田艷鵬 李曉峰

(1.晉城市建筑質量監(jiān)督站，山西晉城 048000;2.山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

1 概述

隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，國家基本建設的加強，預拌混凝土企業(yè)也經(jīng)歷了一個蓬勃發(fā)展的過程，就作者所在山西省來說，位處華北平原，作為中西部連接的重要省份，無論是從地理位置來講，還是我國經(jīng)濟發(fā)展空間戰(zhàn)略部署上來講，山西的經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)成為我國整體發(fā)展的重要組成部分。山西省內(nèi)的預拌混凝土企業(yè)由1998年的35家企業(yè)發(fā)展到400余家，混凝土生產(chǎn)量由1998年的1 400萬m3增加到約1.3億m3。隨著自然生態(tài)的破壞治理，環(huán)境保護的加強，混凝土拌合用天然砂資源的枯竭，預拌混凝土質量已深深的影響到居民的建筑工程質量，與老百姓的生活緊密聯(lián)系起來。沿海城市海砂非淡化處理、內(nèi)陸城市天然砂含泥量造成的建筑質量事故也逐漸出現(xiàn)在各大視頻媒體的報道里，做好混凝土質量，避免質量事故已刻不容緩。

眾所周知，混凝土組成的化學反應是非常復雜的，除去正常的硅酸鹽水化反應外，礦粉、粉煤灰的添加也使混凝土的研究增加了很多亮點，但令很多混凝土學者頭疼的事情是，由于混凝土砂石原材料帶入的粘土導致混凝土初始流動性降低、收縮裂縫增加、耐久性降低等質量問題層出不窮，控制難度也較大，本文就砂石含泥量對摻聚羧酸鹽外加劑的混凝土質量的影響展開論述。

2 粘土

1)基本概念。

砂石含泥量中所含的泥就是粘土，粘土是一種地球億萬年來自然進化、天然存在、由各種礦物質、有機質、微生物共同組成的復合多層結構物質。主要成分為硅鋁酸鹽結晶水合物，即層狀硅酸鹽礦物，為非水硬性膠凝材料，其可以通過干燥或烘烤而硬化。大多數(shù)粘土都是由各種斑狀結構構成的薄片型結構，而每一個板狀結構又由許多個單元層組成［1］。決定粘土性能的主要因素是其結構，一般鋁氧八面體和硅氧四面體組成單元層，相互之間重疊交錯，復雜排布，硅氧四面體與鋁氧八面體由Si—OH和Al—OH縮合成Si—O—Al橋鍵。鋁氧八面體:硅氧四面體可主要分為1∶1和2∶1，自然界中高嶺土為1∶1的層結構，層間有較強的氫鍵，可置換型較小，無膨脹，有序晶體，表面吸附陽離子少;膨潤土為2∶1的層結構，層間的鍵能較小，層內(nèi)可以進行水化和金屬離子交換，晶格具有膨脹性，為最常見的粘土類型，無論是天然砂還是機制砂中的泥主要是由高嶺石和膨潤石組成。

2)粘土對聚羧酸鹽外加劑的吸附機理。

各類型的粘土都會吸收水分，吸收水分后粘土晶格膨脹水化，水化進行到一定程度，粘土層間吸收水分發(fā)生滲透膨脹，吸附層間水增到3 nm左右，促使擴散雙電層的形成，同時可能發(fā)生層間陽離子的轉化置換。在pH＞12的水泥漿溶液中，粘土將吸附陽離子于其表面上或晶體邊緣上，不同陽離子其離子交換能力不同，其次序一般為H+＞Ba2+＞SR2+＞Cs+＞Rb+＞K+＞NaLi+，一般情況膨潤土80%為表面吸附，高嶺土為100%的晶體邊緣吸附。

聚羧酸鹽系減水劑是一種高性能減水劑，它的出現(xiàn)和我國高鐵混凝土的高耐久性、高減水率、低堿含量的要求密不可分，2006年我國國產(chǎn)聚羧酸鹽減水劑才開始逐漸使用。它是水泥混凝土運用中的一種水泥分散劑，化學上可以分為兩類，以主鏈為甲基丙烯酸，側鏈為羧酸基團和MPEG(Methoxy Polyethylene Glycol)的聚酯型結構，簡稱酯類羧酸。另外一種以主鏈為聚丙烯酸，側鏈為Vinyl Alcohol Polyethylene Glycol的聚醚型結構，酯類羧酸。就目前來講，我國主要使用醚類羧酸減水劑，特別是在近三年來，醚類羧酸已廣泛應用于民用預拌混凝土中，其與砂、石中粘土的敏感性也成了值得探討的問題之一。

粘土對聚羧酸鹽外加劑的吸附機理:第一類，聚羧酸鹽減水劑嵌入粘土內(nèi)層區(qū)域;第二類，粘土遇到水泥顆?；蚓埕人猁}減水劑形成水化、膨脹水化膜，造成水泥顆粒不能吸附外加劑，導致分散性降低;第三類，當粘土遇到羧酸減水劑時，粘土的負面效應增加，粘土表面對羧酸的大量吸附，產(chǎn)生水泥顆粒與粘土表面爭奪羧酸減水劑的吸附，粘土的吸附能力大于水泥顆粒的吸附能力，從而導致混凝土流動性差。三種機理中，第三類普遍認為是切實存在的機理，第一類機理在高溫情況下可以發(fā)生，第二類機理通過KCl溶液的加入證明影響不明顯。通過第三類機理的實際混凝土應用分析發(fā)現(xiàn):粘土對羧酸鹽減水劑的吸附量是非常大的，其吸附量隨著粘土百分數(shù)的增加呈直線增大，最大吸附量穩(wěn)定于聚羧酸鹽減水劑總量的80%。砂石3%的含泥量開始對聚羧酸影響明顯起來，當達到7%的含泥量時，羧酸減水劑30%的貢獻值全部由粘土吸附，極大地影響混凝土流動度。

3 砂石含泥量對摻聚羧酸鹽外加劑混凝土質量的影響

1)砂石含泥量對摻聚羧酸鹽外加劑混凝土工作性的影響。

為切實反映出砂石不同含泥量對摻聚羧酸鹽外加劑混凝土工作性的影響，現(xiàn)以C30混凝土為例，進行混凝土拌合物工作性能測試。

水泥:山西雙良鼎新水泥有限公司產(chǎn)P.O42.5級水泥，比表面積 389，SO3含量為 2.1%，3 d 抗壓強度 25.8 MPa。

礦粉:山西中科產(chǎn)S95級礦粉，比表面積420。

粉煤灰:太原二電廠級粉煤灰，細度3%。

砂:忻州豆羅水洗砂，含泥量1.5%，細度模數(shù)2.6，再次沖洗至含泥量為0.1%，曬干備用。

碎石:陽曲縣石灰石碎石，顆粒級配2 mm～25 mm，連續(xù)粒級。

外加劑:山西和盛邦混凝土建材有限公司產(chǎn)HS-109聚羧酸鹽減水劑，固含量40%，將其加入適量保坍劑，稀釋為固含量為8.0%的泵送劑，摻量2%。

水:飲用水。

粘土:張家口恒泰膨潤土有限公司產(chǎn)化工填料膨潤土，細度200目，SiO2含量54%，Al2O3含量18%。

C30基準配合比如表1所示。

表1 測試用C30混凝土配合比 kg/m3

將粘土按1%～9%替代水洗砂摻入混凝土中，通過調整外加劑摻量使混凝土坍落度在設計范圍內(nèi)，通過查看混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性的變化，結果見表2。

表2 混凝土拌合物性能

由表2可知，隨著含泥量的增加，混凝土拌合物的和易性越來越差，容重越來越小，外加劑的摻量越來越大，在含泥量超過3%后發(fā)生明顯變化，7%后混凝土發(fā)生了質的變化，整體混凝土發(fā)虛，外加劑的摻量的提高也改變不了混凝土的流動性，混凝土變?yōu)樘摶摇⑺阑?，不具有工作性和可泵性?/p>

2)砂石含泥量對摻聚羧酸鹽外加劑混凝土強度及耐久性的影響。

砂石中所含粘土因其多孔、吸水、吸附外加劑，從而影響了混凝土的拌合及工作性，如果不考慮混凝土的質量，將含泥量大于3%的砂石用于混凝土時，會出現(xiàn)用水量增加、外加劑用量增加、混凝土容重降低，如果含泥量大于7%時，混凝土的力學性能及耐久性發(fā)生了根本性的變化。

由表2可知，隨著含泥量的增加，外加劑摻入量增加，混凝土強度反而降低，含泥量超過4%時，28 d強度已降至30 MPa以下，混凝土表面出現(xiàn)大量氣孔，混凝土的密實度遠遠降低，帶來的結果就是混凝土的耐久性大幅降低，混凝土不能滿足使用功能要求。

4 結語

1)砂石含泥量對摻聚羧酸鹽減水劑的混凝土拌合物影響較為敏感。

2)砂石含泥量對摻聚羧酸鹽減水劑的混凝土強度及耐久性影響較大。

3)實際混凝土生產(chǎn)需要把砂石含泥量控制在3%以內(nèi)，以降低影響。

4)砂石含泥量大于7%時，需要更換砂石原材料，以免出現(xiàn)質量事故。

5)各聚羧酸生產(chǎn)企業(yè)應在生產(chǎn)聚羧酸減水劑時，通過調整主鏈及支鏈的結果，降低聚羧酸減水劑對砂石含泥量的敏感度。

［1］李 琪，李曉峰.摻聚羧酸鹽系外加劑的C45泵送混凝土問題探討［J］.山西建筑，2012，38(23):127-128.