期收縮性能，測試環(huán)境溫度（20±2）℃、濕度（60±5）%，測量標(biāo)距435 mm。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 粘土含量對混凝土坍落度的影響

從表2可知，粘土含量增加混凝土坍落度降低，但在粘土摻量低于4%時(shí)，對于混凝土坍落度影響較小，在粘土含量超過8%時(shí)才出現(xiàn)大幅度降低，至粘土含量10%時(shí)混凝土初始坍落度降至55 mm，已經(jīng)難以施工。

粘土顆粒對減水劑有較強(qiáng)的吸附性能，致使吸附在水泥顆粒表面的有效減水劑變少；微小的泥土顆粒有較大的比表面積，需水量較大，膠凝材料黏度增大，混凝土工作性隨著粘土含量的增加而下降；泥土顆粒形貌粗糙，也增大了與其他顆粒的摩擦力，因此增加了流動的難度[2]。

除粘土本身吸水率、吸附外加劑較高外，粘土中有機(jī)質(zhì)由于具有更大的比表面積對于減水劑和水也表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸附性能，因此粘土對于混凝土工作性的影響在一定程度上也取決于粘土中有機(jī)質(zhì)的含量，而有機(jī)質(zhì)含量正比于粘土的燒失量，本實(shí)驗(yàn)中所用粘土燒失量為7.72%。

3.2 粘土含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可知，混凝土粘土含量從0到10%，其28 d抗壓強(qiáng)度分別為43.2 MPa、41.6 MPa、43.1 MPa、43.4 MPa、43.5 MPa、43.3 MPa，強(qiáng)度變化在2 MPa以內(nèi)，可見粘土對混凝土28 d抗壓強(qiáng)度影響較少，而含未洗砂混凝土較其他水洗砂再加粘土的混凝土強(qiáng)度略高，這是因?yàn)樗瓷霸偌诱惩林?，粘土在人為攪拌下在整個混凝土系統(tǒng)中的分布沒有天然未洗砂均勻所致。同時(shí)由圖1可知，摻加粘土在早期可以提高混凝土強(qiáng)度，在本實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度明顯下降的粘土摻量拐點(diǎn)并未出現(xiàn)。

圖1 粘土含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

泥在集料中存在三種形式：包裹型、團(tuán)塊型、松散型[1]。包裹型粘土以漿狀黏結(jié)或包裹在集料表面，直接影響到集料與水泥石的黏結(jié)，阻礙水泥水化，抑制水泥石與骨料的結(jié)合，影響混凝土強(qiáng)度；團(tuán)塊型泥粒以較大的泥團(tuán)存在于集料中，對于混凝土的工作性及混凝土強(qiáng)度都有較大影響；本實(shí)驗(yàn)中外摻粘土是以松散型均勻分布在混凝土中，且由于粘土的顆粒較細(xì)，可以起到類似微集料的作用，細(xì)化混凝土孔結(jié)構(gòu)[3]。另外由表1粘土化學(xué)成分可知，其主要成分SiO2、Al2O3與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2可發(fā)生二次反應(yīng)生成C-S-H凝膠等產(chǎn)物，來提高混凝土強(qiáng)度，在混凝土中起到摻合料的作用。

同時(shí)，由于膠凝材料漿體內(nèi)加入了少量的泥土顆粒，這些顆粒填補(bǔ)了漿體初期由于收縮形成的孔洞及微裂縫，使得混凝土的強(qiáng)度增大，尤其是早期強(qiáng)度[2]。

表2 C30混凝土配合比及坍落度

而在實(shí)際生產(chǎn)中，混凝土所用砂含泥量越高，混凝土強(qiáng)度越低，而且混凝土強(qiáng)度標(biāo)號越高，混凝土強(qiáng)度降低幅度越明顯。這是因?yàn)榛炷岭S砂含泥量增高混凝土工作性變差，坍落度較小及坍落度損失大，導(dǎo)致混凝土無法施工。一般此時(shí)，混凝土攪拌樓配合比控制人員或者混凝土施工人員均會往混凝土中加水或者外加劑以提高混凝土可泵性及可施工性，因此帶來混凝土攪拌不均、混凝土水膠比降低及粘土顆粒、泥團(tuán)等對水泥水化的抑制作用，而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大幅降低及收縮裂縫嚴(yán)重。

3.3 粘土對混凝土早期收縮性能的影響

圖2中顯示了混凝土中粘土含量為0、2%、8%時(shí)的75 h早期收縮數(shù)據(jù)。從圖2可知，混凝土的收縮主要發(fā)生在24 h內(nèi)，且粘土含量較高（8%時(shí)）較粘土含量較低（0%、2%）的混凝土收縮有明顯的增加，而粘土含量為2%和未摻粘土的混凝土收縮量相差不大，24 h后混凝土的收縮曲線逐漸平緩。粘土比重較小、粒徑細(xì)，摻量過大后在一定程度上增大了漿體的體積含量，另外粘土顆粒本身屬于疏松多孔型，均勻分散于混凝土中，吸附了大量的游離水，一旦混凝土處于干燥環(huán)境，隨著表面水分的不斷揮發(fā)損失，混凝土內(nèi)部水向外遷移，內(nèi)部相對濕度降低，原來吸附于粘土顆?？紫吨械乃捎跀U(kuò)散作用就被釋放出來，這兩方面增加了混凝土收縮的程度[3]。

圖2 粘土含量對混凝土早期收縮性能的影響

另外，從圖2可見，混凝土收縮量是先降低后增加，粘土含量2%和未摻粘土的混凝土則是先膨脹后收縮，這或許和混凝土膠凝材料中較多的礦物摻合料有關(guān)。

4 解決混凝土中砂含泥量較高的辦法

商品混凝土企業(yè)所用砂泥含量一般在2%左右。通過研究可知，松散型粘土對混凝土各種性能影響較小，而對混凝土影響較大的主要是較大的泥團(tuán)，因此在生產(chǎn)中可以人為地除去泥團(tuán)。而當(dāng)混凝土中砂含泥量較高時(shí)，第一可以將其應(yīng)用到C20及以下混凝土中；第二在混凝土中盡量少采用對砂含泥量較為敏感的聚羧酸減水劑；第三是將砂進(jìn)行水洗；第四提高外加劑摻量，但同時(shí)會給混凝土帶來更大的收縮。

目前針對混凝土用阻泥劑的研究較少，有學(xué)者在制備聚羧酸時(shí)引入陽離子單體或通過聚羧酸和二丙烯二甲基氯化胺共聚物鹽復(fù)配，有效解決了骨料中泥的吸附問題。有研究人員利用選擇性吸附原理已研制出的Z劑[4]、含泥量抑制劑[5]（成分包括六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉或焦磷酸鈉的泥土分散組分，聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化銨或NN-二甲基-1-十六烷基銨的泥土吸附成分，乙二胺四乙酸二鈉或檸檬酸鈉的離子絡(luò)合交換組分）、一種混凝土用阻泥劑[6]（成分包括烯基胺醚、丙烯酸酯、烯基磺酸鹽、EA、乙烯基酯）來減少粘土對減水劑的吸附。但這些研究尚處于摸索和起步階段，仍需要大量的試驗(yàn)研究來證實(shí)、優(yōu)化。

5 結(jié)語

（1）混凝土外摻0～4%粘土對混凝土坍落度影響較小，摻量大于4%時(shí)，混凝土坍落度降低明顯；

（2）混凝土中外摻粘土對混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小；

（3）混凝土外摻2%粘土與未摻粘土混凝土早期收縮量基本相同，粘土摻量較大（8%）時(shí)，混凝土收縮明顯。

[1]張承志.商品混凝土[M].北京：化學(xué)化工出版社,2010:110-115.

[2]馬保國,嚴(yán)敏,譚洪波,等.含泥量對減水劑性能的影響規(guī)律[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012,26(4):331-336.

[3]田建平.高強(qiáng)高性能機(jī)制砂混凝土的配制及性能研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

[4]劉國棟,關(guān)志梅,魏春濤,等.砂子含泥量對摻用聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響及有效對策[J].商品混凝土,2008，(3):15-18.

[5]賈吉堂,張明.摻聚羧酸系減水劑混凝土用含泥量抑制劑及其制備方法和使用方法[P].中國專利：201210219541.4,2012-10-10.

[6]臧軍,馬琳,蔡林虎.混凝土用阻泥劑及其制備方法[P].中國專利：201110128635,2011-12-14.

作者：姚杰(1987-)，男，本科，助工，主要從事混凝土生產(chǎn)工作。

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2014-6-11）