王晨晨，張明明

（長(zhǎng)安大學(xué) 建工學(xué)院，陜西 西安 710018）

1 引言

混凝土材料是目前廣泛應(yīng)用的土木工程材料，集料在水泥混凝土中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為70%-80%，其品質(zhì)優(yōu)劣對(duì)混凝土性能有重要影響.由于受到生產(chǎn)條件的限制，集料中不可避免地含有泥，泥土顆粒的摻入會(huì)對(duì)混凝土性能造成一定的負(fù)面影響.不同礦物組成的泥對(duì)混凝土性能影響的程度有所不同，其中具有較強(qiáng)吸水性和膠體特性的黏土質(zhì)泥對(duì)混凝土性能的影響最為顯著[1].為改善混凝土的工作性能，通常需要加入減水劑等外加劑，不同種類的外加劑對(duì)集料中泥土的敏感程度不同.由于分子結(jié)構(gòu)中存在黏土吸附的功能基團(tuán)，聚羧酸減水劑對(duì)混凝土中的含泥量最為敏感[2].大量研究表明，泥土顆粒會(huì)降低減水劑的減水率和分散度，對(duì)混凝土的力學(xué)性能、工作性能及耐久性均會(huì)產(chǎn)生影響[3-6].

泥土顆粒是指天然集料中粒徑小于75μm的顆粒，含泥量已經(jīng)成為集料質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo).泥土顆粒易與細(xì)集料砂中的細(xì)小顆?；祀s，相較于粗集料中所含的泥更不易進(jìn)行處理.所以，研究細(xì)集料含泥量對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律尤為重要.

本文從水泥砂漿工作性能和力學(xué)性能兩個(gè)方面出發(fā)，通過(guò)水泥凈漿黏度試驗(yàn)、水泥砂漿強(qiáng)度及流動(dòng)度試驗(yàn)，分析含泥量對(duì)砂漿各項(xiàng)性能的影響規(guī)律及影響機(jī)理，并提出最佳含泥量這一指標(biāo)，為砂漿和混凝土的生產(chǎn)控制提供了參考.

2 試驗(yàn)

2.1 原材料準(zhǔn)備

2.1.1 水泥

西安某廠生產(chǎn)的P.0 42.5水泥，早期強(qiáng)度高、活性較好、質(zhì)量穩(wěn)定，化學(xué)組分如表1所示:

表1 水泥的化學(xué)組分

2.1.2 聚羧酸高效減水劑

西安某廠生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，相關(guān)性能指標(biāo)如表2：

表2 聚羧酸高效減水劑均質(zhì)性指標(biāo)

2.1.3 砂

采用水洗砂，其物理性能指標(biāo)如下表3所示：

表3 水洗砂物理性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

水泥凈漿粘度：稱取水泥（含泥）450g，加入聚羧酸減水劑（摻量為2.2%）后，攪拌器攪拌120s，并靜置60s，利用數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)NDJ-5S在恒定轉(zhuǎn)速12r/s下測(cè)定漿體的黏度.水泥凈漿的原料配比如表4所示：

表4 水泥凈漿原料配比

水泥砂漿強(qiáng)度：依照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》.砂漿試件尺寸為40mm x 40mm x 160mm，養(yǎng)護(hù)7d和28d后，分別測(cè)定砂漿抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度.砂漿的水泥、水及減水劑用量如表4所示，細(xì)集料表5所示（含泥量指泥占細(xì)集料質(zhì)量百分比）：

水泥砂漿流動(dòng)度：根據(jù)GB/T8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》在0-2.5h內(nèi)每間隔0.5h測(cè)定一次砂漿在跳桌上沿相互垂直方向上的流動(dòng)直徑.砂漿原料配比及細(xì)集料粒徑組成分別如表4及表5所示.

表5 細(xì)集料顆粒粒徑配比

3 結(jié)果與討論

3.1 水泥凈漿黏度試驗(yàn)

減水劑對(duì)水泥體系的作用主要通過(guò)吸附于水泥表面改變水泥顆粒表面電荷性質(zhì)并產(chǎn)生一定的空間位阻效應(yīng)來(lái)使水泥顆粒之間發(fā)生相互作用，進(jìn)而改變其流變性能[7].故含泥量對(duì)分散劑的影響可通過(guò)水泥凈漿的流變性質(zhì)來(lái)評(píng)價(jià)，黏度是評(píng)價(jià)水泥凈漿流變性質(zhì)的重要指標(biāo)，反映了漿體抵抗剪切變形的能力.

通過(guò)數(shù)字旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)試不同含泥量的水泥凈漿在恒定的剪切速率下隨時(shí)間的變化情況，得到水泥凈漿變化曲線如圖1所示：

由圖1可知，水泥凈漿的黏度隨含泥量的增加而增加.當(dāng)含泥量不超過(guò)3%時(shí)，黏度曲線較為平緩；當(dāng)含泥量大于3%時(shí)，水泥凈漿黏度隨含泥量增加迅速增加，特別是當(dāng)含泥量為7%時(shí)，水泥凈漿2.5h黏度達(dá)到約5500mpa·s.由此可見，當(dāng)含泥量超過(guò)一定限值時(shí)，泥將會(huì)嚴(yán)重影響聚羧酸減水劑的作用效果，降低其對(duì)水泥顆粒的分散能力，使水泥凈漿粘度增大，工作性變差.

圖1 凈漿黏度在不同含泥量不同時(shí)間下的變化曲線（w/c=0.24，聚羧酸摻量為2.2%）

3.2 水泥砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)

依照GB/T《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)定不同含泥量的砂漿在水泥水化時(shí)間為 0h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h的流動(dòng)度，測(cè)試結(jié)果如表6所示：

依據(jù)測(cè)試結(jié)果，繪制出水泥砂漿流動(dòng)度變化曲線如圖2所示：

表6 不同含泥量的河沙在不同水泥水化時(shí)間的流動(dòng)度mm

由圖2可知，隨著含泥量的增加，砂漿的流動(dòng)度整體呈下降趨勢(shì)，和易性變差.當(dāng)含泥量小于4.5%時(shí)，出現(xiàn)砂漿流動(dòng)度隨含泥量增加而改善的現(xiàn)象；當(dāng)含泥量大于4.5%以后，砂漿在不同水泥水化時(shí)間的流動(dòng)度均隨含泥量增加而降低.

根據(jù)以上試驗(yàn)現(xiàn)象，分析原因?yàn)槟嗤令w粒對(duì)聚羧酸減水劑的吸附能力強(qiáng)于水泥，故摻入的泥土顆粒對(duì)聚羧酸減水劑起到了吸附消耗作用，減少了實(shí)際發(fā)揮作用的減水劑的量，若要達(dá)到相同的減水效果需增加減水劑用量.同時(shí)，泥土顆粒具有較大的比表面積，吸附大量的拌和用水，導(dǎo)致砂漿流動(dòng)性變差.此外，泥土顆粒表面粗糙，使得砂漿體系中各顆粒間的摩阻力增大，增加了流動(dòng)的難度，流動(dòng)度減小.對(duì)于試驗(yàn)中流動(dòng)度隨含泥量增加而增大的現(xiàn)象，分析原因?yàn)槟嗤令w粒作為一種粉體材料在砂漿體系中起到了摻合料的填充作用，調(diào)節(jié)粒徑級(jí)配，引起微集料效應(yīng)，改善了砂漿的和易性.當(dāng)含泥量增大，其對(duì)減水劑的吸附消耗作用居于主導(dǎo)地位，砂漿流動(dòng)度下降.

圖2 砂漿在不同含泥量不同時(shí)間下的流動(dòng)度（聚羧酸摻量為2.2%w/c=0.24）

3.3 水泥砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

通過(guò)砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)得到不同含泥量的砂漿在7d和28d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度值如表7所示：

表7 砂漿的強(qiáng)度（聚羧酸的摻量為2.2%）

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別繪制出砂漿的抗壓強(qiáng)度隨含泥量的變化曲線如圖3所示，砂漿抗折強(qiáng)度隨含泥量的變化曲線如圖4所示：

通過(guò)分析圖3可知，2%含泥量為7d和28d抗壓強(qiáng)度曲線拐點(diǎn).當(dāng)含泥量小于2%時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度隨含泥量增加而增加.分析原因?yàn)樯倭康哪嗤令w?？商畛渌嗨不跗谒纬傻奈⒖准傲芽p，使砂漿強(qiáng)度有所增加.當(dāng)含泥量大于2%時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度隨含泥量增加不斷減小.此時(shí)，泥土顆粒的存在降低了水泥水化產(chǎn)物之間及其與集料之間的粘結(jié)力使強(qiáng)度下降.同時(shí)泥土顆粒易以泥團(tuán)的形式分布于漿體中，形成強(qiáng)度薄弱區(qū).此外，泥中所含的有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)會(huì)降低水泥水化速率，導(dǎo)致強(qiáng)度降低.由圖4可知，砂漿抗折強(qiáng)度隨含泥量增加而不斷降低，且含泥量對(duì)砂漿早期抗折強(qiáng)度影響更為顯著.將圖3與圖4進(jìn)行對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，砂漿的抗折強(qiáng)度對(duì)含泥量更加敏感.故在道路這類對(duì)抗折強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)物中需對(duì)含泥量嚴(yán)格控制

3.4 最佳含泥量

由前述分析可知，當(dāng)含泥量為2%時(shí)，水泥凈漿的黏度基本不受影響，水泥砂漿流動(dòng)度和7d、28d抗壓強(qiáng)度較不含泥砂漿均有所改善，砂漿7d抗折強(qiáng)度降低約7%左右,28d抗折強(qiáng)度基本不變.綜合考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值，在對(duì)抗折強(qiáng)度無(wú)特殊要求的工程中可選定2%為最佳含泥量.

4 結(jié)論

（1）水泥凈漿的黏度隨含泥量的增加而增大，且當(dāng)含泥量大于2%以后隨含泥量增加黏度增加迅速；當(dāng)含泥量小于2%時(shí)，水泥砂漿流動(dòng)度隨含泥量增加而增大；當(dāng)含泥量大于2%時(shí)，砂漿流動(dòng)度隨含泥量增加而減小.故少量的泥土顆粒可對(duì)砂漿的流變性質(zhì)起到一定的改善作用，但若含泥量超過(guò)一定限值會(huì)給砂漿流變性質(zhì)帶來(lái)一定的負(fù)面影響.

（2）當(dāng)含泥量小于2%時(shí)，水泥砂漿的7d和28d抗壓強(qiáng)度均隨含泥量增加而增大；當(dāng)含泥量大于2%時(shí)，砂漿的7d和28d抗壓強(qiáng)度隨含泥量增加而降低；隨含泥量降低，砂漿7d抗折強(qiáng)度不斷減小；含泥量對(duì)砂漿28d抗折強(qiáng)度影響不大.

（3）本試驗(yàn)探究了含泥量對(duì)水泥砂漿流變性質(zhì)和力學(xué)性能的影響，并在兼顧使用要求和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上提出將2%作為一般性工程的最佳含泥量.

〔1〕王應(yīng),王智,胡倩文,等.集料中黏土質(zhì)泥及其對(duì)混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào),2012,31(3):599-603.

〔2〕馬保國(guó),嚴(yán)敏,譚洪波,等.含泥量對(duì)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〕于濤,張亮,周鈺淪,等.聚羧酸外加劑與砂含泥量的適應(yīng)性研究[J],混凝土,2012（3）:98-100.

〔4〕李有光,李苑,萬(wàn)煜,等.泥對(duì)摻聚羧酸減水劑的水泥漿體分散性的影響[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012,35(1):86-92.

〔5〕馬保國(guó),楊虎,譚洪波,等.黏土和石粉含量對(duì)聚羧酸減水劑的影響研究[J].混凝土,2012（5）:60-63.

〔6〕馬保國(guó),嚴(yán)敏,譚洪波,等.含泥量對(duì)減水劑性能的影響規(guī)律[C].//中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)水泥分會(huì)第三屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨第十二屆全國(guó)水泥和混凝土化學(xué)及應(yīng)用技術(shù)會(huì)議論文集.2011.35-36.

〔7〕曹恩祥.聚羧酸減水劑對(duì)水泥凈漿體系流變性能的作用機(jī)理研究[D].清華大學(xué),2011.