砂粘土含量對(duì)混凝土性能的影響

姚杰 周展

摘要：研究了粘土對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果表明：混凝土外摻少量入磨細(xì)粘土，對(duì)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小，而摻量較大時(shí)將明顯降低混凝土的坍落度及提高混凝土收縮，同時(shí)提出了解決砂中含泥量較高的辦法。

關(guān)鍵詞：粘土；砂；混凝土

在混凝土的組成材料中，集料對(duì)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)：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(duì)于此上兩點(diǎn)均有較大影響，砂中泥含量主要成分為粘土，本文在洗凈的干砂中外摻入磨細(xì)的粘土，研究其對(duì)混凝土性能的影響，并對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了闡述。

1原材料

1.1粘土105℃烘干并磨細(xì)至200目篩篩余小于5%，其化學(xué)成分如表1。

表1粘土化學(xué)成分分析（%）

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MaO Loss

粘土 63.86 13.25 5.96 2.85 1.57 7.72

1.2水泥，葡城P·O42.5水泥，比表面積為360m2/kg，28d抗壓強(qiáng)度49.7MPa。

1.3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。

1.4粗集料，碎石，規(guī)格5mm-25mm。

1.5水，使用自來水。

1.6粉煤灰，使用華能Ⅱ級(jí)灰，45μm方孔篩篩余量18%，需水量比97%，28天活性指數(shù)74%。

1.7礦粉，為方正礦粉，比表面積為478m2/kg，需水量比98%。

1.8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%。

2試驗(yàn)方法

混凝土測(cè)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(cè)定儀，測(cè)試混凝土早期收縮性能，測(cè)試環(huán)境溫度（20±2）℃、濕度（60±5）%，測(cè)量標(biāo)距435mm。

表2C30混凝土配合比及坍落度

編號(hào) 混凝土配合比/ kg 坍落度/ mm

C S FA 砂 石 減水劑 水 含泥量

A1 170 90 70 775（未洗） 1070 5.94 165 2.3% 190

A2 170 90 70 775（凈砂） 1070 5.94 165 0.0% 220

A3 170 90 70 674（未洗）+101（凈砂） 1070 5.94 165 2.0% 200

A4 170 90 70 762（凈砂）+13（粘土） 1070 5.94 165 4.0% 190

A5 170 90 70 746（凈砂）+29（粘土） 1070 5.94 165 6.0% 170

A6 170 90 70 730（凈砂）+45（粘土） 1070 5.94 165 8.0% 130

A7 170 90 70 714（凈砂）+61（粘土） 1070 5.94 165 10.0% 55

注：C代表水泥，S代表礦粉，F(xiàn)A代表粉煤灰

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1粘土含量對(duì)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(duì)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。

粘土顆粒對(duì)減水劑有較強(qiáng)的吸附性能，同時(shí)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；水泥顆粒形貌粗糙，也增大了與其他顆粒的摩擦力，因此增加了流動(dòng)的難度。

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(duì)于減水劑和水也表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸附性能，因此粘土對(duì)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(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可知，粘土對(duì)混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度影響較少，在早期甚至可以提高混凝土強(qiáng)度。泥在集料中存在三種形式：包裹型、團(tuán)塊型、松散型，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)存在與集料中，對(duì)于混凝土的工作性及混凝土強(qiáng)度都有較大影響；而本實(shí)驗(yàn)中粘土是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，可以細(xì)化混凝土孔結(jié)構(gòu)。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。當(dāng)粘土摻量較多時(shí)，由于過多的泥土顆粒會(huì)以松散的顆粒集合體出現(xiàn)，在C-S-H凝膠體中形成軟弱的“空域”，使凝膠體密實(shí)度降低，妨礙水泥的水化，降低混凝土的強(qiáng)度。

圖1粘土含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

3.3粘土對(duì)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75h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24h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，而粘土含量的2%和未摻粘土的混凝土收縮量相差不大，24h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(duì)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。

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，這或許混凝土膠凝材料中較多的礦物摻合料有關(guān)。

圖2粘土含量對(duì)混凝土早期收縮性能的影響

4解決混凝土中砂含泥量較高的辦法

商品混凝土企業(yè)所用砂泥含量一般均在2%左右，通過本文研究可知，松散型粘土對(duì)混凝土各種性能影響較小，而對(duì)混凝土影響較大的主要是較大的泥團(tuán)，因此在生產(chǎn)中可以人為的除去泥團(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(duì)砂含泥量較為敏感的聚羧酸減水劑；第三就是將砂進(jìn)行水洗；第四提高外加劑摻量不失為一個(gè)辦法，但同時(shí)會(huì)給混凝土帶來更大的收縮。

目前針對(duì)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(yáng)離子單體或通過聚羧酸和二丙稀二甲基氯化胺共聚物鹽的復(fù)配有效解決了骨料中泥的吸附問題，以及有研究人員利用選擇性吸附原理已研制出的Z劑、含泥量抑制劑（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（成分包括烯基胺醚、丙烯酸酯、烯基磺酸鹽、EA、乙烯基酯）來減少對(duì)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(yǔ)

5.1混凝土外摻0~4%粘土對(duì)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。

5.2混凝土中外摻粘土對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小。

5.3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。

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作者簡(jiǎn)介：姚杰（1987- ），男，江蘇寶應(yīng)人，南京工業(yè)大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，研究方向：混凝土生產(chǎn)。