当混凝土减水剂遇上砂石料中的泥土 会有怎么样的反应

       减水剂是一种新型环保的减水剂,是国内外减水剂研究的热点,同时也被认为是继钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土技术后的第三次混凝土技术突破。其中以减水剂为突出，然而近年由于环保形势，水泥、砂石等材料质量波动较频繁，由于对上述材料的敏感性等因素，然而，当混凝土减水剂遇上砂石料中的泥土，应该怎么办呢?

　　除水泥、砂、石和水之外现代高性能混凝土中必不可少的第五组分。其中系高性能减水剂、萘系高效减水剂是工程中使用为广泛的两种外加剂，尤其高性能减水剂具有掺量低、分散性能好、减水率高、增强效果显著、保坍性能优异等诸多优点。

　　然而实际工程中，减水剂的使用性能却受到诸多因素影响，特别是砂石原材料中含泥量对其减水性能影响。使用含泥量较高的砂石，要达到相同的流动度，减水剂的掺量需要提高30%-50%，甚至成倍增加。这不仅使得系减水剂在施工过程的控制难度加大，更是大大提高了成本投入，这对减水剂的广泛应用产生了很大的负面影响。因此，有必要研究砂石含泥量对减水剂的影响，探索其对减水剂性能影响规律和影响机制，并获取允许掺入的砂石含泥量，以期为高性能减水剂、萘系高效减水剂在工程中的应用提供理论指导。

　　一、 试验原材料

　　1.1 水泥：普通硅酸盐P·O42.5水泥，其物理性能。

　　1.2 普通河砂：其物理性能见，砂级配分析见。

　　不同含泥量砂通过原始砂和黄泥计算调整。原始砂为中砂，含泥量为3.4%。试验用砂含泥量高于原始砂含泥量时，重新洗干净砂，加入黄泥进行人工配制;试验用砂含泥量低于原始砂含泥量时，经计算黄泥添加量，以满足试验含泥量需求。

　　1.3 减水剂：高性能减水剂，液态，固含量39%;萘系高效减水剂，粉状。

　　1.4 泥：黄泥，经烘干、人工粉磨成粉末状。

　　二、 试验方案

　　2.1 砂浆中砂含泥量对减水剂效果影响研究

　　根据工程实际应用情况，分别选取砂含泥量(掺量分别为0.0%、1.4%、2.5%、3.0%、3.4%、4.4%、5.4%)时，对不同掺量高性能减水剂(掺量为0.20%、0.26%、0.32%、0.38%)、萘系高效减水剂(掺量为0.50%、0.75%、1.00%、1.25%)的减水效果影响。以胶砂流动度达到(180±5)mm为基准，测定砂浆中高性能减水剂、萘系高效减水剂的减水率，并进行机理与敏感性分析。

　　2.2 集料含泥量对混凝土中减水剂效果影响、混凝土力学性能影响

　　选择萘系减水剂掺量为0.75%，减水剂的掺量为0.32%，研究集料含泥量(掺量0.6%、1.4%、2.5%、3.0%、3.4%、4.4%、5.4%)对混凝土拌合物中减水剂的减水率、硬化混凝土强度的影响，从而得出砂含泥量的控制限量。

　　混凝土按照某工地实际配合比进行配制，以混凝土拌合物达到同一坍落度(100±5)mm为基准，测定混凝土中减水剂的减水率。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002测定标准养护7d和28d后的混凝土立方体抗压强度。

　　三、 结果与分析

　　3.1 砂含泥量对减水剂减水性能影响

　　砂含泥量、高性能减水剂掺量对其减水性能影响。砂含泥量、萘系高效减水剂掺量对其减水性能影响结果。

　　随着砂含泥量的增大，高性能减水剂均呈现先缓慢减小，再快速降低，后趋于稳定的趋势。砂含泥量在0.0%~2.5%时，减水率缓慢减小;砂含泥量从2.5%增加至3.4%过程中，其减水率快速减小;随后随着含泥量继续增加，其减水率趋于稳定。砂含泥量在3.4%时，高性能减水剂的减水率低。

　　众所周知，减水剂的减水机理主要是空间位阻效应的发挥，其分子结构中主链上的羧酸根等基团吸附在水泥颗粒表面，侧链伸向溶液中，从而实现水泥颗粒的分散。而砂中的泥土自身的吸附性与疏水基的定向吸附共同作用及黏土中的金属离子与的螯合作用可能是黏土吸附减水剂的机理。由于黏土对减水剂的吸附作用导致吸附于水泥颗粒之间发挥空间位阻、静电斥力、引气隔离等作用的高性能减水剂减少，减水剂对水泥的分散效果降低，其减水效果下降。试验结果表明，当砂含泥量较低(掺量小于2.5%)时，黏土的吸附作用并不显著，减水剂的减水率略有降低。随着含泥量的增加(掺量在2.5%~3.4%)，被吸附的大分子增多，减水性能明显降低。当含泥量大于3.4%时，黏土的吸附作用趋于饱和，减水剂的减水率也趋于稳定。

　　砂中含泥量在1.4%~2.5%范围内，萘系减水剂的减水率与砂含泥量呈现正相关的趋势;砂中含泥量在2.5%~3.4%范围内，萘系减水剂减水率随含泥量的增大而减小;砂中含泥量大于3.4%时，砂含泥量对萘系减水剂的减水率的影响逐渐减低。由此可知：黏土层间结构对萘系减水剂分子的吸附作用较小，相反，含有一定量的黏土，反而能够更好的发挥萘系减水剂的减水效果。

　　另外，萘系减水剂掺量在1.00%~1.25%时，随着砂含泥量的增大，其减水率均在20%上下小幅波动。表明砂含泥量对大掺量萘系减水剂的减水效果无显著影响。

　　3.2 减水剂减水效果对砂含泥量敏感性分析

　　敏感性是指影响因素(自变量)的变动对被影响因素(因变量)变动的影响程度大小。如果影响因素较小的变动引起被影响因素较大的变动，就称之为被影响因素对该影响因素的敏感性强。反之则称之为敏感性弱。通常用敏感性系数S来衡量敏感性的强弱。

　　其中脚标0表示变动前的数值，也即基数。S表示敏感性系数，Sx、Sy、Sz分别表示x、y、z的敏感性系数。在一元函数情况下则有：

　　由此可见，敏感性系数也可以表述为被影响因素的变动率与影响因素的变动率之比，比率越大则敏感性越强。

　　不同砂含泥量下，系减水剂、萘系减水剂的敏感系数变化

　　随着砂含泥量增大，减水剂的敏感系数Sx经历了保持稳定，快速增大再快速减小，后趋于稳定的四个阶段。当砂含泥量小于2.5%和大于4.4%时，减水剂对含泥量敏感性较弱;当砂含泥量为3.4%时，减水效果对砂中含泥量敏感。另外可以发现，减水剂掺量越大，砂含泥量对其减水率的影响越大。

　　随着砂含泥量增大，萘系减水剂的减水效果敏感系数Sx呈现出现快速增大再逐渐减小的趋势。当含泥量在3.0%~3.4%范围内，萘系减水剂的减水效果敏感性大。当含泥量小于3.0%时，大掺量萘系减水剂对含泥量敏感性较小。对比可知，当砂含泥量高于3.0%时，减水剂的减水率对砂石含泥量的敏感性高于萘系减水剂。当砂含泥量低于3.0%时，减水剂减水率对砂含泥量的敏感性则低于萘系减水剂。

　　3.3 集料含泥量对混凝土性能影响

　　不同集料含泥量(掺量为0.6%、1.4%、2.5%、3.0%、3.4%、4.4%、5.4%)下，混凝土拌合物中减水剂的减水率、硬化混凝土立方体抗压强度。

　　随着集料含泥量的增加，掺量为0.75%的萘系减水剂减水率呈现先增大，再逐渐平稳的趋势;集料含泥量为2.5%时，减水率达到大值16.5%。随着集料含泥量的增加，掺量为0.32%的减水剂减水率呈现先降低，终趋于平稳的趋势;集料含泥量为0.6%时，减水剂的减水率达到大值25.2%。集料含泥量从2.5%增加至3.4%过程中，减水剂的减水率从23.6%下降至13.4%，降低43%。集料含泥量增至3.4%后，萘系减水剂与减水剂的减水率相近。

　　比较掺两种减水剂的混凝土在不同集料含泥量下标准养护7d、28d后的立方体抗压强度可知，掺量0.75%的萘系减水剂及掺量0.32%的减水剂混凝土7d立方体强度均与集料的含泥量负相关;其28d立方体强度随着含泥量的增加呈现先降低再增加后降低的趋势。标准养护7d、28d后，掺量0.75%的萘系减水剂混凝土试块强度都高于对应掺量0.32%的减水剂的混凝土试块强度。造成混凝土抗压强度下降的原因是减水剂被黏土吸附后，要使配制的混凝土拌合物达到同样的流动性，需要增加用水量，从而增大了混凝土拌合物的水灰比，导致硬化混凝土抗压强度的降低。

　　3.4 混凝土性能对集料含泥量敏感性分析

　　3.4.1 减水剂减水效果对集料含泥量敏感性分析

　　以集料含泥量为自变量，分别以混凝土中萘系减水剂、系减水剂的减水率为因变量，利用式(5)~式(7)计算得出减水剂减水率敏感系数

　　当集料含泥量高于3.0%时，掺0.32%的减水剂对集料含泥量的敏感性高于掺0.75%的萘系减水剂对集料含泥量的敏感性。当集料含泥量低于3.0%时，掺0.32%的减水剂对集料含泥量的敏感性则低于掺0.75%的萘系减水剂对集料含泥量的敏感性。减水剂减水率对集料含泥量敏感系数峰值较萘系减水剂减水率对集料含泥量敏感系数大约200%。

　　3.4.2 混凝土立方体抗压强度对减水剂敏感性分析

　　以混凝土中减水剂减水率为自变量，分别以混凝土7d、28d立方体抗压强度为因变量，利用式(5)~式(7)计算得出混凝土抗压强度敏感系数。

　　掺量为0.75%的萘系减水剂混凝土试块强度对萘系减水剂的减水率为12.8%时，掺萘系减水剂的混凝土试块强度对萘系减水剂的减水率敏感性高;掺量为0.32%的减水剂混凝土试块强度对减水剂的减水率为23.6%时，掺减水剂的混凝土试块强度对减水剂的减水率敏感性高。掺减水剂的混凝土试块强度对减水剂减水率的敏感性远远高于掺萘系减水剂的混凝土试块强度对萘系减水剂减水率的敏感性。

　　四、 结论

　　4.1 砂含泥量为3.0%~3.4%时，减水剂的减水效果对砂含泥量的敏感性高。

　　4.2 砂含泥量为3.4%时，减水剂的减水效果对砂的含泥量的敏感性较萘系减水剂高;且随着减水剂掺量的增加，砂含泥量对其减水效果影响增大。

　　4.3 大掺量萘系减水剂对含泥量敏感性较小。含有微量的黏土，能够提高萘系减水剂的减水效果。