矿物掺量对轻骨料混凝土物理性能的影响研究内容简介

混凝土碳化影响因素：磨细矿物掺料的品种和数量

如具有活性水硬性材料的掺料，其不能自行硬化，但能与水泥水化析出的氢氧化钙或者与加入的石灰相互作用而形成较强较稳定的胶结物质，使混凝土碱度降低。在水灰比不变采用等量取代的条件下，掺料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。

摘要：

聚羧酸减水剂是一种混凝土高效减水剂，具有和易性好、掺量低、减水率高、分散力强、绿色环保等良好特性，在工程中大量使用。但在实际使用中，聚羧酸减水剂的性能会受到集料中泥的负面影响，并且不同的粘土矿物对聚羧酸减水剂造成不同影响。文章从各种粘土对水泥浆体流动性（掺聚羧酸减水剂）的影响和聚羧酸类减水剂本身分散能力的影响进行研究。

0、引言

粘土矿物普遍存在混凝土的掺合料中，在实际工程中难以避免。实践表明，粘土矿物对掺和了聚羧酸减水剂的混凝土的各项性能有不良影响。根据研究对象的相关性质猜想，粘土矿物可能会对聚羧酸减水剂的分散性能、掺和了聚羧酸减水剂的水泥浆体的流动性能以及其硬化后的强度产生影响。

1、粘土矿物

根据文献记载，粘土矿物种类多达100多种，常见于砂石，主要分为三类：蒙脱土、伊利石、高岭土。三类粘土矿物的化学组成差异较大，其中蒙脱石分子间作用力较弱，呈负电性，吸水能力强。一般来说，蒙脱土和伊利土（细磨）为浅黄色，高岭土则为白色。

（1）蒙脱土

蒙脱土是一种硅酸盐天然矿物，其是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积构成的土状矿物。蒙脱土应用广泛，尤其通过无机和有机方法改性后，强化了特有的性能，更进一步扩大了应用领域，发展前景良好。

（2）伊利石

伊利石一般是由白云母、钾长石等风化和其他矿物的蚀变所得。伊利石具有过渡性，可形成其他粘土矿物。质纯磨细的伊利石呈白色﹐如不纯时可呈绿、黄等色。

（3）高岭土

高岭土大多无光泽，质纯时呈白色，有杂质时也呈黄、灰等色。其密度约在2.54~2.60g/m³，熔点约为1785℃。中国高岭土主要产自粤、陕、闽、赣、湘、苏，该六省高岭土产量占全国的84.55%。

2、聚羧酸减水剂的研究与发展

自从日本于20世纪80年代早期研究出性能较高的聚羧酸减水剂以来，该减水剂已获得巨大发展。T.Hirata等学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，利用聚合反应得到了分子量相异的聚羧酸减水剂。通过对聚羧酸减水剂结构的研究，T.Hirata发现连接在聚羧酸减水剂的分子量分布和主链亲水性基团的数目对其性能有巨大的影响。另有JPlank等学者研究表明从合成工艺、分子结构等方面进行研究，合理设计分子结构，可合成甲氧基为侧链支链封端和羟基为支链封端的聚羧酸减水剂，实验表明，此类减水剂分散性能优异并且具有保坍性。

日本和欧美国家对聚羧酸减水剂的研究早于国内。但是近年来，我国关于聚羧酸减水剂方面的文献、专利已经获得长足的进步，正在不断缩小与国外的差距。马保国等通过大分子单体的自由基聚合，制出具备良好分散性、保坍性、满足高强度混凝土要求的聚羧酸减水剂。该减水剂改善了混凝土的自收缩，通过分子中的各种官能团之间的相互作用来抑制早期水化。研究表明，此减水剂缓凝作用显著，并且不影响后期的强度发展。

聚羧酸减水剂在实际应用中非常广泛并且还在持续发展，因此研究聚羧酸减水剂的性能以及其在实际应用中出现的问题是非常有意义的。

3、粘土矿物对聚羧酸减水剂的影响

3.1 泥粉的层状结构对聚羧酸减水剂的吸附作用

王林等学者认为，泥将聚羧酸减水剂吸附到其层间结构中，导致减水剂分散性能的降低。从分子结构的角度出发，泥对不同类型含有梳型侧链结构的聚羧酸减水剂影响很大，因为泥粉中的粘土矿物层间结构恰好和其侧链结构匹配，使得聚羧酸减水剂以化学吸附而非电荷吸附插层在粘土矿物表面。泥自带的吸附能力与疏水基定向的吸附能力一起发挥作用，再加上聚羧酸减水剂和金属阳离子的螯合是泥吸附聚羧酸减水剂的原理。

3.2 粘土对聚羧酸减水剂塑化性能的影响

泥的矿物组成及结构是影响聚羧酸减水剂塑化性能的直接因素。砂浆的流动性是反映聚羧酸减水剂塑化效果最重要的指标之一，而水灰比和减水剂掺量是影响砂浆流动性的重要因素。赵爽、沙建芳等学者从固定水灰比和减水剂掺量、固定水灰比和砂浆流动性两个方面进行了研究比较。研究表明，提高粘土在水泥砂浆中的掺量，将弱化砂浆的流动性，造成更大的经时损失；若要保持流动性，需加大聚羧酸减水剂的使用量。马保国等学者认为泥的矿物结构极大地影响了聚羧酸减水剂的减水性能，蒙脱土对聚羧酸减水剂塑化效果影响最大，高岭土次之，伊利土最小。

3.3 泥粉对其他高效减水剂分散性能的影响

粘土矿物不仅对聚羧酸减水剂的分散性能有影响，对其他混凝土减水剂也有不同程度的影响。李国新等研究了泥粉对水泥浆体（掺和各类高效减水剂）流动性的影响，他们选用了三种高效减水剂，分别是萘系高效减水剂（液体，固含量40%）、氨基磺酸盐减水剂（液体，固含量30%）、聚羧酸减水剂（液体，固含量20%）。该研究表明，当没有泥粉掺入三种不同减水剂影响的水泥浆体时，所有浆体的初始流动性都较好。当掺入含沙量为1%~9%的泥粉时，所有浆体的初始流动性都受到了极大的影响，普遍下降，且经时损失增大。在掺泥量为7%时，使用了氨基磺酸盐减水剂的水泥浆体虽然流动性能没有下降，但是经时损失却增大许多；在掺泥量为5%时，使用了萘系高效减水剂的水泥浆体完全失去流动性；而使用了聚羧酸减水剂的水泥浆体在掺泥量为3%时就已经失去流动性。

不同高效减水剂对掺有泥粉的水泥浆体流动性产生的影响有差异，主要是因为泥粉较为容易吸附聚羧酸高效减水剂，而泥粉对萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂的吸附能力相对不强。程勋等学者进行了泥与聚羧酸减水剂的相容性试验，结论得出，聚酯类聚羧酸减水剂比聚醚类聚羧酸减水剂更加敏感。

3.4 泥含量对掺聚羧酸减水剂的混凝土强度的影响

根据工程实际和文献记载，粘土对掺高效减水剂的混凝土强度有负面影响。王冠锋等学者对此进行了相关研究，他们采用了高强混凝土配合比——水泥∶砂∶石∶水=466∶586∶1089∶205，并分别以0.5%、1.0%、1.5%三种不同的掺量掺加聚羧酸减水剂，分别检测了混凝土7d和28d的强度。试验结果表明，当聚羧酸减水剂掺量一定时，随着含泥量的增加，混凝土7d和28d的强度逐渐降低。当含泥量小于2.0%时，强度保持稳定；当含泥量大于2.0%时，强度快速降低；当含泥量小于3.0%时，混凝土的28d强度受影响较小；而大于3.0%时，含泥量的增加将导致混凝土的28d强度大幅下降。

部分或整体的减水剂被粘土吸附，导致了混凝土抗压能力的减弱。被吸附的聚羧酸减水剂由于无法发挥作用，所以降低了水泥浆体的流动性，为了保持流动性，则需加入额外的水，导致了水灰比的增加，从而影响了抗压强度。同时，因为加入的泥变多，被吸附的聚羧酸减水剂的量也增多，也增加了用水的需求，从而导致了抗压强度的下降。

4、总结

在工程实际中，配制混凝土时常常会掺入泥，其中的粘土矿物则对性能优越的聚羧酸减水剂的塑化性能、分散性能等造成影响，并且导致混凝土强度的下降。其中不同的粘土矿物对减水剂的影响相异，蒙脱土对聚羧酸减水剂的影响最大，高岭土次之，伊利土最小，这些差异尤其体现在塑化性能上。同时粘土矿物也对不同减水剂的影响存在差异，其中最为敏感的是聚羧酸减水剂，萘系减水剂次之，氨基磺酸盐减水剂最不敏感。粘土矿物对聚羧酸减水剂的吸附作用是这些不良影响的主要原因，而这一点正是由于聚羧酸减水剂的分子结构和粘土矿物的层间结构恰匹配（尤其是侧链封端为梳状的）。因此可以通过研究聚羧酸减水剂的分子结构，来降低与粘土矿物的这种吸附效应，从而提高聚羧酸减水剂的性能和实际工程适用能力。

作者：施佳杰，潘犇，潘建，石荣丰，孙世庆，张士萍，如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时联系，我们将尽快处理。