蔡心映

（深圳市港龍混凝土有限公司）

含泥量對聚羧酸減水劑性能的影響研究

蔡心映

（深圳市港龍混凝土有限公司）

本文研究了砂子中不同的含泥量對摻聚羧酸減水劑的膠砂性能和混凝土性能的影響。由試驗(yàn)可知，聚羧酸減水劑對混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量對混凝土的影響是很大的，從混凝土工作性能來說，它影響了混凝土的坍落度及坍落度損失，從混凝土的力學(xué)性能來說，當(dāng)砂子含泥量超過3%就會對混凝土強(qiáng)度有影響。目前還沒有一種有效的辦法來解決此問題，只能通過提高聚羧酸減水劑的摻量來解決，但提高了聚羧酸減水劑的摻量同時(shí)也提高了每方混凝土的成本。

含泥量；聚羧酸減水劑；減水率；混凝土；砂漿

1　研究背景

作為混凝土重要組成部分的細(xì)骨料占混凝土體積的30%左右，其各項(xiàng)性能的好壞直接影響到混凝土的早期工作性能及硬化后的力學(xué)性能等。我國聚羧酸減水劑的研究始于20世紀(jì)90年代中后期，其工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用始于2l世紀(jì)初期，其推廣應(yīng)用進(jìn)程目前正以人們始料不及的速度迅猛發(fā)展。目前一些鐵路客運(yùn)專線、南水北調(diào)、港口碼頭、水電大壩、市政工程等許多重點(diǎn)工程中得到廣泛使用。民建工程中對混凝土原材料質(zhì)量控制沒有大型工程及重點(diǎn)工程中嚴(yán)格，聚羧酸減水劑與骨料的含泥量的適應(yīng)性好壞直接影響到聚羧酸減水劑的推廣。

2　試驗(yàn)原材料

本文所涉及的原材料包括水泥、砂子、石子、聚羧酸減水劑、黃泥。試驗(yàn)過程中將測試聚羧酸減水劑的減水率和砂漿試塊的3天和28天的抗折、抗壓強(qiáng)度，混凝土試塊的3天和14天的抗壓強(qiáng)度。

2.1聚羧酸減水劑

本文使用兩種聚羧酸減水劑，一種為廣東江門強(qiáng)力建材科技有限公司生產(chǎn)，固含量為20%，酒紅色液體（下文稱A類減水劑）；另一種為深圳市五山建材實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，固含量為15%，淺黃色液體（下文稱B類減水劑）。

2.2試驗(yàn)用砂

本文所用的砂為非標(biāo)準(zhǔn)砂，因此對其進(jìn)行了篩分析試驗(yàn)，測定其細(xì)度模數(shù)。測試的結(jié)果如表1。

根據(jù)公式計(jì)算細(xì)度模數(shù)μ=3.0。

表1　非標(biāo)準(zhǔn)砂篩分試驗(yàn)結(jié)果

2.3試驗(yàn)用石子

石子為水洗過的潔凈的并符合以下要求：

①壓碎指標(biāo)：≤8.5%；②含泥量：<0.5%；③泥塊含量：0%；④針片狀含量：<5%；⑤軟弱顆粒：≤2.0%；⑥級配（如表2）：

表2　石子級配范圍

2.4黃泥

取自于廣東省深圳市梧桐山上。

2.5水泥

水泥為惠州光大水泥有限公司凱城牌P·O 42.5R，水泥比表面積為367m2/Kg。

3　試驗(yàn)方法

3.1水泥膠砂性能試驗(yàn)

⑴膠砂強(qiáng)度性能試驗(yàn)：試驗(yàn)按照GB/T2419-2005的試驗(yàn)方法，使摻外加劑的砂漿流動度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)流動度。試樣養(yǎng)護(hù)方法、強(qiáng)度的測定方法及測試儀器均按照GB/T17671-1999中規(guī)定的方法進(jìn)行。

⑵砂漿減水率試驗(yàn)：本方法適用于測定外加劑對水泥的分散效果，以水泥砂漿減水率表示其工作性能。具體試驗(yàn)方法參照GB/T2419-2005。砂漿減水率(%)按式(1)計(jì)算。

式中：

P1——標(biāo)準(zhǔn)用水量；

P2——摻減水劑的用水量。

3.2混凝土性能試驗(yàn)

⑴混凝土強(qiáng)度性能試驗(yàn)：試驗(yàn)按照J(rèn) GJ 56-1984的試驗(yàn)方法，使摻外加劑的混凝土坍落度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)坍落度。試樣養(yǎng)護(hù)方法、強(qiáng)度的測定方法及測試儀器均按照GB/T 50081-2002中規(guī)定的方法進(jìn)行。分別測定3、14d的抗壓強(qiáng)度。

⑵混凝土減水率：具體試驗(yàn)方法參照J(rèn) GJ 56-1984，減水率按式(1)計(jì)算：

式中：

P1——基準(zhǔn)混凝土單位用水量(kg/m3)；

P2——摻減水劑的混凝土單位用水量(kg/m3)

4　砂子含泥量對聚羧酸減水劑減水率和膠砂試件強(qiáng)度的影響

本試驗(yàn)中對砂子的含泥量設(shè)計(jì)時(shí)，3%之前按1%遞增，之后將按2%遞增，共六個(gè)含泥量。試驗(yàn)中全部使用水洗砂，然后再用人工方法把砂子的含泥量調(diào)整到試驗(yàn)需要的含泥量。為了讓試驗(yàn)更有代表性，先把砂子和泥均勻地混合好后，再在它們表面灑一些水，使他們能充分地濕潤，這樣泥就能更好地粘在砂子表面，然后再自然曬干進(jìn)行試驗(yàn)。

4.1砂漿減水性能試驗(yàn)

本部分選擇兩個(gè)廠家生產(chǎn)的不同減水劑，然后分別選擇0.05%、0.15%、0.25%三種摻量。砂子選用已做好級配的并人工配制6種含泥量，進(jìn)行砂漿減水率試驗(yàn)。

4.1.1A類減水劑

本部分所有的膠砂性能試驗(yàn)，采用0.36的膠砂比，其中砂為非標(biāo)準(zhǔn)砂，且為中砂，砂的質(zhì)量為1250g，水泥質(zhì)量為450g，在減水劑減水率試驗(yàn)前先做了標(biāo)準(zhǔn)對照試驗(yàn)，不摻減水劑，砂為潔凈的，不含泥，水膠比為1:2測得的流動度為226m m。具體的A類減水劑減水率測試結(jié)果見表3、表4、表5，結(jié)果示意圖如圖1所示。

由表3、表4、表5中A類減水劑減水率的結(jié)果可以看出：當(dāng)減水劑摻量為0.05%時(shí)，砂中的含泥量對其影響很大，當(dāng)含泥量為1%時(shí)，減水率就下降了8.66%，當(dāng)含泥量超過5%時(shí)，減水劑的減水性就消失了；當(dāng)減水劑摻量為0.15%時(shí)，含泥量對其影響也非常大，含泥量為1%時(shí)，減水率下降了8.11%，之后下降較平緩，不過當(dāng)含泥量達(dá)到5%時(shí)，減水率突然下降了10%左右；當(dāng)摻量為0.25%時(shí)，含泥量為1%時(shí)，對減水劑減水率影響不是很明顯，當(dāng)超過1%時(shí)，減水率下降就非常明顯，并且當(dāng)含泥量為5%時(shí)，下降得尤為明顯，幾乎是前面下降的總和?？梢娚白拥暮嗔繉埕人釡p水劑的減水率影響很大。

表3　摻量為0.05%的A類減水劑在不同含泥量下測得的減水率

表4　摻量為0.15%的A類減水劑在不同含泥量下測得的減水率

表5　摻量為0.25%的A類減水劑在不同含泥量下測得的減水率

由圖1可以看出，A類減水劑的減水率，隨著含泥量的增加而降低。相同含泥量時(shí)，聚羧酸減水劑減水率，隨著減水劑摻量的增加而增加，因此，可以通過增加聚羧酸的摻量來減少砂子含泥量對減水劑減水率的影響。4.1.2 B類減水劑

圖1　三種聚羧酸減水劑摻量在不同含泥量下測得的減水率

表6　摻量為0.05%的聚羧酸在不同含泥量下測得的減水率

表8　摻量為0.25%的聚羧酸在不同含泥量下測得的減水率

本部分所有的膠砂試驗(yàn)，與A類減水劑方法相同。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)B類減水劑的減水率對用水量非常的敏感，例如：在試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻水量減少1g時(shí)，流動度竟下降了50m m左右。具體的B類減水劑減水率測試結(jié)果見表6、表7、表8，結(jié)果示意圖如圖2所示。

由表6、表7、表8中B類減水劑減水率的結(jié)果可以看出：當(dāng)減水劑摻量為0.05%時(shí)，砂中的含泥量對其影響很大，當(dāng)含泥量為1%時(shí)，減水率就下降了5.56%，當(dāng)含泥量超過5%時(shí)，減水劑的減水性就消失了；當(dāng)摻量為0.15%時(shí)，含泥量對其影響也非常大，不過含泥量為1%時(shí)，減水率下降較少，僅下降了0.89%，之后下降較明顯，含泥量為2%時(shí)下降了10%；當(dāng)含泥量超過5%時(shí)，減水劑的減水性能就消失了；當(dāng)摻量為0.25%時(shí)，含泥量小于3%時(shí)，對聚羧酸減水劑減水率影響不是很明顯，當(dāng)超過3%時(shí)，減水率下降就非常明顯，并且當(dāng)含泥量為5%時(shí)，下降得尤為明顯，幾乎是前面下降的總和。

由圖2可以看出，B類減水劑的減水率，隨著含泥量的增加而降低。相同含泥量時(shí)，聚羧酸減水劑減水率，隨著減水劑摻量的增加而增加，因此，可以通過增加聚羧酸的摻量來減少砂子含泥量對減水劑減水率的影響。4.1.3分析總結(jié)

由上面試驗(yàn)結(jié)果可知，砂子含泥量對A類、B類減水劑減水率的影響非常明顯。這是因?yàn)轲ね翆埕人嵯禍p水劑的吸附作用造成的。相同摻量時(shí)，隨著含泥量的增加，聚羧酸減水劑的減水率降低。原材料砂子中黏土含量對聚羧酸系減水劑的性能影響已經(jīng)為大家所公認(rèn)。日本早就發(fā)現(xiàn)了聚羧酸系減水劑性能受到黏土影響的問題。Adarashi等曾詳細(xì)研究了黏土對聚羧酸系減水劑和萘系減水劑吸附性能的影響，并解釋了為什么黏土對聚羧酸系減水劑性能影響更為明顯。黏土層間結(jié)構(gòu)能夠大量吸附聚羧酸系減水劑分子，而對萘系等其他減水劑分子吸附較少。這是造成聚羧酸系水劑對砂石含泥量敏感度較大的原因之一。

表7　摻量為0.15%的聚羧酸

圖2　不同聚羧酸減水劑摻量在不同含泥量下測得的減水率

4.2膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)

由上面的聚羧酸減水劑減水性能測試結(jié)果可以看出，當(dāng)摻量為0.05%時(shí)，砂子含泥量對其影響非常明顯，超過5%，聚羧酸減水劑的減水性能就消失了，因此將不做其強(qiáng)度試驗(yàn)，其他兩種摻量只做含泥量為0%、1%、2%、3%、5%的強(qiáng)度。

試驗(yàn)將按照GB/T2419-2005的試驗(yàn)方法，使摻外加劑的砂漿流動度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)流動度。試樣養(yǎng)護(hù)方法、強(qiáng)度的測定方法及測試儀器均按照GB/T17671-1999中規(guī)定的方法進(jìn)行。

4.2.1A類減水劑

具體的強(qiáng)度測試結(jié)果見表9和表10，由表9和表10可生成圖3。由圖3可以看出摻聚羧酸減水劑膠砂試件的抗折強(qiáng)度隨含泥量的增加而降低；此外，隨著聚羧酸摻量的增加，相同含泥量時(shí)，聚羧酸摻量高的抗折強(qiáng)度較大。由圖4可以看出摻量相同時(shí)，隨著含泥量的增加，抗壓強(qiáng)度降低。3天時(shí)，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度變化較大，且規(guī)律性不明顯；28天時(shí)，含泥量每增加1%，膠砂試件強(qiáng)度就減少6%左右。

表9　聚羧酸摻量為0.15%時(shí)不同含泥量膠砂試件強(qiáng)度測試結(jié)果

圖3　兩種聚羧酸減水劑摻量對應(yīng)不同含泥量膠砂抗折強(qiáng)度測試結(jié)果

4.2.2B類減水劑

具體的強(qiáng)度測試結(jié)果見表11和表12，由表11和表12可生成圖5和圖6。由圖5可以看出含泥量對摻聚羧酸減水劑的膠砂試件的抗折強(qiáng)度影響不是很大，隨著摻量的增加，含泥量相同時(shí)，聚羧酸摻量高的抗折強(qiáng)度較大。由圖6可以看出聚羧酸摻量相同時(shí)，隨著含泥量的增加，抗壓強(qiáng)度降低。和A類減水劑相比，強(qiáng)度隨含泥量變化的趨勢不是很規(guī)律。

4.2.3分析總結(jié)

由上面的分析可以看出砂子含泥量對摻聚羧酸減水劑的膠砂試件強(qiáng)度的影響非常明顯。這是因?yàn)轲ね翆埕人釡p水劑的吸附作用造成的，被吸附的那部分的聚羧酸減水劑就失去了其減水性能，從而使聚羧酸減水劑的減水性能減低，并且隨著含泥量的增加被吸附的減水劑也增多，從而使聚羧酸減水劑減水率，隨著含泥量的增加而降低。而為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)流動度，則用水量將增加，從而使水膠比降低，導(dǎo)致膠砂試件強(qiáng)度降低，并且隨著含泥量的增加，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)流動度所需要的用水量也增加，從而使膠砂試件強(qiáng)度隨著含泥量的增加而降低，但同一含泥量時(shí)，聚羧酸減水劑摻量大的被黏土吸附的聚羧酸系減水劑量少，從而使其水膠比較小，強(qiáng)度較高。和A類減水劑相比，B類減水劑強(qiáng)度變化趨勢與A類相同，但B類減水劑強(qiáng)度的變化趨勢的規(guī)律性較差。

表10　聚羧酸摻量為0.25%時(shí)不同含泥量膠砂試件強(qiáng)度測試結(jié)果

圖4　兩種聚羧酸減水劑摻量對應(yīng)不同含泥量的膠砂抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

表11　B類聚羧酸摻量為0.15%時(shí)不同含泥量膠砂試件強(qiáng)度測試結(jié)果

圖5　兩種B類聚羧酸減水劑摻量對應(yīng)不同含泥量膠砂抗折強(qiáng)度測試結(jié)果

5　含泥量對聚羧酸減水劑減水率和混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的影響

5.1混凝土配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，坍落度為80m m，砂為黃砂，細(xì)度模數(shù)3.0，粗骨料，選用碎石，粒徑范圍4.75-26.5，最大粒徑26.5，連續(xù)級配，石子為水洗過的潔凈石子，含泥量較少。其基準(zhǔn)配合比經(jīng)計(jì)算見表13。

表12　B類聚羧酸摻量為0.25%時(shí)不同含泥量膠砂試件強(qiáng)度測試結(jié)果

5.2含泥量對聚羧酸減水劑減水性能的影響

混凝土配合比以基準(zhǔn)為準(zhǔn)，減水劑選用性能較好的A類減水劑，分別以0.05%、0.15%和0.25%三種不同的摻量摻入，并做一組不摻外加劑的混凝土作為基準(zhǔn)對照?；炷猎嚰尚颓皽y他們達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)坍落度時(shí)的用水量，測試他們的減水率。試件成型后只測試他們在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下3天、14天混凝土抗壓強(qiáng)度，其結(jié)果見表14、表15、表16。

表13

圖6　兩種聚羧酸減水劑摻量對應(yīng)不同含泥量膠砂抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

由表14、表15、表16可以看出當(dāng)減水劑摻量一定時(shí)，隨著含泥量的增加減水率逐漸降低。當(dāng)摻量為0.15%，含泥量每增加1%，聚羧酸減水率就下降7%左右。由圖7可以看出當(dāng)含泥量相同時(shí)，減水率隨減水劑摻量的增加而增加，因此可以通過增加摻量來減少含泥量對聚羧酸減水性能的影響。此外，由圖7還可以看出當(dāng)摻量為0.15%、0.25%時(shí)，含泥量為5%之前，聚羧酸減水劑減水率隨含泥量的增加，降低較緩慢，之后降低較大。

5.3含泥量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表14、表15、表16可生成圖8、圖9。由圖8可以看出摻聚羧酸減水劑的混凝土的抗壓強(qiáng)度隨含泥量的增加而降低。含泥量為1%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低得不是很明顯，之后降低得較快。由圖9可以看出摻聚羧酸減水劑的混凝土的抗壓強(qiáng)度隨含泥量的增加而降低；混凝土的3天抗壓強(qiáng)度隨含泥量的增加而降低，含泥量為1%時(shí)，強(qiáng)度降低得不是很明顯，之后降低得較快；含泥量在3%以下時(shí)對混凝土14天強(qiáng)度沒有太大影響。當(dāng)含泥量在3%以上時(shí)，在此基礎(chǔ)上，含泥量每增加2%，混凝土的14天強(qiáng)度就降低5%左右。

表14　聚羧酸摻量為0.05對應(yīng)不同含泥量所測得的減水率和抗壓強(qiáng)度結(jié)果

表16　聚羧酸摻量為0.25對應(yīng)不同含泥量所測得的減水率和抗壓強(qiáng)度結(jié)果

圖8　不同聚羧酸減水劑摻量對應(yīng)不同含泥量混凝土3天抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

6　結(jié)論

本文通過砂漿流動度、膠砂強(qiáng)度和混凝土坍落度、混凝土抗壓強(qiáng)度等性能試驗(yàn)，研究了聚羧酸系高效減水劑與砂石含泥量之間的關(guān)系，并分析解釋了造成聚羧酸減水劑減水率降低的原因。得出以下主要結(jié)論：

⑴摻聚羧酸減水劑，保水性好，離析泌水不明顯，具有一定的引氣效果；

⑵隨含泥量的增加，混凝土坍落度和砂漿流動度降低；

表15　聚羧酸摻量為0.15對應(yīng)不同含泥量所測得的減水率和抗壓強(qiáng)度結(jié)果

圖7　不同聚羧酸減水劑摻量在不同含泥量下測得的混凝土減水率

圖9　不同聚羧酸減水劑摻量對應(yīng)不同含泥量混凝土14天抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

⑶當(dāng)減水劑摻量相同時(shí)，聚羧酸減水劑減水率隨含泥量的增加而降低；

⑷聚羧酸減水劑摻量相同時(shí)，隨含泥量的增加，膠砂試件的抗折強(qiáng)度逐漸降低；

⑸聚羧酸摻量相同時(shí)，隨著含泥量的增加，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。3天時(shí)，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度波動較大；28天時(shí)，砂子含泥量在3%以下時(shí),含泥量每增加1%，膠砂試件強(qiáng)度就減少6%左右，當(dāng)砂子含泥量在3%以上時(shí)，在此基礎(chǔ)上，砂子含泥量每增加2%，混凝土的強(qiáng)度就降低11%左右；

⑹混凝土的3天抗壓強(qiáng)度隨含泥量的增加而降低，含泥量為1%時(shí)，強(qiáng)度降低的不是很明顯，當(dāng)含泥量在1%以上時(shí)，降低得較快；

⑺含泥量在3%以下時(shí)對摻聚羧酸減水劑的混凝土14天強(qiáng)度沒有太大的影響。當(dāng)含泥量在3%以上時(shí)，在此基礎(chǔ)上，含泥量每增加2%，混凝土的強(qiáng)度就降低5%左右?！?/p>

[1]楊永民，林永權(quán)，王勝永.萘系減水劑和聚羧酸系減水劑過摻對水泥漿性能的影響［C］.混凝土第九屆全國水泥和混凝土化學(xué)及應(yīng)用技術(shù)年會，2005.

[2]王春發(fā).砂石含泥量對混凝土強(qiáng)度的影響［J］.混凝土及建筑構(gòu)件，1981(1)：39.

[3]劉國棟，關(guān)志梅，魏春濤.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］.混凝土，2008，4.

[4]肖雪清.聚羧酸系減水劑對水泥分散性及水化過程的影響［D］.福建師范大學(xué),2005.

[5]劉俊元,蘇波,梅名虎,汪寶富,楊國武,徐盛玉,向大尉.聚羧酸系高性能減水劑在高性能混凝土中應(yīng)用的幾個(gè)關(guān)鍵問題研究［J］.混凝土，2008，9.

[6]周明臣，陳愛芝，張明春，向雨超.聚羧酸系高性能減水劑主要性能試驗(yàn)及應(yīng)用工程，田港同聚科技有限公司,2008.

[7]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T2419-2005，水泥膠砂流動度檢測方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[8]熊大玉,王小虹.聚羧酸系高性能減水劑應(yīng)用中的幾個(gè)問題,京冶建特種材料有限公司2007.