含泥量對(duì)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）

含泥量對(duì)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(duì)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(duì)混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量對(duì)混凝土的影響是很大的，從混凝土工作性能來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，當(dāng)砂子含泥量超過(guò)3%就會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響。目前還沒(méi)有一種有效的辦法來(lái)解決此問(wèn)題，只能通過(guò)提高聚羧酸減水劑的摻量來(lái)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(guó)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(duì)混凝土原材料質(zhì)量控制沒(méi)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(guò)程中將測(cè)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(mén)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(duì)其進(jìn)行了篩分析試驗(yàn)，測(cè)定其細(xì)度模數(shù)。測(cè)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(guò)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(jí)配（如表2）：

表2　石子級(jí)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(dòng)度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)度。試樣養(yǎng)護(hù)方法、強(qiáng)度的測(cè)定方法及測(cè)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(cè)定外加劑對(duì)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(cè)定方法及測(cè)試儀器均按照GB/T 50081-2002中規(guī)定的方法進(jìn)行。分別測(cè)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(duì)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(duì)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(rùn)，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(jí)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(duì)照試驗(yàn)，不摻減水劑，砂為潔凈的，不含泥，水膠比為1:2測(cè)得的流動(dòng)度為226m m。具體的A類減水劑減水率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)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(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)減水劑減水率影響不是很明顯，當(dāng)超過(guò)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。可見(jiàn)砂子的含泥量對(duì)聚羧酸減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(cè)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(cè)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(cè)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(guò)增加聚羧酸的摻量來(lái)減少砂子含泥量對(duì)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(cè)得的減水率

表6　摻量為0.05%的聚羧酸在不同含泥量下測(cè)得的減水率

表8　摻量為0.25%的聚羧酸在不同含泥量下測(cè)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(guò)程中發(fā)現(xiàn)B類減水劑的減水率對(duì)用水量非常的敏感，例如：在試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻水量減少1g時(shí)，流動(dòng)度竟下降了50m m左右。具體的B類減水劑減水率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)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(duì)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(guò)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(duì)其影響也非常大，不過(guò)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(guò)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(duì)聚羧酸減水劑減水率影響不是很明顯，當(dāng)超過(guò)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(guò)增加聚羧酸的摻量來(lái)減少砂子含泥量對(duì)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(duì)A類、B類減水劑減水率的影響非常明顯。這是因?yàn)轲ね翆?duì)聚羧酸系減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(duì)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(wèn)題。Adarashi等曾詳細(xì)研究了黏土對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)摻量為0.05%時(shí)，砂子含泥量對(duì)其影響非常明顯，超過(guò)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(dòng)度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)度。試樣養(yǎng)護(hù)方法、強(qiáng)度的測(cè)定方法及測(cè)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(cè)試結(jié)果見(jiàn)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(cè)試結(jié)果

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

4.2.2B類減水劑

具體的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)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(duì)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(shì)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(duì)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?duì)聚羧酸減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(dòng)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(dòng)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(shì)與A類相同，但B類減水劑強(qiáng)度的變化趨勢(shì)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(cè)試結(jié)果

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

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

5　含泥量對(duì)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(jí)配，石子為水洗過(guò)的潔凈石子，含泥量較少。其基準(zhǔn)配合比經(jīng)計(jì)算見(jiàn)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(cè)試結(jié)果

5.2含泥量對(duì)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(duì)照?；炷猎嚰尚颓皽y(cè)他們達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)坍落度時(shí)的用水量，測(cè)試他們的減水率。試件成型后只測(cè)試他們?cè)跇?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(jiàn)表14、表15、表16。

表13

圖6　兩種聚羧酸減水劑摻量對(duì)應(yīng)不同含泥量膠砂抗壓強(qiáng)度測(cè)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(guò)增加摻量來(lái)減少含泥量對(duì)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(duì)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(duì)混凝土14天強(qiáng)度沒(méi)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(duì)應(yīng)不同含泥量所測(cè)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(duì)應(yīng)不同含泥量所測(cè)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(duì)應(yīng)不同含泥量混凝土3天抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

6　結(jié)論

本文通過(guò)砂漿流動(dòng)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(dòng)度降低；

表15　聚羧酸摻量為0.15對(duì)應(yīng)不同含泥量所測(cè)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(cè)得的混凝土減水率

圖9　不同聚羧酸減水劑摻量對(duì)應(yīng)不同含泥量混凝土14天抗壓強(qiáng)度測(cè)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(dòng)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(duì)摻聚羧酸減水劑的混凝土14天強(qiáng)度沒(méi)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>

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