礦物摻量對輕骨料混凝土物理性能的影響研究

混凝土碳化影響因素：磨細礦物摻料的品種和數量

如具有活性水硬性材料的摻料，其不能自行硬化，但能與水泥水化析出的氫氧化鈣或者與加入的石灰相互作用而形成較強較穩(wěn)定的膠結物質，使混凝土堿度降低。在水灰比不變采用等量取代的條件下，摻料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。

摘要：

聚羧酸減水劑是一種混凝土高效減水劑，具有和易性好、摻量低、減水率高、分散力強、綠色環(huán)保等良好特性，在工程中大量使用。但在實際使用中，聚羧酸減水劑的性能會受到集料中泥的負面影響，并且不同的粘土礦物對聚羧酸減水劑造成不同影響。文章從各種粘土對水泥漿體流動性（摻聚羧酸減水劑）的影響和聚羧酸類減水劑本身分散能力的影響進行研究。

0、引言

粘土礦物普遍存在混凝土的摻合料中，在實際工程中難以避免。實踐表明，粘土礦物對摻和了聚羧酸減水劑的混凝土的各項性能有不良影響。根據研究對象的相關性質猜想，粘土礦物可能會對聚羧酸減水劑的分散性能、摻和了聚羧酸減水劑的水泥漿體的流動性能以及其硬化后的強度產生影響。

1、粘土礦物

根據文獻記載，粘土礦物種類多達100多種，常見于砂石，主要分為三類：蒙脫土、伊利石、高嶺土。三類粘土礦物的化學組成差異較大，其中蒙脫石分子間作用力較弱，呈負電性，吸水能力強。一般來說，蒙脫土和伊利土（細磨）為淺黃色，高嶺土則為白色。

（1）蒙脫土

蒙脫土是一種硅酸鹽天然礦物，其是一類由納米厚度的表面帶負電的硅酸鹽片層，依靠層間的靜電作用而堆積構成的土狀礦物。蒙脫土應用廣泛，尤其通過無機和有機方法改性后，強化了特有的性能，更進一步擴大了應用領域，發(fā)展前景良好。

（2）伊利石

伊利石一般是由白云母、鉀長石等風化和其他礦物的蝕變所得。伊利石具有過渡性，可形成其他粘土礦物。質純磨細的伊利石呈白色﹐如不純時可呈綠、黃等色。

（3）高嶺土

高嶺土大多無光澤，質純時呈白色，有雜質時也呈黃、灰等色。其密度約在2.54~2.60g/m3，熔點約為1785℃。中國高嶺土主要產自粵、陜、閩、贛、湘、蘇，該六省高嶺土產量占全國的84.55%。

2、聚羧酸減水劑的研究與發(fā)展

自從日本于20世紀80年代早期研究出性能較高的聚羧酸減水劑以來，該減水劑已獲得巨大發(fā)展。T.Hirata等學者使用不同聚合度的甲基醚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯，利用聚合反應得到了分子量相異的聚羧酸減水劑。通過對聚羧酸減水劑結構的研究，T.Hirata發(fā)現連接在聚羧酸減水劑的分子量分布和主鏈親水性基團的數目對其性能有巨大的影響。另有JPlank等學者研究表明從合成工藝、分子結構等方面進行研究，合理設計分子結構，可合成甲氧基為側鏈支鏈封端和羥基為支鏈封端的聚羧酸減水劑，實驗表明，此類減水劑分散性能優(yōu)異并且具有保坍性。

日本和歐美國家對聚羧酸減水劑的研究早于國內。但是近年來，我國關于聚羧酸減水劑方面的文獻、專利已經獲得長足的進步，正在不斷縮小與國外的差距。馬保國等通過大分子單體的自由基聚合，制出具備良好分散性、保坍性、滿足高強度混凝土要求的聚羧酸減水劑。該減水劑改善了混凝土的自收縮，通過分子中的各種官能團之間的相互作用來抑制早期水化。研究表明，此減水劑緩凝作用顯著，并且不影響后期的強度發(fā)展。

聚羧酸減水劑在實際應用中非常廣泛并且還在持續(xù)發(fā)展，因此研究聚羧酸減水劑的性能以及其在實際應用中出現的問題是非常有意義的。

3、粘土礦物對聚羧酸減水劑的影響

3.1 泥粉的層狀結構對聚羧酸減水劑的吸附作用

王林等學者認為，泥將聚羧酸減水劑吸附到其層間結構中，導致減水劑分散性能的降低。從分子結構的角度出發(fā)，泥對不同類型含有梳型側鏈結構的聚羧酸減水劑影響很大，因為泥粉中的粘土礦物層間結構恰好和其側鏈結構匹配，使得聚羧酸減水劑以化學吸附而非電荷吸附插層在粘土礦物表面。泥自帶的吸附能力與疏水基定向的吸附能力一起發(fā)揮作用，再加上聚羧酸減水劑和金屬陽離子的螯合是泥吸附聚羧酸減水劑的原理。

3.2 粘土對聚羧酸減水劑塑化性能的影響

泥的礦物組成及結構是影響聚羧酸減水劑塑化性能的直接因素。砂漿的流動性是反映聚羧酸減水劑塑化效果最重要的指標之一，而水灰比和減水劑摻量是影響砂漿流動性的重要因素。趙爽、沙建芳等學者從固定水灰比和減水劑摻量、固定水灰比和砂漿流動性兩個方面進行了研究比較。研究表明，提高粘土在水泥砂漿中的摻量，將弱化砂漿的流動性，造成更大的經時損失；若要保持流動性，需加大聚羧酸減水劑的使用量。馬保國等學者認為泥的礦物結構極大地影響了聚羧酸減水劑的減水性能，蒙脫土對聚羧酸減水劑塑化效果影響最大，高嶺土次之，伊利土最小。

3.3 泥粉對其他高效減水劑分散性能的影響

粘土礦物不僅對聚羧酸減水劑的分散性能有影響，對其他混凝土減水劑也有不同程度的影響。李國新等研究了泥粉對水泥漿體（摻和各類高效減水劑）流動性的影響，他們選用了三種高效減水劑，分別是萘系高效減水劑（液體，固含量40%）、氨基磺酸鹽減水劑（液體，固含量30%）、聚羧酸減水劑（液體，固含量20%）。該研究表明，當沒有泥粉摻入三種不同減水劑影響的水泥漿體時，所有漿體的初始流動性都較好。當摻入含沙量為1%~9%的泥粉時，所有漿體的初始流動性都受到了極大的影響，普遍下降，且經時損失增大。在摻泥量為7%時，使用了氨基磺酸鹽減水劑的水泥漿體雖然流動性能沒有下降，但是經時損失卻增大許多；在摻泥量為5%時，使用了萘系高效減水劑的水泥漿體完全失去流動性；而使用了聚羧酸減水劑的水泥漿體在摻泥量為3%時就已經失去流動性。

不同高效減水劑對摻有泥粉的水泥漿體流動性產生的影響有差異，主要是因為泥粉較為容易吸附聚羧酸高效減水劑，而泥粉對萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑的吸附能力相對不強。程勛等學者進行了泥與聚羧酸減水劑的相容性試驗，結論得出，聚酯類聚羧酸減水劑比聚醚類聚羧酸減水劑更加敏感。

3.4 泥含量對摻聚羧酸減水劑的混凝土強度的影響

根據工程實際和文獻記載，粘土對摻高效減水劑的混凝土強度有負面影響。王冠鋒等學者對此進行了相關研究，他們采用了高強混凝土配合比——水泥∶砂∶石∶水=466∶586∶1089∶205，并分別以0.5%、1.0%、1.5%三種不同的摻量摻加聚羧酸減水劑，分別檢測了混凝土7d和28d的強度。試驗結果表明，當聚羧酸減水劑摻量一定時，隨著含泥量的增加，混凝土7d和28d的強度逐漸降低。當含泥量小于2.0%時，強度保持穩(wěn)定；當含泥量大于2.0%時，強度快速降低；當含泥量小于3.0%時，混凝土的28d強度受影響較??；而大于3.0%時，含泥量的增加將導致混凝土的28d強度大幅下降。

部分或整體的減水劑被粘土吸附，導致了混凝土抗壓能力的減弱。被吸附的聚羧酸減水劑由于無法發(fā)揮作用，所以降低了水泥漿體的流動性，為了保持流動性，則需加入額外的水，導致了水灰比的增加，從而影響了抗壓強度。同時，因為加入的泥變多，被吸附的聚羧酸減水劑的量也增多，也增加了用水的需求，從而導致了抗壓強度的下降。

4、總結

在工程實際中，配制混凝土時常常會摻入泥，其中的粘土礦物則對性能優(yōu)越的聚羧酸減水劑的塑化性能、分散性能等造成影響，并且導致混凝土強度的下降。其中不同的粘土礦物對減水劑的影響相異，蒙脫土對聚羧酸減水劑的影響最大，高嶺土次之，伊利土最小，這些差異尤其體現在塑化性能上。同時粘土礦物也對不同減水劑的影響存在差異，其中最為敏感的是聚羧酸減水劑，萘系減水劑次之，氨基磺酸鹽減水劑最不敏感。粘土礦物對聚羧酸減水劑的吸附作用是這些不良影響的主要原因，而這一點正是由于聚羧酸減水劑的分子結構和粘土礦物的層間結構恰匹配（尤其是側鏈封端為梳狀的）。因此可以通過研究聚羧酸減水劑的分子結構，來降低與粘土礦物的這種吸附效應，從而提高聚羧酸減水劑的性能和實際工程適用能力。

作者：施佳杰，潘犇，潘建，石榮豐，孫世慶，張士萍，如涉及作品內容、版權和其它問題，請及時聯系，我們將盡快處理。