砂粘土含量對混凝土性能的影響

姚杰 周展

摘要：研究了粘土對混凝土性能的影響，結(jié)果表明：混凝土外摻少量入磨細粘土，對混凝土坍落度、各齡期抗壓強度、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。

關(guān)鍵詞：粘土；砂；混凝土

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：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的粘土，研究其對混凝土性能的影響，并對其影響機理進行了闡述。

1原材料

1.1粘土105℃烘干并磨細至200目篩篩余小于5%，其化學成分如表1。

表1粘土化學成分分析（%）

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MaO Loss

粘土 63.86 13.25 5.96 2.85 1.57 7.72

1.2水泥，葡城P·O42.5水泥，比表面積為360m2/kg，28d抗壓強度49.7MPa。

1.3細集料，中砂，細度模數(shù)2.8，其中，未洗砂含泥量2.3%，洗凈砂不含泥。

1.4粗集料，碎石，規(guī)格5mm-25mm。

1.5水，使用自來水。

1.6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%。

1.7礦粉，為方正礦粉，比表面積為478m2/kg，需水量比98%。

1.8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《普通混凝土拌合物性能試驗方法》（GB /T 50080-2002）和《普通混凝土力學試驗方法》（GB /T 50081- 2002），采用舟山市博遠科技開發(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）%，測量標距435mm。

表2C30混凝土配合比及坍落度

編號 混凝土配合比/ kg 坍落度/ mm

C S FA 砂 石 減水劑 水 含泥量

A1 170 90 70 775（未洗） 1070 5.94 165 2.3% 190

A2 170 90 70 775（凈砂） 1070 5.94 165 0.0% 220

A3 170 90 70 674（未洗）+101（凈砂） 1070 5.94 165 2.0% 200

A4 170 90 70 762（凈砂）+13（粘土） 1070 5.94 165 4.0% 190

A5 170 90 70 746（凈砂）+29（粘土） 1070 5.94 165 6.0% 170

A6 170 90 70 730（凈砂）+45（粘土） 1070 5.94 165 8.0% 130

A7 170 90 70 714（凈砂）+61（粘土） 1070 5.94 165 10.0% 55

注：C代表水泥，S代表礦粉，F(xiàn)A代表粉煤灰

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。

粘土顆粒對減水劑有較強的吸附性能，同時吸附在水泥顆粒表面的有效減水劑變少；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；水泥顆粒形貌粗糙，也增大了與其他顆粒的摩擦力，因此增加了流動的難度。

除粘土本身吸水率、吸附外加劑較高外，粘土中有機質(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質(zhì)的含量，而有機質(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度的影響

由圖1可知，粘土對混凝土各齡期抗壓強度影響較少，在早期甚至可以提高混凝土強度。泥在集料中存在三種形式：包裹型、團塊型、松散型，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，影響混凝土強度；團塊型泥粒以較大的泥團存在與集料中，對于混凝土的工作性及混凝土強度都有較大影響；而本實驗中粘土是松散型均勻分布在混凝土中，且由于粘土的顆粒較細，可以起到類似微集料的作用，可以細化混凝土孔結(jié)構(gòu)。另外由表1粘土化學成分可知，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，來提高混凝土強度，在混凝土中起到摻合料的作用。

同時，由于加入了少量的泥土顆粒，這些顆粒填補了漿體初期由于收縮形成的孔洞及微裂縫，使得混凝土的強度增大，尤其是早期強度。當粘土摻量較多時，由于過多的泥土顆粒會以松散的顆粒集合體出現(xiàn)，在C-S-H凝膠體中形成軟弱的“空域”，使凝膠體密實度降低，妨礙水泥的水化，降低混凝土的強度。

圖1粘土含量對混凝土抗壓強度的影響

3.3粘土對混凝土早期收縮性能的影響

圖2中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，而粘土含量的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，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散作用就被釋放出來，這兩方面增加了混凝土收縮的程度。

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，這或許混凝土膠凝材料中較多的礦物摻合料有關(guān)。

圖2粘土含量對混凝土早期收縮性能的影響

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，因此在生產(chǎn)中可以人為的除去泥團。而當混凝土中砂含泥量較高時，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，有學者在制備聚羧酸時引入陽離子單體或通過聚羧酸和二丙稀二甲基氯化胺共聚物鹽的復(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、含泥量抑制劑（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鈉的離子絡(luò)合交換組分）、一種混凝土用阻泥劑（成分包括烯基胺醚、丙烯酸酯、烯基磺酸鹽、EA、乙烯基酯）來減少對減水劑的吸附，但這些研究尚處于摸索和起步階段，仍需要大量的試驗研究來證實、優(yōu)化。

5結(jié)語

5.1混凝土外摻0~4%粘土對混凝土坍落度影響較小，摻量大于4%時，混凝土坍落度降低明顯。

5.2混凝土中外摻粘土對混凝土抗壓強度影響較小。

5.3混凝土外摻2%粘土與未摻粘土混凝土早期收縮量基本相同，粘土摻量較大（8%）時，混凝土收縮明顯。

參考文獻

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作者簡介：姚杰（1987- ），男，江蘇寶應(yīng)人，南京工業(yè)大學，學士學位，助理工程師，研究方向：混凝土生產(chǎn)。