含泥量对聚羧酸减水剂性能的影响研究

蔡心映

（深圳市港龙混凝土有限公司）

含泥量对聚羧酸减水剂性能的影响研究

蔡心映

（深圳市港龙混凝土有限公司）

本文研究了砂子中不同的含泥量对掺聚羧酸减水剂的胶砂性能和混凝土性能的影响。由试验可知，聚羧酸减水剂对混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量对混凝土的影响是很大的，从混凝土工作性能来说，它影响了混凝土的坍落度及坍落度损失，从混凝土的力学性能来说，当砂子含泥量超过3%就会对混凝土强度有影响。目前还没有一种有效的办法来解决此问题，只能通过提高聚羧酸减水剂的掺量来解决，但提高了聚羧酸减水剂的掺量同时也提高了每方混凝土的成本。

含泥量；聚羧酸减水剂；减水率；混凝土；砂浆

1　研究背景

作为混凝土重要组成部分的细骨料占混凝土体积的30%左右，其各项性能的好坏直接影响到混凝土的早期工作性能及硬化后的力学性能等。我国聚羧酸减水剂的研究始于20世纪90年代中后期，其工业化生产及应用始于2l世纪初期，其推广应用进程目前正以人们始料不及的速度迅猛发展。目前一些铁路客运专线、南水北调、港口码头、水电大坝、市政工程等许多重点工程中得到广泛使用。民建工程中对混凝土原材料质量控制没有大型工程及重点工程中严格，聚羧酸减水剂与骨料的含泥量的适应性好坏直接影响到聚羧酸减水剂的推广。

2　试验原材料

本文所涉及的原材料包括水泥、砂子、石子、聚羧酸减水剂、黄泥。试验过程中将测试聚羧酸减水剂的减水率和砂浆试块的3天和28天的抗折、抗压强度，混凝土试块的3天和14天的抗压强度。

2.1聚羧酸减水剂

本文使用两种聚羧酸减水剂，一种为广东江门强力建材科技有限公司生产，固含量为20%，酒红色液体（下文称A类减水剂）；另一种为深圳市五山建材实业有限公司生产，固含量为15%，浅黄色液体（下文称B类减水剂）。

2.2试验用砂

本文所用的砂为非标准砂，因此对其进行了筛分析试验，测定其细度模数。测试的结果如表1。

根据公式计算细度模数μ=3.0。

表1　非标准砂筛分试验结果

2.3试验用石子

石子为水洗过的洁净的并符合以下要求：

①压碎指标：≤8.5%；②含泥量：<0.5%；③泥块含量：0%；④针片状含量：<5%；⑤软弱颗粒：≤2.0%；⑥级配（如表2）：

表2　石子级配范围

2.4黄泥

取自于广东省深圳市梧桐山上。

2.5水泥

水泥为惠州光大水泥有限公司凯城牌P·O 42.5R，水泥比表面积为367m2/Kg。

3　试验方法

3.1水泥胶砂性能试验

⑴胶砂强度性能试验：试验按照GB/T2419-2005的试验方法，使掺外加剂的砂浆流动度均达到标准流动度。试样养护方法、强度的测定方法及测试仪器均按照GB/T17671-1999中规定的方法进行。

⑵砂浆减水率试验：本方法适用于测定外加剂对水泥的分散效果，以水泥砂浆减水率表示其工作性能。具体试验方法参照GB/T2419-2005。砂浆减水率(%)按式(1)计算。

式中：

P1——标准用水量；

P2——掺减水剂的用水量。

3.2混凝土性能试验

⑴混凝土强度性能试验：试验按照J GJ 56-1984的试验方法，使掺外加剂的混凝土坍落度均达到标准坍落度。试样养护方法、强度的测定方法及测试仪器均按照GB/T 50081-2002中规定的方法进行。分别测定3、14d的抗压强度。

⑵混凝土减水率：具体试验方法参照J GJ 56-1984，减水率按式(1)计算：

式中：

P1——基准混凝土单位用水量(kg/m3)；

P2——掺减水剂的混凝土单位用水量(kg/m3)

4　砂子含泥量对聚羧酸减水剂减水率和胶砂试件强度的影响

本试验中对砂子的含泥量设计时，3%之前按1%递增，之后将按2%递增，共六个含泥量。试验中全部使用水洗砂，然后再用人工方法把砂子的含泥量调整到试验需要的含泥量。为了让试验更有代表性，先把砂子和泥均匀地混合好后，再在它们表面洒一些水，使他们能充分地湿润，这样泥就能更好地粘在砂子表面，然后再自然晒干进行试验。

4.1砂浆减水性能试验

本部分选择两个厂家生产的不同减水剂，然后分别选择0.05%、0.15%、0.25%三种掺量。砂子选用已做好级配的并人工配制6种含泥量，进行砂浆减水率试验。

4.1.1A类减水剂

本部分所有的胶砂性能试验，采用0.36的胶砂比，其中砂为非标准砂，且为中砂，砂的质量为1250g，水泥质量为450g，在减水剂减水率试验前先做了标准对照试验，不掺减水剂，砂为洁净的，不含泥，水胶比为1:2测得的流动度为226m m。具体的A类减水剂减水率测试结果见表3、表4、表5，结果示意图如图1所示。

由表3、表4、表5中A类减水剂减水率的结果可以看出：当减水剂掺量为0.05%时，砂中的含泥量对其影响很大，当含泥量为1%时，减水率就下降了8.66%，当含泥量超过5%时，减水剂的减水性就消失了；当减水剂掺量为0.15%时，含泥量对其影响也非常大，含泥量为1%时，减水率下降了8.11%，之后下降较平缓，不过当含泥量达到5%时，减水率突然下降了10%左右；当掺量为0.25%时，含泥量为1%时，对减水剂减水率影响不是很明显，当超过1%时，减水率下降就非常明显，并且当含泥量为5%时，下降得尤为明显，几乎是前面下降的总和。可见砂子的含泥量对聚羧酸减水剂的减水率影响很大。

表3　掺量为0.05%的A类减水剂在不同含泥量下测得的减水率

表4　掺量为0.15%的A类减水剂在不同含泥量下测得的减水率

表5　掺量为0.25%的A类减水剂在不同含泥量下测得的减水率

由图1可以看出，A类减水剂的减水率，随着含泥量的增加而降低。相同含泥量时，聚羧酸减水剂减水率，随着减水剂掺量的增加而增加，因此，可以通过增加聚羧酸的掺量来减少砂子含泥量对减水剂减水率的影响。4.1.2 B类减水剂

图1　三种聚羧酸减水剂掺量在不同含泥量下测得的减水率

表6　掺量为0.05%的聚羧酸在不同含泥量下测得的减水率

表8　掺量为0.25%的聚羧酸在不同含泥量下测得的减水率

本部分所有的胶砂试验，与A类减水剂方法相同。在试验过程中发现B类减水剂的减水率对用水量非常的敏感，例如：在试验过程发现当掺水量减少1g时，流动度竟下降了50m m左右。具体的B类减水剂减水率测试结果见表6、表7、表8，结果示意图如图2所示。

由表6、表7、表8中B类减水剂减水率的结果可以看出：当减水剂掺量为0.05%时，砂中的含泥量对其影响很大，当含泥量为1%时，减水率就下降了5.56%，当含泥量超过5%时，减水剂的减水性就消失了；当掺量为0.15%时，含泥量对其影响也非常大，不过含泥量为1%时，减水率下降较少，仅下降了0.89%，之后下降较明显，含泥量为2%时下降了10%；当含泥量超过5%时，减水剂的减水性能就消失了；当掺量为0.25%时，含泥量小于3%时，对聚羧酸减水剂减水率影响不是很明显，当超过3%时，减水率下降就非常明显，并且当含泥量为5%时，下降得尤为明显，几乎是前面下降的总和。

由图2可以看出，B类减水剂的减水率，随着含泥量的增加而降低。相同含泥量时，聚羧酸减水剂减水率，随着减水剂掺量的增加而增加，因此，可以通过增加聚羧酸的掺量来减少砂子含泥量对减水剂减水率的影响。4.1.3分析总结

由上面试验结果可知，砂子含泥量对A类、B类减水剂减水率的影响非常明显。这是因为黏土对聚羧酸系减水剂的吸附作用造成的。相同掺量时，随着含泥量的增加，聚羧酸减水剂的减水率降低。原材料砂子中黏土含量对聚羧酸系减水剂的性能影响已经为大家所公认。日本早就发现了聚羧酸系减水剂性能受到黏土影响的问题。Adarashi等曾详细研究了黏土对聚羧酸系减水剂和萘系减水剂吸附性能的影响，并解释了为什么黏土对聚羧酸系减水剂性能影响更为明显。黏土层间结构能够大量吸附聚羧酸系减水剂分子，而对萘系等其他减水剂分子吸附较少。这是造成聚羧酸系水剂对砂石含泥量敏感度较大的原因之一。

表7　掺量为0.15%的聚羧酸

图2　不同聚羧酸减水剂掺量在不同含泥量下测得的减水率

4.2胶砂强度试验

由上面的聚羧酸减水剂减水性能测试结果可以看出，当掺量为0.05%时，砂子含泥量对其影响非常明显，超过5%，聚羧酸减水剂的减水性能就消失了，因此将不做其强度试验，其他两种掺量只做含泥量为0%、1%、2%、3%、5%的强度。

试验将按照GB/T2419-2005的试验方法，使掺外加剂的砂浆流动度均达到标准流动度。试样养护方法、强度的测定方法及测试仪器均按照GB/T17671-1999中规定的方法进行。

4.2.1A类减水剂

具体的强度测试结果见表9和表10，由表9和表10可生成图3。由图3可以看出掺聚羧酸减水剂胶砂试件的抗折强度随含泥量的增加而降低；此外，随着聚羧酸掺量的增加，相同含泥量时，聚羧酸掺量高的抗折强度较大。由图4可以看出掺量相同时，随着含泥量的增加，抗压强度降低。3天时，胶砂试件的抗压强度变化较大，且规律性不明显；28天时，含泥量每增加1%，胶砂试件强度就减少6%左右。

表9　聚羧酸掺量为0.15%时不同含泥量胶砂试件强度测试结果

图3　两种聚羧酸减水剂掺量对应不同含泥量胶砂抗折强度测试结果

4.2.2B类减水剂

具体的强度测试结果见表11和表12，由表11和表12可生成图5和图6。由图5可以看出含泥量对掺聚羧酸减水剂的胶砂试件的抗折强度影响不是很大，随着掺量的增加，含泥量相同时，聚羧酸掺量高的抗折强度较大。由图6可以看出聚羧酸掺量相同时，随着含泥量的增加，抗压强度降低。和A类减水剂相比，强度随含泥量变化的趋势不是很规律。

4.2.3分析总结

由上面的分析可以看出砂子含泥量对掺聚羧酸减水剂的胶砂试件强度的影响非常明显。这是因为黏土对聚羧酸减水剂的吸附作用造成的，被吸附的那部分的聚羧酸减水剂就失去了其减水性能，从而使聚羧酸减水剂的减水性能减低，并且随着含泥量的增加被吸附的减水剂也增多，从而使聚羧酸减水剂减水率，随着含泥量的增加而降低。而为了达到标准流动度，则用水量将增加，从而使水胶比降低，导致胶砂试件强度降低，并且随着含泥量的增加，达到标准流动度所需要的用水量也增加，从而使胶砂试件强度随着含泥量的增加而降低，但同一含泥量时，聚羧酸减水剂掺量大的被黏土吸附的聚羧酸系减水剂量少，从而使其水胶比较小，强度较高。和A类减水剂相比，B类减水剂强度变化趋势与A类相同，但B类减水剂强度的变化趋势的规律性较差。

表10　聚羧酸掺量为0.25%时不同含泥量胶砂试件强度测试结果

图4　两种聚羧酸减水剂掺量对应不同含泥量的胶砂抗压强度测试结果

表11　B类聚羧酸掺量为0.15%时不同含泥量胶砂试件强度测试结果

图5　两种B类聚羧酸减水剂掺量对应不同含泥量胶砂抗折强度测试结果

5　含泥量对聚羧酸减水剂减水率和混凝土试块抗压强度的影响

5.1混凝土配合比设计

本试验混凝土的设计强度为C40，坍落度为80m m，砂为黄砂，细度模数3.0，粗骨料，选用碎石，粒径范围4.75-26.5，最大粒径26.5，连续级配，石子为水洗过的洁净石子，含泥量较少。其基准配合比经计算见表13。

表12　B类聚羧酸掺量为0.25%时不同含泥量胶砂试件强度测试结果

5.2含泥量对聚羧酸减水剂减水性能的影响

混凝土配合比以基准为准，减水剂选用性能较好的A类减水剂，分别以0.05%、0.15%和0.25%三种不同的掺量掺入，并做一组不掺外加剂的混凝土作为基准对照。混凝土试件成型前测他们达到标准坍落度时的用水量，测试他们的减水率。试件成型后只测试他们在标准养护下3天、14天混凝土抗压强度，其结果见表14、表15、表16。

表13

图6　两种聚羧酸减水剂掺量对应不同含泥量胶砂抗压强度测试结果

由表14、表15、表16可以看出当减水剂掺量一定时，随着含泥量的增加减水率逐渐降低。当掺量为0.15%，含泥量每增加1%，聚羧酸减水率就下降7%左右。由图7可以看出当含泥量相同时，减水率随减水剂掺量的增加而增加，因此可以通过增加掺量来减少含泥量对聚羧酸减水性能的影响。此外，由图7还可以看出当掺量为0.15%、0.25%时，含泥量为5%之前，聚羧酸减水剂减水率随含泥量的增加，降低较缓慢，之后降低较大。

5.3含泥量对混凝土抗压强度的影响

由表14、表15、表16可生成图8、图9。由图8可以看出掺聚羧酸减水剂的混凝土的抗压强度随含泥量的增加而降低。含泥量为1%时，混凝土的抗压强度降低得不是很明显，之后降低得较快。由图9可以看出掺聚羧酸减水剂的混凝土的抗压强度随含泥量的增加而降低；混凝土的3天抗压强度随含泥量的增加而降低，含泥量为1%时，强度降低得不是很明显，之后降低得较快；含泥量在3%以下时对混凝土14天强度没有太大影响。当含泥量在3%以上时，在此基础上，含泥量每增加2%，混凝土的14天强度就降低5%左右。

表14　聚羧酸掺量为0.05对应不同含泥量所测得的减水率和抗压强度结果

表16　聚羧酸掺量为0.25对应不同含泥量所测得的减水率和抗压强度结果

图8　不同聚羧酸减水剂掺量对应不同含泥量混凝土3天抗压强度测试结果

6　结论

本文通过砂浆流动度、胶砂强度和混凝土坍落度、混凝土抗压强度等性能试验，研究了聚羧酸系高效减水剂与砂石含泥量之间的关系，并分析解释了造成聚羧酸减水剂减水率降低的原因。得出以下主要结论：

⑴掺聚羧酸减水剂，保水性好，离析泌水不明显，具有一定的引气效果；

⑵随含泥量的增加，混凝土坍落度和砂浆流动度降低；

表15　聚羧酸掺量为0.15对应不同含泥量所测得的减水率和抗压强度结果

图7　不同聚羧酸减水剂掺量在不同含泥量下测得的混凝土减水率

图9　不同聚羧酸减水剂掺量对应不同含泥量混凝土14天抗压强度测试结果

⑶当减水剂掺量相同时，聚羧酸减水剂减水率随含泥量的增加而降低；

⑷聚羧酸减水剂掺量相同时，随含泥量的增加，胶砂试件的抗折强度逐渐降低；

⑸聚羧酸掺量相同时，随着含泥量的增加，胶砂试件的抗压强度逐渐降低。3天时，胶砂试件的抗压强度波动较大；28天时，砂子含泥量在3%以下时,含泥量每增加1%，胶砂试件强度就减少6%左右，当砂子含泥量在3%以上时，在此基础上，砂子含泥量每增加2%，混凝土的强度就降低11%左右；

⑹混凝土的3天抗压强度随含泥量的增加而降低，含泥量为1%时，强度降低的不是很明显，当含泥量在1%以上时，降低得较快；

⑺含泥量在3%以下时对掺聚羧酸减水剂的混凝土14天强度没有太大的影响。当含泥量在3%以上时，在此基础上，含泥量每增加2%，混凝土的强度就降低5%左右。●

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