砂石含泥量对掺聚羧酸外加剂混凝土质量的影响

田艳鹏 李晓峰

(1.晋城市建筑质量监督站，山西晋城 048000;2.山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

1 概述

随着我国国民经济的迅猛发展，国家基本建设的加强，预拌混凝土企业也经历了一个蓬勃发展的过程，就作者所在山西省来说，位处华北平原，作为中西部连接的重要省份，无论是从地理位置来讲，还是我国经济发展空间战略部署上来讲，山西的经济发展已经成为我国整体发展的重要组成部分。山西省内的预拌混凝土企业由1998年的35家企业发展到400余家，混凝土生产量由1998年的1 400万m3增加到约1.3亿m3。随着自然生态的破坏治理，环境保护的加强，混凝土拌合用天然砂资源的枯竭，预拌混凝土质量已深深的影响到居民的建筑工程质量，与老百姓的生活紧密联系起来。沿海城市海砂非淡化处理、内陆城市天然砂含泥量造成的建筑质量事故也逐渐出现在各大视频媒体的报道里，做好混凝土质量，避免质量事故已刻不容缓。

众所周知，混凝土组成的化学反应是非常复杂的，除去正常的硅酸盐水化反应外，矿粉、粉煤灰的添加也使混凝土的研究增加了很多亮点，但令很多混凝土学者头疼的事情是，由于混凝土砂石原材料带入的粘土导致混凝土初始流动性降低、收缩裂缝增加、耐久性降低等质量问题层出不穷，控制难度也较大，本文就砂石含泥量对掺聚羧酸盐外加剂的混凝土质量的影响展开论述。

2 粘土

1)基本概念。

砂石含泥量中所含的泥就是粘土，粘土是一种地球亿万年来自然进化、天然存在、由各种矿物质、有机质、微生物共同组成的复合多层结构物质。主要成分为硅铝酸盐结晶水合物，即层状硅酸盐矿物，为非水硬性胶凝材料，其可以通过干燥或烘烤而硬化。大多数粘土都是由各种斑状结构构成的薄片型结构，而每一个板状结构又由许多个单元层组成［1］。决定粘土性能的主要因素是其结构，一般铝氧八面体和硅氧四面体组成单元层，相互之间重叠交错，复杂排布，硅氧四面体与铝氧八面体由Si—OH和Al—OH缩合成Si—O—Al桥键。铝氧八面体:硅氧四面体可主要分为1∶1和2∶1，自然界中高岭土为1∶1的层结构，层间有较强的氢键，可置换型较小，无膨胀，有序晶体，表面吸附阳离子少;膨润土为2∶1的层结构，层间的键能较小，层内可以进行水化和金属离子交换，晶格具有膨胀性，为最常见的粘土类型，无论是天然砂还是机制砂中的泥主要是由高岭石和膨润石组成。

2)粘土对聚羧酸盐外加剂的吸附机理。

各类型的粘土都会吸收水分，吸收水分后粘土晶格膨胀水化，水化进行到一定程度，粘土层间吸收水分发生渗透膨胀，吸附层间水增到3 nm左右，促使扩散双电层的形成，同时可能发生层间阳离子的转化置换。在pH＞12的水泥浆溶液中，粘土将吸附阳离子于其表面上或晶体边缘上，不同阳离子其离子交换能力不同，其次序一般为H+＞Ba2+＞SR2+＞Cs+＞Rb+＞K+＞NaLi+，一般情况膨润土80%为表面吸附，高岭土为100%的晶体边缘吸附。

聚羧酸盐系减水剂是一种高性能减水剂，它的出现和我国高铁混凝土的高耐久性、高减水率、低碱含量的要求密不可分，2006年我国国产聚羧酸盐减水剂才开始逐渐使用。它是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，化学上可以分为两类，以主链为甲基丙烯酸，侧链为羧酸基团和MPEG(Methoxy Polyethylene Glycol)的聚酯型结构，简称酯类羧酸。另外一种以主链为聚丙烯酸，侧链为Vinyl Alcohol Polyethylene Glycol的聚醚型结构，酯类羧酸。就目前来讲，我国主要使用醚类羧酸减水剂，特别是在近三年来，醚类羧酸已广泛应用于民用预拌混凝土中，其与砂、石中粘土的敏感性也成了值得探讨的问题之一。

粘土对聚羧酸盐外加剂的吸附机理:第一类，聚羧酸盐减水剂嵌入粘土内层区域;第二类，粘土遇到水泥颗粒或聚羧酸盐减水剂形成水化、膨胀水化膜，造成水泥颗粒不能吸附外加剂，导致分散性降低;第三类，当粘土遇到羧酸减水剂时，粘土的负面效应增加，粘土表面对羧酸的大量吸附，产生水泥颗粒与粘土表面争夺羧酸减水剂的吸附，粘土的吸附能力大于水泥颗粒的吸附能力，从而导致混凝土流动性差。三种机理中，第三类普遍认为是切实存在的机理，第一类机理在高温情况下可以发生，第二类机理通过KCl溶液的加入证明影响不明显。通过第三类机理的实际混凝土应用分析发现:粘土对羧酸盐减水剂的吸附量是非常大的，其吸附量随着粘土百分数的增加呈直线增大，最大吸附量稳定于聚羧酸盐减水剂总量的80%。砂石3%的含泥量开始对聚羧酸影响明显起来，当达到7%的含泥量时，羧酸减水剂30%的贡献值全部由粘土吸附，极大地影响混凝土流动度。

3 砂石含泥量对掺聚羧酸盐外加剂混凝土质量的影响

1)砂石含泥量对掺聚羧酸盐外加剂混凝土工作性的影响。

为切实反映出砂石不同含泥量对掺聚羧酸盐外加剂混凝土工作性的影响，现以C30混凝土为例，进行混凝土拌合物工作性能测试。

水泥:山西双良鼎新水泥有限公司产P.O42.5级水泥，比表面积 389，SO3含量为 2.1%，3 d 抗压强度 25.8 MPa。

矿粉:山西中科产S95级矿粉，比表面积420。

粉煤灰:太原二电厂级粉煤灰，细度3%。

砂:忻州豆罗水洗砂，含泥量1.5%，细度模数2.6，再次冲洗至含泥量为0.1%，晒干备用。

碎石:阳曲县石灰石碎石，颗粒级配2 mm～25 mm，连续粒级。

外加剂:山西和盛邦混凝土建材有限公司产HS-109聚羧酸盐减水剂，固含量40%，将其加入适量保坍剂，稀释为固含量为8.0%的泵送剂，掺量2%。

水:饮用水。

粘土:张家口恒泰膨润土有限公司产化工填料膨润土，细度200目，SiO2含量54%，Al2O3含量18%。

C30基准配合比如表1所示。

表1 测试用C30混凝土配合比 kg/m3

将粘土按1%～9%替代水洗砂掺入混凝土中，通过调整外加剂掺量使混凝土坍落度在设计范围内，通过查看混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性的变化，结果见表2。

表2 混凝土拌合物性能

由表2可知，随着含泥量的增加，混凝土拌合物的和易性越来越差，容重越来越小，外加剂的掺量越来越大，在含泥量超过3%后发生明显变化，7%后混凝土发生了质的变化，整体混凝土发虚，外加剂的掺量的提高也改变不了混凝土的流动性，混凝土变为虚灰、死灰，不具有工作性和可泵性。

2)砂石含泥量对掺聚羧酸盐外加剂混凝土强度及耐久性的影响。

砂石中所含粘土因其多孔、吸水、吸附外加剂，从而影响了混凝土的拌合及工作性，如果不考虑混凝土的质量，将含泥量大于3%的砂石用于混凝土时，会出现用水量增加、外加剂用量增加、混凝土容重降低，如果含泥量大于7%时，混凝土的力学性能及耐久性发生了根本性的变化。

由表2可知，随着含泥量的增加，外加剂掺入量增加，混凝土强度反而降低，含泥量超过4%时，28 d强度已降至30 MPa以下，混凝土表面出现大量气孔，混凝土的密实度远远降低，带来的结果就是混凝土的耐久性大幅降低，混凝土不能满足使用功能要求。

4 结语

1)砂石含泥量对掺聚羧酸盐减水剂的混凝土拌合物影响较为敏感。

2)砂石含泥量对掺聚羧酸盐减水剂的混凝土强度及耐久性影响较大。

3)实际混凝土生产需要把砂石含泥量控制在3%以内，以降低影响。

4)砂石含泥量大于7%时，需要更换砂石原材料，以免出现质量事故。

5)各聚羧酸生产企业应在生产聚羧酸减水剂时，通过调整主链及支链的结果，降低聚羧酸减水剂对砂石含泥量的敏感度。

［1］李 琪，李晓峰.掺聚羧酸盐系外加剂的C45泵送混凝土问题探讨［J］.山西建筑，2012，38(23):127-128.