​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

  ［摘要］本文试验了混凝土中砂子的不同含泥量对掺聚羧酸减水剂的混凝土性能的影响，在此基础上经过大量的试验，

  研制出一种能有效减小混凝土中砂子含泥量对聚羧酸减水剂性能的影响的助剂。

  ［关键词］ 含泥量；聚羧酸减水剂；萘系减水剂；助剂

  0 前言

  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。大量文献研究了混凝土中细骨料的泥含量对掺萘系减水剂混凝土力学性能等的影响，只有少量文献研究聚羧酸减水剂与混凝土中细骨料含泥量的相容性。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21 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。工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。少量有关文献介绍，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。针对此问题笔者经过大量的试验研究，研制出一种抑制骨料含泥量影响的助剂，用它与聚羧酸复配后能有效抑制混凝土骨料中含泥量对聚羧酸减水剂用量的影响，降低聚羧酸减水剂的掺量，保持聚羧酸减水剂的使用效能。

  1 试验原材料

  水泥：潍坊产的山水牌P.O42.5R 水泥；

  粉煤灰：潍坊电厂产Ⅰ级粉煤灰；

  砂子：潍坊安丘产河砂，细度模数为2.7 的中砂；

  石子：潍坊本地产5～31.5mm；

  水：自来水；

  泥：从混凝土搅拌站水洗砂的泥沉积池中选取，选取了池子的不同地点的泥。然后在太阳下自然干燥，再研碎，使泥回

  复到原来的状态；

  减水剂：山东恒健新材料技术研究有限公司生产的聚羧酸

  减水剂JSPC, 减水剂的含固量为20%；

  Z 剂：是一种专门针对骨料中泥土吸附而研制出的材料，它具有保坍性，但本身没有减水效果。

  2 Z 剂机理试验

  不难想到，骨料（主要是砂子）含泥量显著影响聚羧酸减水剂效用和掺量的原因是很细的泥土对聚羧酸减水剂会有很强的吸附作用，消耗掉了相应减水剂用量的效能。也不难想到，Z剂的作用机理就是能够屏蔽或阻隔泥土对减水剂的吸附，这很可能是泥土对Z 剂有更强或更快的吸附作用所致，亦即泥土会选择性地优先吸附Z 剂，从而减少了对减水剂的吸附。鉴于进行吸附试验研究的难度和工作量很大，笔者单位也缺乏相应研究试验条件，笔者暂且还未能进行直接认证相关吸附机制的研究工作。但还是进行了力所能及的一些间接的论证试验研究，并有所收获。

  笔者认为，有关的选择性吸附机制，通过土工学测试土的液塑限的试验方法安排进行一些对比试验，是应该有所反映，可以窥见其端倪，乃至对最终的效果方面取得一些定性和定量的判断认识的。为此，笔者参照土工试验规范《GB-7/50123-1999》，在试验方法上略作改动，把减水剂和Z 剂分别或共同引入试验（模拟混凝土中减水剂和/ 或Z 剂的掺用情况），进行了土的液塑限测定的系列对比试验。试验中，把水和泥，掺加或不掺加减水剂和/ 或Z 剂，倒入净浆搅拌锅中，搅拌4min 后直接按规范测定土的液塑限数值。先在不掺减水剂和Z 剂的空白试验中，通过调整用水量，把土的液限和塑限分别控制在38% 和21%，把这个用水量作为基准用水量。然后再进行掺减水剂或/ 和Z 剂的对比试验。6 组对比试验测定结果如表1所示。

  从表1 结果可以看出，单掺Z 剂后土的塑性指数值最大，其次是聚羧酸系高效减水剂与Z 剂按9:1 复合的，最低值是单掺聚羧酸系高效减水剂的。从取得液塑化效果来看，单掺聚羧酸系高效减水剂时需要的减水剂掺量最大，复合掺用聚羧酸系高效减水剂和Z 剂则减水剂需用量降低，而聚羧酸系高效减水剂与Z 剂复配比例为8.5：1.5 时效果最佳，其次是复配比例为9：1者，复配比例为8：2 时又略差些。整个对比试验可以证实，Z剂与聚羧酸减水剂适当复配使用，可以有效抑制土对减水剂的吸附，使减水剂掺量明显降低。后续的水泥净浆试验和混凝土试验进一步确认了这些效果。

  3 水泥净浆试验

  3.1 试验配比表及试验结果

  水泥净浆试验按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行，泥按内掺法掺入水泥中。

  3.2 分析

  (1) 从表2 可以看出与纯水泥比，内掺5% 泥后减水剂的掺量提高30% 后才能控制净浆流动度损失。

  （2）从表2 可以看出与纯水泥比，内掺10% 泥后减水剂的掺量提高90% 后才能控制净浆流动度损失。

  （3）从表3 可以看出，聚羧酸减水剂与Z 剂复配效果最好的比例是8∶2，在此比例下不管含泥量是5% 或者10% 都能很好地控制净浆流动度损失。

  （4）从表2、表3 可以看出，聚羧酸减水剂与Z 剂复配后与单掺聚羧酸减水剂相比，掺量可以大幅度降低，且效果非常好。

  4 混凝土试验

  4.1 砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土性能的影响

      大量文献在配合比设计时对砂子含泥量的考虑上，都是按5% 的递增方式，笔者在砂子含泥量设计时按2% 递增。试验中全部使用水洗砂、石，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，使他们能充分的湿润，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。这样就保证了试验中泥在砂子的状态和现实中的状态相接近。该试验中混凝土配合比见表4。对同一水胶比混凝土，外加剂掺量固定。预先通过试拌确定外加剂的适宜掺量，以控制空白混凝土的坍落度不是太大、含泥量最高的混凝土的坍落度不是太小。

  4.2 试验结果

  4.2.1 砂子含泥量对混凝土工作性的影响

  把沙子中的泥作为一种劣质材料考虑，砂子、石子的含泥量若超标1%，大致都带入10kg/m3 的含泥量，约为粉煤灰用量的1/10，对混凝土强度和坍落度的不利影响与粉煤灰的品质降低的影响近似，所以就按导致降低粉煤灰等级来处理。粉煤灰的等级降低必定影响混凝土的用水量，为了试验中强度和坍落度的可比性，在外加剂的掺量上做了几次试拌后确定了外加剂的掺量。这样就可以控制空白混凝土和高含泥量的混凝土坍落度相差不是太大。砂子含泥量对混凝土工作性影响的实验数据见表5。

  4.2.2 砂子含泥量对混凝土强度的影响

  见图1～3。

  4.3 砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土性能影响的有效对策

  为了试验数据具有实用性，下面试验中的原材料都是来自混凝土搅拌站，砂子的含泥量是做试验前现场所得，石子的含泥量忽略不计，试验配比见表6。

  4.4 分析

  （1）从表5 可以看出，当砂子含泥量在3% 以下时对混凝土流动度及流动度损失的影响很小。当砂子含泥量超过3% 时减水剂的掺量不变时对混凝土的工作性影响很大。

  （2）从图1 ～3 可以看出当砂子含泥量在2% 以下时，对混凝土的强度基本没有影响，当砂子含泥量超过2% 时对混凝土的强度就有明显的影响。

  （3）从图1、图2 可以看出，当砂子的泥含量提高2% 时混凝土的强度就降低5% 左右。

  （4）从表7 的混凝土工作性可以看出聚羧酸减水剂与Z 剂复配后的最佳比例是9∶1，此时掺入混凝土中的量是最低，且混凝土坍落度损失小。

  （5）从表6 可以看出纯聚羧酸高效减水剂掺入混凝土中的量比用其和Z 剂复配后掺入混凝土中的量明显高，大约高出30%。

  （6）从表7 混凝土强度可以看出，用Z 剂与聚羧酸减水剂复配后与纯聚羧酸减水剂的混凝土强度来看基本没有差别，这说明Z 剂不会影响混凝土强度。

  5 工地现场验证试验

  下面试验数据是在搅拌站现场试验并摘录的，试验材料全部来自搅拌站中。试验地域非常有代表性，山东地区的砂石料都非常好，含泥量很小一般都在3% 之内，而河北地区的砂子太细，需要加入人工砂，骨料的含泥量很高，一般都在5% 左右，北京地区由于原材料紧缺，骨料都很差，使用大量的人工砂，骨料的含泥量更大，一般都超过5%。

  5.1 试验结果

  见图4～6。

  在试验中发现，测试完混凝土的初始坍落度后过半个小时，混凝土就慢慢地变干了，目测觉得混凝土坍落度已经完全损失。但在搅拌锅搅拌一下混凝土流动性又恢复，而且一个小时的流动性比半个小时时还好。

  5.2 分析

  (1) 从表8 可以看出，无论是河北、北京、山东地区，对于C30、C40 混凝土，聚羧酸减水剂与Z 剂复配后掺量明显降低，

大约是萘系掺量的1/3，是纯聚羧酸减水剂掺量的2/3，且效果也比萘系减水剂和纯聚羧酸减水剂好。

  (2) 从图4～6 可以看出无论是C30 混凝土还是C40 混凝土，聚羧酸减水剂与Z 剂复配后与萘系减水剂、纯聚羧酸减水剂相比，7 天、28 天强度都没有区别。

  6 结语

  （1）当砂子含泥量在3% 以下时对混凝土强度没有太大影响，但混凝土坍落度随着含泥量的增加而降低。

  （2）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%，混凝土强度就降低5% 同时减水剂的掺量也得提高0.1% 左右。

  （3）Z 剂与聚羧酸高效减水剂的复配比例是可以随时调整的，应根据现场原材料的情况而调整。

  （4）用Z 剂与聚羧酸减水剂复配使用，可以有效地抑制砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土的影响，从而提高聚羧酸高效减水剂在工民建中的推广。

  参考文献

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