​砂子含泥量對摻用聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響及有效對策

  ［摘要］本文試驗了混凝土中砂子的不同含泥量對摻聚羧酸減水劑的混凝土性能的影響，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過大量的試驗，

  研制出一種能有效減小混凝土中砂子含泥量對聚羧酸減水劑性能的影響的助劑。

  ［關(guān)鍵詞］ 含泥量；聚羧酸減水劑；萘系減水劑；助劑

  0 前言

  作為混凝土重要組成部分的細(xì)骨料占混凝土體積的30%左右，其各項性能的好壞直接影響到混凝土的早期工作性能及硬化后的力學(xué)性能等。大量文獻(xiàn)研究了混凝土中細(xì)骨料的泥含量對摻萘系減水劑混凝土力學(xué)性能等的影響，只有少量文獻(xiàn)研究聚羧酸減水劑與混凝土中細(xì)骨料含泥量的相容性。我國聚羧酸減水劑的研究始于20 世紀(jì)90 年代中后期，其工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用始于21 世紀(jì)初期，其推廣應(yīng)用進(jìn)程目前正以人們始料不及的速度迅猛發(fā)展。目前一些鐵路客運專線，南水北調(diào)、港口碼頭、水電大壩、市政工程等許多重點工程中得到廣泛使用。工民建工程中對混凝土原材料質(zhì)量控制沒有大型工程及重點工程中嚴(yán)格，聚羧酸減水劑與骨料的含泥量的適應(yīng)性好壞直接影響到聚羧酸減水劑的推廣。少量有關(guān)文獻(xiàn)介紹，聚羧酸減水劑對混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量對混凝土的影響是很大的，從混凝土工作性來說，它影響了混凝土的坍落度及坍落度損失，從混凝土的力學(xué)性能來說，當(dāng)砂子含泥量超過3% 就會對混凝土強度有影響。目前還沒有一種有效的辦法來解決此問題，只能通過提高聚羧酸減水劑的摻量來解決，但提高了聚羧酸減水劑的摻量同時也提高了每方混凝土的成本。針對此問題筆者經(jīng)過大量的試驗研究，研制出一種抑制骨料含泥量影響的助劑，用它與聚羧酸復(fù)配后能有效抑制混凝土骨料中含泥量對聚羧酸減水劑用量的影響，降低聚羧酸減水劑的摻量，保持聚羧酸減水劑的使用效能。

  1 試驗原材料

  水泥：濰坊產(chǎn)的山水牌P.O42.5R 水泥；

  粉煤灰：濰坊電廠產(chǎn)Ⅰ級粉煤灰；

  砂子：濰坊安丘產(chǎn)河砂，細(xì)度模數(shù)為2.7 的中砂；

  石子：濰坊本地產(chǎn)5～31.5mm；

  水：自來水；

  泥：從混凝土攪拌站水洗砂的泥沉積池中選取，選取了池子的不同地點的泥。然后在太陽下自然干燥，再研碎，使泥回

  復(fù)到原來的狀態(tài)；

  減水劑：山東恒健新材料技術(shù)研究有限公司生產(chǎn)的聚羧酸

  減水劑JSPC, 減水劑的含固量為20%；

  Z 劑：是一種專門針對骨料中泥土吸附而研制出的材料，它具有保坍性，但本身沒有減水效果。

  2 Z 劑機理試驗

  不難想到，骨料（主要是砂子）含泥量顯著影響聚羧酸減水劑效用和摻量的原因是很細(xì)的泥土對聚羧酸減水劑會有很強的吸附作用，消耗掉了相應(yīng)減水劑用量的效能。也不難想到，Z劑的作用機理就是能夠屏蔽或阻隔泥土對減水劑的吸附，這很可能是泥土對Z 劑有更強或更快的吸附作用所致，亦即泥土?xí)x擇性地優(yōu)先吸附Z 劑，從而減少了對減水劑的吸附。鑒于進(jìn)行吸附試驗研究的難度和工作量很大，筆者單位也缺乏相應(yīng)研究試驗條件，筆者暫且還未能進(jìn)行直接認(rèn)證相關(guān)吸附機制的研究工作。但還是進(jìn)行了力所能及的一些間接的論證試驗研究，并有所收獲。

  筆者認(rèn)為，有關(guān)的選擇性吸附機制，通過土工學(xué)測試土的液塑限的試驗方法安排進(jìn)行一些對比試驗，是應(yīng)該有所反映，可以窺見其端倪，乃至對最終的效果方面取得一些定性和定量的判斷認(rèn)識的。為此，筆者參照土工試驗規(guī)范《GB-7/50123-1999》，在試驗方法上略作改動，把減水劑和Z 劑分別或共同引入試驗（模擬混凝土中減水劑和/ 或Z 劑的摻用情況），進(jìn)行了土的液塑限測定的系列對比試驗。試驗中，把水和泥，摻加或不摻加減水劑和/ 或Z 劑，倒入凈漿攪拌鍋中，攪拌4min 后直接按規(guī)范測定土的液塑限數(shù)值。先在不摻減水劑和Z 劑的空白試驗中，通過調(diào)整用水量，把土的液限和塑限分別控制在38% 和21%，把這個用水量作為基準(zhǔn)用水量。然后再進(jìn)行摻減水劑或/ 和Z 劑的對比試驗。6 組對比試驗測定結(jié)果如表1所示。

  從表1 結(jié)果可以看出，單摻Z 劑后土的塑性指數(shù)值最大，其次是聚羧酸系高效減水劑與Z 劑按9:1 復(fù)合的，最低值是單摻聚羧酸系高效減水劑的。從取得液塑化效果來看，單摻聚羧酸系高效減水劑時需要的減水劑摻量最大，復(fù)合摻用聚羧酸系高效減水劑和Z 劑則減水劑需用量降低，而聚羧酸系高效減水劑與Z 劑復(fù)配比例為8.5：1.5 時效果最佳，其次是復(fù)配比例為9：1者，復(fù)配比例為8：2 時又略差些。整個對比試驗可以證實，Z劑與聚羧酸減水劑適當(dāng)復(fù)配使用，可以有效抑制土對減水劑的吸附，使減水劑摻量明顯降低。后續(xù)的水泥凈漿試驗和混凝土試驗進(jìn)一步確認(rèn)了這些效果。

  3 水泥凈漿試驗

  3.1 試驗配比表及試驗結(jié)果

  水泥凈漿試驗按照《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進(jìn)行，泥按內(nèi)摻法摻入水泥中。

  3.2 分析

  (1) 從表2 可以看出與純水泥比，內(nèi)摻5% 泥后減水劑的摻量提高30% 后才能控制凈漿流動度損失。

  （2）從表2 可以看出與純水泥比，內(nèi)摻10% 泥后減水劑的摻量提高90% 后才能控制凈漿流動度損失。

  （3）從表3 可以看出，聚羧酸減水劑與Z 劑復(fù)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% 都能很好地控制凈漿流動度損失。

  （4）從表2、表3 可以看出，聚羧酸減水劑與Z 劑復(fù)配后與單摻聚羧酸減水劑相比，摻量可以大幅度降低，且效果非常好。

  4 混凝土試驗

  4.1 砂子含泥量對摻聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響

      大量文獻(xiàn)在配合比設(shè)計時對砂子含泥量的考慮上，都是按5% 的遞增方式，筆者在砂子含泥量設(shè)計時按2% 遞增。試驗中全部使用水洗砂、石，然后再用人工方法把砂子的含泥量調(diào)整到試驗需要的含泥量。為了讓試驗更有代表性，先把砂子和泥均勻地混合好后，再在它們表面灑一些水，使他們能充分的濕潤，這樣泥就能更好地粘在砂子表面，然后再自然曬干進(jìn)行試驗。這樣就保證了試驗中泥在砂子的狀態(tài)和現(xiàn)實中的狀態(tài)相接近。該試驗中混凝土配合比見表4。對同一水膠比混凝土，外加劑摻量固定。預(yù)先通過試拌確定外加劑的適宜摻量，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 試驗結(jié)果

  4.2.1 砂子含泥量對混凝土工作性的影響

  把沙子中的泥作為一種劣質(zhì)材料考慮，砂子、石子的含泥量若超標(biāo)1%，大致都帶入10kg/m3 的含泥量，約為粉煤灰用量的1/10，對混凝土強度和坍落度的不利影響與粉煤灰的品質(zhì)降低的影響近似，所以就按導(dǎo)致降低粉煤灰等級來處理。粉煤灰的等級降低必定影響混凝土的用水量，為了試驗中強度和坍落度的可比性，在外加劑的摻量上做了幾次試拌后確定了外加劑的摻量。這樣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。砂子含泥量對混凝土工作性影響的實驗數(shù)據(jù)見表5。

  4.2.2 砂子含泥量對混凝土強度的影響

  見圖1～3。

  4.3 砂子含泥量對摻聚羧酸高效減水劑混凝土性能影響的有效對策

  為了試驗數(shù)據(jù)具有實用性，下面試驗中的原材料都是來自混凝土攪拌站，砂子的含泥量是做試驗前現(xiàn)場所得，石子的含泥量忽略不計，試驗配比見表6。

  4.4 分析

  （1）從表5 可以看出，當(dāng)砂子含泥量在3% 以下時對混凝土流動度及流動度損失的影響很小。當(dāng)砂子含泥量超過3% 時減水劑的摻量不變時對混凝土的工作性影響很大。

  （2）從圖1 ～3 可以看出當(dāng)砂子含泥量在2% 以下時，對混凝土的強度基本沒有影響，當(dāng)砂子含泥量超過2% 時對混凝土的強度就有明顯的影響。

  （3）從圖1、圖2 可以看出，當(dāng)砂子的泥含量提高2% 時混凝土的強度就降低5% 左右。

  （4）從表7 的混凝土工作性可以看出聚羧酸減水劑與Z 劑復(fù)配后的最佳比例是9∶1，此時摻入混凝土中的量是最低，且混凝土坍落度損失小。

  （5）從表6 可以看出純聚羧酸高效減水劑摻入混凝土中的量比用其和Z 劑復(fù)配后摻入混凝土中的量明顯高，大約高出30%。

  （6）從表7 混凝土強度可以看出，用Z 劑與聚羧酸減水劑復(fù)配后與純聚羧酸減水劑的混凝土強度來看基本沒有差別，這說明Z 劑不會影響混凝土強度。

  5 工地現(xiàn)場驗證試驗

  下面試驗數(shù)據(jù)是在攪拌站現(xiàn)場試驗并摘錄的，試驗材料全部來自攪拌站中。試驗地域非常有代表性，山東地區(qū)的砂石料都非常好，含泥量很小一般都在3% 之內(nèi)，而河北地區(qū)的砂子太細(xì)，需要加入人工砂，骨料的含泥量很高，一般都在5% 左右，北京地區(qū)由于原材料緊缺，骨料都很差，使用大量的人工砂，骨料的含泥量更大，一般都超過5%。

  5.1 試驗結(jié)果

  見圖4～6。

  在試驗中發(fā)現(xiàn)，測試完混凝土的初始坍落度后過半個小時，混凝土就慢慢地變干了，目測覺得混凝土坍落度已經(jīng)完全損失。但在攪拌鍋攪拌一下混凝土流動性又恢復(fù)，而且一個小時的流動性比半個小時時還好。

  5.2 分析

  (1) 從表8 可以看出，無論是河北、北京、山東地區(qū)，對于C30、C40 混凝土，聚羧酸減水劑與Z 劑復(fù)配后摻量明顯降低，

大約是萘系摻量的1/3，是純聚羧酸減水劑摻量的2/3，且效果也比萘系減水劑和純聚羧酸減水劑好。

  (2) 從圖4～6 可以看出無論是C30 混凝土還是C40 混凝土，聚羧酸減水劑與Z 劑復(fù)配后與萘系減水劑、純聚羧酸減水劑相比，7 天、28 天強度都沒有區(qū)別。

  6 結(jié)語

  （1）當(dāng)砂子含泥量在3% 以下時對混凝土強度沒有太大影響，但混凝土坍落度隨著含泥量的增加而降低。

  （2）當(dāng)砂子含泥量在3% 以上時，在此基礎(chǔ)上, 砂子含泥量每增加2%，混凝土強度就降低5% 同時減水劑的摻量也得提高0.1% 左右。

  （3）Z 劑與聚羧酸高效減水劑的復(fù)配比例是可以隨時調(diào)整的，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場原材料的情況而調(diào)整。

  （4）用Z 劑與聚羧酸減水劑復(fù)配使用，可以有效地抑制砂子含泥量對摻聚羧酸高效減水劑混凝土的影響，從而提高聚羧酸高效減水劑在工民建中的推廣。

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