掺加化学试剂对粘土矿物吸附聚羧酸减水剂的性能改善研究

宁 宁，王秀民

（1.航天工程大学士官学校，北京 昌平 100083 2.河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000）

1 引言

聚羧酸减水剂（PCE）由于其减水率高、和易性好、分散性强、绿色环保的特点而被普遍应用和深入推广。但在工程实践过程中发现，PCE与混凝土原材料出现了适应性问题，砂石中含泥量过大不仅会对混凝土的强度、耐久性造成严重的影响，同时还会影响掺加PCE的新拌混凝土的和易性。为了解决因粘土矿物吸附PCE而产生的影响，本试验研究了不同含量北京地区粘土和高岭土对PCE的水泥砂浆的流动度影响，并加入化学试剂硅酸钠、天冬氨酸，研究其对含粘土矿物的掺PCE的水泥砂浆流动度的改善作用。

2 试验

2.1 试验原材料

普通硅酸盐水泥，金隅P.O42.5水泥。

砂，中国ISO标准砂（中级砂），厦门艾思欧标准砂有限公司出品，粒度为0.5mm-1.0mm。

酸钠，分析纯，天津市红岩试剂厂。

天冬氨酸，分子量2000-10000，由实验室合成。

北京地区粘土，取样于北京科技大学，筛分出粒径小于0.075mm的粘土颗粒，其具体化学成分见表2-1。

表2-1 北京地区粘土化学成分

高岭土，分析纯，天津市福晨化学试剂厂。

聚羧酸减水剂，西卡高性能减水剂，固含量为20%。

2.2 试验方法

流动度测试方法按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行。

TOC实验主要是测定溶液中总有机碳的含量，从而推算水泥或粘土矿物对聚羧酸减水剂的吸附量。具体操作方法：取1g粉体加入到50ml浓度为4g/L的纯水配制的聚羧酸减水剂溶液中，搅拌3min，静置4min后用砂芯活动过滤装置过滤，取5ml液体稀释10倍后作为测试样品。

2.3 试验配合比

参照GB/T8077-2012《混凝土外加剂的匀质性试验方法》，并结合工程实际，本试验砂浆的比例模拟C30混凝土中的砂、水泥、水的比例，水胶比采用0.4，使S：C：W=10:5:2，即质量分别为700g，350g和140g，粘土矿物按比例内掺于标准砂，外加剂掺量为1.5%。

根据前期实验，选取北京地区粘土的含量为6%、9%和12%，选取高岭土的含量为9%、12%和15%。

3 结果与结论

3.1 硅酸钠的改善作用

北京地区粘土成分复杂，由表3-1看出对于粘土含量为6%的水泥砂浆，在不添加硅酸钠时，流动度基本良好，添加硅酸钠后流动度变化不大甚至有所降低；对于粘土含量为9%的水泥砂浆，在不添加硅酸钠时，初始流动度良好，但经时损失大，一小时后已经没有流动度，添加硅酸钠之后流动度在一小时之内保持在180mm以上，效果明显；对于粘土含量为12%的水泥砂浆，不添加硅酸钠时初始流动度受到影响，且损失大，一小时后无流动度，添加硅酸钠后对于流动度的改善作用好，一小时内保持在200mm以上。

表3-1 硅酸钠对含粘土砂浆流动度改善

由表3-2可看出在高岭土含量为9%和12%时，不添加硅酸钠时不出现无流动度或流动度经时损失大的情况，添加硅酸钠后水泥砂浆流动度明显变大，基本保持在200mm左右；在高岭土含量为15%时，添加硅酸钠的砂浆流动度与不添加硅酸钠的砂浆流动度相似。

总体来说，硅酸钠的改善作用明显，最大流动度改善率可达到241.7%。

表3-2 硅酸钠对含高岭土砂浆流动度改善

3.2 天冬氨酸的改善作用

由表3-3 可看出，天冬氨酸（PASP）对含6%北京地区粘土的水泥砂浆流动度改善并不明显，且会出现初始无流动度的情况，但对于9%和12%粘土含量的两组砂浆出现的损失大和无流动度的现象，加入PASP后，对此种现象改良作用明显，最大流动度改善率可达200%，且一小时内流动度基本保持上升趋势。

表3-3 天冬氨酸对含粘土砂浆流动度改善

由表3-4可看出，三组含高岭土的水泥砂浆除了在测量初始流动度时会出现无流动度的情况外，其它时间的流动度均有改善。

表3-4 天冬氨酸对含高岭土砂浆流动度改善

3.3 碳吸附性实验

由表3-5和表3-6可看出，硅酸钠有效的减少粘土矿物对碳的吸附量，对北京地区粘土可减少52.6mg，高岭土可减少16.55mg，表明硅酸钠对含粘土矿物的掺聚羧酸减水剂的水泥砂浆流动度改善作用良好。1g水泥吸附36.30mg PCE，1g水泥吸附40.11mg PASP，1g粘土吸附44.23mg PASP，1g高岭土吸附47.38mg PASP，从吸附量上说，水泥，粘土，高岭土对天冬氨酸的吸附量相差不大，对土不太敏感。

表3-5 TOC实验数据

表3-6 TOC实验数据对比分析

4 结论

（1）粘土矿物对含聚羧酸减水剂的水泥砂浆有不同程度的影响，北京地区粘土，在含较少量时会出现初始流动度良好，但流动度损失大，一小时内会出现无流动度的情况；高岭土，当含量增加时会出现砂浆流动度损失大的情况。

（2）将硅酸钠加入含一定量粘土矿物的掺聚羧酸减水剂的水泥砂浆中，测试其流动度改善情况，结果显示硅酸钠对含9%和12%北京地区粘土的水泥砂浆的流动度改善作用明显，对掺9%和15%高岭土的水泥砂浆的流动度也分别有一定的改善作用。

（3）将天冬氨酸加入含一定量粘土矿物的掺聚羧酸减水剂的水泥砂浆中，对含北京地区粘土和高岭土的水泥砂浆均有明显的改善作用。