骨料中含泥量对聚羧酸系外加剂工作性能影响的研究

张丽超

（中铁十三局第六工程公司，长春130000）

0 引言

混凝土外加剂可以根据实际需要改变混凝土自身的工作性能，近些年被大量运用于实际工程之中，它已经成为混凝土组成中比较重要的部分。例如聚羧酸系减水剂，依靠自身的亲水性和增水性双重作用，同等流动状态减少用水量，同样强度减少水泥用量，并能够提高混凝土的和易性和施工性，提高混凝土强度和密实度。文献［1］中研究表明，细骨料所携带的污泥对于聚羧酸系减水剂的吸附能力要好于水泥［1］，这样就改变了混凝土的原有力学性能。为了保持混凝土原有的性能，实际操作往往是加大减水剂的剂量，以获得更好的效果。这样就形成了含泥量的多少，严重影响了减水剂的添加量。有研究发现泥土中的有些成分，如高岭土对聚羧酸系减水剂的吸附量是水泥的数倍，而膨润土的吸附量是水泥的数十倍［1］。聚羧酸减水剂对于混凝土砂子中的含泥量十分敏感，同时砂子的含泥量对于混凝土的强度也是有影响的，坍落度的损失就是它引起的。当含量超过3%时，强度也会受到影响［2］。

查阅大量的相关学术文献，国外对于聚羧酸外加剂的合成以及聚羧酸本身对适应性的影响等相关领域多有研究，而国内相关学者多集中于聚羧酸外加剂对水泥性能的研究。只有少量的文章涉及到聚羧酸外加剂与细骨料含泥量之间的相容性的研究。针对相关的现状，采用如下实验来研究含泥量与聚羧酸外加剂之间的相容性，通过混凝土的工作性和强度变化来反应他们之间的关系。

1 含泥量对混凝土工作性能的影响

1.1 试验原材

水泥：混凝土外加剂检测专用基准水泥；砂子：辽河，细度模数2.7中砂（去除0.075mm以下杂物）；石子：哈福5～20mm（去除0.075mm以下杂物）；水：自来水；土：取样九台市通过0.075mm土壤筛的土；减水剂：山西凯迪建材有限公司的KDSP－1聚羧酸盐高性能减水剂。

1.2 水泥净浆试验确定饱和掺量点

经过多年从事外加剂试验所积累的经验，笔者认为如要确定聚羧酸外加剂与骨料中含泥量的影响关系，必须首先确定外加剂与水泥之间的相容性，从而更明显地表达出聚羧酸型外加剂的性能以及排除针对水泥的影响因素。水泥净浆试验均采用GB／T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》。

1.2.1 试验仪器

试验用主要仪器有：水泥净浆搅拌机、截锥圆模、玻璃板、秒表、刮刀、钢直尺、天平等。

1.2.2 试验数据分析

当确定为基准水泥时，对基准水泥分别加入不同掺量的外加剂，进行加水搅拌30s后针对水泥净浆流动度检测。绘制以掺量为横坐标，流动度加水搅拌30s后为纵坐标的曲线。根据GB 8076—2008《混凝土外加剂》试验方法确定外加剂饱和掺和点。试验结果见表1与图1。

表1 饱和掺量点试验

图1 饱和掺量点

通过实验得出相关现象：净浆流动度随混凝土外加剂掺量增加而增大，当掺量到1.0%时，再增加掺量时流动度基本不再增加，反而减少，此掺量为该混凝土外加剂的饱和掺量点。

1.3 土的流动度试验

骨料中土的物理性质对于外加剂与水泥吸附存在抑制作用，并且土的种类影响着对外加剂与水泥吸附能力的强弱，笔者认为，通过土的液塑限指标来确定土的分类，根据GB／T 50145—2007《土的工程分类标准》来确定土质名称，从而可根据天然状态下土的含水率来确定土处于什么样的状态，所以首先通过研究土的性质从而能推断出下面的外加剂与土的掺量以及影响关系。针对骨料中选取通过0.075mm的方孔筛以下的细粒土做土的试验（砂子：辽河，细度模数2.7中砂；石子：哈福5～20mm）。本次试验所选取的是粒径不大于0.5mm的土，故可以采用液、塑限联合测定方法。

1.3.1 试验仪器

带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、联合开关和试样杯。圆锥质量为76g，角度为30°；读数显示采用光电式；试样杯内径为40mm，高度为30mm。

1.3.2 试验步骤

（1）选取天然含水率0.075mm及以下的细粒土250g，用纯水调成石膏状保持状态静置超过12h。

（2）将样品填满试样杯置于升降座上，调节零点使圆锥尖接触试样表面，按下开关，圆锥靠自身重力沉入试样内，5s后读取数字满足指定要求后，取10g放入称量盒，测定出含水率。

（3）将全部试样吹干，根据以上步骤，分别测定第二点、第三点试样的沉入深度及含水率。

（4）根据试验数据（表2），做出双对数曲线（图2），依据 GB／T 50123—1999《土工试验方法标准》进行数据分析计算。

表2 土的液塑限试验

通过试验，确定土的类型为细粒土的黏土种类，这种类型土的稠度比较大，掺入水后流动度小。由此可推测出，土的类型中粒径越小，它的黏稠度就越高，掺入水后的流动度可能也会随之变小。根据这一现象，再掺入外加剂来观察它的流动性，从而确定土的掺量。这样可以很直观地发现土的种类及粒径与外加剂之间的关系。

图2 土的液塑限试验

1.3.3 确定土的掺量

根据水泥用量确定土和外加剂用量（采用外掺法），试验仪器及试验步骤参考1.2来确定。

表3 净浆流动度试验

图3 土对外加剂流动度影响

实验中观察到：随着外加剂掺量和土的掺量逐渐增加，水泥净浆流动度逐渐增大，当外加剂掺量为1.4%，土的掺量为2%时，它所对应的流动度为310mm。继续增大外加剂和土的掺量时，流动度逐渐不变，反而减小。

2 对于混凝土强度的影响

2.1 试验用数据及材料

水灰比：W／C＝0.4；砂用量：采用Ⅱ区要求的中砂，细度模数为2.7，水洗干净含泥量控制在0.1%；石子：采用公称粒径为5～20mm的碎石，采用二级配，其中5～10mm占40%，10～20mm占60%，满足连续级配要求，针片状物质含量2%，孔隙率为35%，含泥量控制在0.1%；用水量：按照坍落度控制在（210±10）mm时的最小用水量；掺合料：经过105℃烘箱烘干土样，通过0.075mm筛，余下的土样作为混凝土的掺合料。

施工中采用掺用KDSP－1聚羧酸盐高性能减水剂，掺量为水泥用量的1.4%，减水率高达35%，但考虑混凝土的和易性较差，且施工中容易结团，故在试配中不考虑其减水效果，在拌和过程中观察其坍落度及施工性能

2.2 施工工艺及步骤

（1）据每次搅拌混凝土的方量，按照配合比要求，准确计量每次加入重量。

（2）砂石料备好后采用60L强制式搅拌机。将集料加入搅拌机，干拌30s左右，加入水后，湿拌30s左右。

（3）搅拌完成后随机取样，装入150mm×150mm×150mm试模养护1d、3d、7d、28d测取强度值。不同混凝土龄期抗压强度按照GBT 50081—2002《普通混凝土力学性能试验》进行测试。

测试结果如表4～5及图4。

表4 混凝土配合比试验

表5 混凝土抗压强度试验

图4 基准砼抗压强度

统计以上数据，分析得出：当骨料中的含泥量大约在2%左右，减水剂在1.4%时，其混凝土的工作性达到最大，如若继续增大掺量，则会导致混凝土的严重泌水现象。当骨料中含泥量不大于3%时，对混凝土强度影响不大，混凝土的工作性能随含泥量增大而改变。当骨料中含泥量大于3%时，骨料中含泥量每增大0.5%，强度降低大约1%。

3 结语

综合上述各个实验数据以及观察到的实验现象得出：

（1）土的类型影响到了它与外加剂的吸附能力，其中土的黏稠度是其因素之一。

（2）当外加剂掺量为1.4%，土的掺量为2%时，继续增大外加剂和土的掺量时，流动度不变，反而减小。

（3）当骨料中含泥量在3%以下时，对混凝土的强度没有太大影响，但混凝土坍落度随含泥量的增加而降低；当骨料的含泥量在大于3%时，骨料中的含泥量每增大0.5%，强度降低大约1%。

（4）总之掺加外加剂的混凝土中如若骨料中含泥量过多会严重影响混凝土强度，这样大大降低了混凝土的使用性能。如果想改善含泥量过多带来的不利影响，建议可以掺加一些抑制骨料含泥量的掺合料对聚羧酸高性能减水剂混凝土的影响，提高砼的强度。

［1］于涛，张亮，周钰沦，等.聚羧酸外加剂与砂含泥量的适应性研究［J］.混凝土，2012（3）：98－100.

［2］刘国栋，关志梅，魏春涛，等.砂子含泥量对掺用聚羧酸高效减水剂混凝土性能的影响及有效对策［J］.商品混凝土，2008（3）：15－24.

［3］吴昊.粘土对聚羧酸系减水剂性能的影响机制及控制措施［D］.北京：北京工业大学，2012.

［4］许国林，黎韬，林鹏.砂中含泥量对聚羧酸盐减水剂性能影响的研究［J］.广东建材，2010（4）：13－15.

［5］金凤龙，刘鑫，姜艳.一种有效解决骨料中含泥量较高的外加剂［A］.中国建筑学会混凝土外加剂应用技术专业委员会。混凝土外加剂生产技术和应用新进展学术交流会议论文集［C］.北京：北京理工大学出版社，2012.

［6］马保国，严敏，谭洪波，等.含泥量对减水剂性能的影响规律［C］.中国硅酸盐学会水泥分会第三届学术年会暨第十二届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议，北京，2012.