砂粘土含量對混凝土性能的影響

姚杰，周展，李保亮

（1. 揚(yáng)州恒盛混凝土有限公司，江蘇 寶應(yīng) 225800

2. 淮安市建筑工程檢測中心有限公司， 江蘇 淮安 223001）

砂粘土含量對混凝土性能的影響

姚杰1，周展2，李保亮2

（1. 揚(yáng)州恒盛混凝土有限公司，江蘇 寶應(yīng) 225800

2. 淮安市建筑工程檢測中心有限公司， 江蘇 淮安 223001）

本文研究了粘土對混凝土性能的影響，結(jié)果表明：混凝土外摻少量磨細(xì)粘土，對混凝土坍落度、各齡期抗壓強(qiáng)度、混凝土早期收縮等性能影響較小，而摻量較大時將明顯降低混凝土的坍落度及提高混凝土收縮，同時提出了解決砂中含泥量較高的辦法。

混凝土；砂；粘土

0 前言

在混凝土的組成材料中，集料對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[1]：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。而砂中泥含量對于此上兩點均有較大影響，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，研究其對混凝土性能的影響，并對其影響機(jī)理進(jìn)行了闡述。

1 原材料

（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 %

（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。

（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。

（4）粗集料，碎石，規(guī)格 5～25mm。

（5）水，使用自來水。

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

（7）礦粉，為方正礦粉，比表面積為 478m2/kg，需水量比 98%。

（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 試驗方法

混凝土測試方法參照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》和 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗方法》，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定儀，測試混凝土早期收縮性能。測試環(huán)境溫度 (20±2)℃、濕度 (60±5)%，測量標(biāo)距 435mm。

表 2 C30 混凝土配合比及坍落度

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 粘土含量對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，對于混凝土坍落度影響較小，在粘土含量超過 8% 時才出現(xiàn)大幅度降低，至粘土含量 10% 時混凝土初始坍落度降至 55mm，已經(jīng)難以施工。

出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因有：（1）粘土顆粒對減水劑有較強(qiáng)的吸附性能，致使吸附在水泥顆粒表面的有效減水劑變少；（2）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；（3）粘土顆粒形貌粗糙，也增大了與其他顆粒的摩擦力，因此增加了流動的難度[2]。

除粘土本身吸水率、吸附外加劑較高外，粘土中的有機(jī)質(zhì)由于具有更大的比表面積對于減水劑和水也表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸附性能，因此粘土對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，本實驗中所用粘土燒失量為 7.72%。

3.2 粘土含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖 1 是粘土含量對混凝土抗壓強(qiáng)度影響的曲線圖。

圖 1 粘土含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖 1 可知，混凝土粘土含量從 0 到 10%，其 28d 抗壓強(qiáng)度分別為 43.2MPa、41.6 MPa、43.1 MPa、43.4 MPa、43.5 MPa、43.3 MPa，強(qiáng)度變化在 2MPa 以內(nèi)，可見粘土對混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度影響較少，而 A1 混凝土未洗砂的含泥量為44.8MPa 較其他水洗砂再加粘土的混凝土強(qiáng)度略高，這是因為水洗砂再加粘土之后粘土在人為攪拌下在整個混凝土系統(tǒng)中的分布沒有天然未洗砂均勻所致。同時由圖1可知，摻加粘土在早期甚至可以提高混凝土強(qiáng)度，并且在本實驗中導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度明顯下降的粘土摻量拐點并未出現(xiàn)。

泥在集料中以三種形式存在：包裹型、團(tuán)塊型、以及松散型[1]。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)存在于集料中，對于混凝土的工作性及混凝土強(qiáng)度都有較大影響；而本實驗中外摻粘土是以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)[3]。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，由于膠凝材料漿體內(nèi)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[2]。

而在實際生產(chǎn)中，混凝土所用砂含泥量越高，混凝土強(qiáng)度越低，而且混凝土強(qiáng)度等級越高，混凝土強(qiáng)度降低幅度越明顯。這是因為混凝土隨砂含泥量增高混凝土工作性變差，坍落度較小及坍落度損失大，導(dǎo)致混凝土無法施工，一般此時，混凝土攪拌樓配合比控制人員或者混凝土施工人員均會往混凝土中加水或者外加劑以提高混凝土可泵性及可施工性，因此帶來混凝土攪拌不均、混凝土水膠比降低及粘土顆粒、泥團(tuán)等對水泥水化的抑制作用而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大幅降低及收縮裂縫嚴(yán)重。

3.3 粘土對混凝土早期收縮性能的影響

圖 2 是粘土含量對混凝土早期收縮性能影響的曲線圖。

圖 2 粘土含量對混凝土早期收縮性能的影響

圖 2 顯示了混凝土中粘土含量為 0、2%、8% 時的 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）較粘土含量較低（0%、2%）的混凝土收縮有明顯的增加，而粘土含量為 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)部相對濕度降低，原來吸附于粘土顆粒孔隙中的水由于擴(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[3]。

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，這或許和混凝土膠凝材料中較多的礦物摻合料有關(guān)。

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，松散型粘土對混凝土各種性能影響較小，而對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，可采取的措施有：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辦法，但同時會給混凝土帶來更大的收縮。

目前針對混凝土用阻泥劑的研究較少，有學(xué)者在制備聚羧酸時引入陽離子單體或通過聚羧酸和二丙烯二甲基氯化胺共聚物鹽復(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[4]、含泥量抑制劑[5]（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

Influence of clay content on properties of concrete

Yao Jie1, Zhou Zhan2, Li Baoliang2
(1. Yangzhou Hengsheng Concrete Co., Ltd., Baoying 225800, China
2. Huai’an Testing Center For Construction Engineering Co., Ltd., Huaian 223001, China)

The influence of clay powder content on properties of concrete were studied in this paper. The results showed that, mixed with small amount of clay powder, the change on the properties of the slump of concrete, the strength of concrete and concrete early shrinkage were not obvious. However, when the amount of clay powder was larger, the slump of concrete reduced badly, and the value of concrete early shrinkage was increased more, at the same time, this paper provided some methods to solve the problem.

concrete; sand; clay