王晨晨，張明明

（長安大學 建工學院，陜西 西安 710018）

1 引言

混凝土材料是目前廣泛應用的土木工程材料，集料在水泥混凝土中的質量分數約為70%-80%，其品質優劣對混凝土性能有重要影響.由于受到生產條件的限制，集料中不可避免地含有泥，泥土顆粒的摻入會對混凝土性能造成一定的負面影響.不同礦物組成的泥對混凝土性能影響的程度有所不同，其中具有較強吸水性和膠體特性的黏土質泥對混凝土性能的影響最為顯著[1].為改善混凝土的工作性能，通常需要加入減水劑等外加劑，不同種類的外加劑對集料中泥土的敏感程度不同.由于分子結構中存在黏土吸附的功能基團，聚羧酸減水劑對混凝土中的含泥量最為敏感[2].大量研究表明，泥土顆粒會降低減水劑的減水率和分散度，對混凝土的力學性能、工作性能及耐久性均會產生影響[3-6].

泥土顆粒是指天然集料中粒徑小于75μm的顆粒，含泥量已經成為集料質量評價的重要指標.泥土顆粒易與細集料砂中的細小顆粒混雜，相較于粗集料中所含的泥更不易進行處理.所以，研究細集料含泥量對混凝土性能的影響規律尤為重要.

本文從水泥砂漿工作性能和力學性能兩個方面出發，通過水泥凈漿黏度試驗、水泥砂漿強度及流動度試驗，分析含泥量對砂漿各項性能的影響規律及影響機理，并提出最佳含泥量這一指標，為砂漿和混凝土的生產控制提供了參考.

2 試驗

2.1 原材料準備

2.1.1 水泥

西安某廠生產的P.0 42.5水泥，早期強度高、活性較好、質量穩定，化學組分如表1所示:

表1 水泥的化學組分

2.1.2 聚羧酸高效減水劑

西安某廠生產的聚羧酸高效減水劑，相關性能指標如表2：

表2 聚羧酸高效減水劑均質性指標

2.1.3 砂

采用水洗砂，其物理性能指標如下表3所示：

表3 水洗砂物理性能指標

2.2 試驗方法

水泥凈漿粘度：稱取水泥（含泥）450g，加入聚羧酸減水劑（摻量為2.2%）后，攪拌器攪拌120s，并靜置60s，利用數字旋轉黏度計NDJ-5S在恒定轉速12r/s下測定漿體的黏度.水泥凈漿的原料配比如表4所示：

表4 水泥凈漿原料配比

水泥砂漿強度：依照《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》.砂漿試件尺寸為40mm x 40mm x 160mm，養護7d和28d后，分別測定砂漿抗壓強度和抗折強度.砂漿的水泥、水及減水劑用量如表4所示，細集料表5所示（含泥量指泥占細集料質量百分比）：

水泥砂漿流動度：根據GB/T8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》在0-2.5h內每間隔0.5h測定一次砂漿在跳桌上沿相互垂直方向上的流動直徑.砂漿原料配比及細集料粒徑組成分別如表4及表5所示.

表5 細集料顆粒粒徑配比

3 結果與討論

3.1 水泥凈漿黏度試驗

減水劑對水泥體系的作用主要通過吸附于水泥表面改變水泥顆粒表面電荷性質并產生一定的空間位阻效應來使水泥顆粒之間發生相互作用，進而改變其流變性能[7].故含泥量對分散劑的影響可通過水泥凈漿的流變性質來評價，黏度是評價水泥凈漿流變性質的重要指標，反映了漿體抵抗剪切變形的能力.

通過數字旋轉粘度計測試不同含泥量的水泥凈漿在恒定的剪切速率下隨時間的變化情況，得到水泥凈漿變化曲線如圖1所示：

由圖1可知，水泥凈漿的黏度隨含泥量的增加而增加.當含泥量不超過3%時，黏度曲線較為平緩；當含泥量大于3%時，水泥凈漿黏度隨含泥量增加迅速增加，特別是當含泥量為7%時，水泥凈漿2.5h黏度達到約5500mpa·s.由此可見，當含泥量超過一定限值時，泥將會嚴重影響聚羧酸減水劑的作用效果，降低其對水泥顆粒的分散能力，使水泥凈漿粘度增大，工作性變差.

圖1 凈漿黏度在不同含泥量不同時間下的變化曲線（w/c=0.24，聚羧酸摻量為2.2%）

3.2 水泥砂漿流動度試驗

依照GB/T《混凝土外加劑勻質性試驗方法》測定不同含泥量的砂漿在水泥水化時間為 0h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h的流動度，測試結果如表6所示：

依據測試結果，繪制出水泥砂漿流動度變化曲線如圖2所示：

表6 不同含泥量的河沙在不同水泥水化時間的流動度mm

由圖2可知，隨著含泥量的增加，砂漿的流動度整體呈下降趨勢，和易性變差.當含泥量小于4.5%時，出現砂漿流動度隨含泥量增加而改善的現象；當含泥量大于4.5%以后，砂漿在不同水泥水化時間的流動度均隨含泥量增加而降低.

根據以上試驗現象，分析原因為泥土顆粒對聚羧酸減水劑的吸附能力強于水泥，故摻入的泥土顆粒對聚羧酸減水劑起到了吸附消耗作用，減少了實際發揮作用的減水劑的量，若要達到相同的減水效果需增加減水劑用量.同時，泥土顆粒具有較大的比表面積，吸附大量的拌和用水，導致砂漿流動性變差.此外，泥土顆粒表面粗糙，使得砂漿體系中各顆粒間的摩阻力增大，增加了流動的難度，流動度減小.對于試驗中流動度隨含泥量增加而增大的現象，分析原因為泥土顆粒作為一種粉體材料在砂漿體系中起到了摻合料的填充作用，調節粒徑級配，引起微集料效應，改善了砂漿的和易性.當含泥量增大，其對減水劑的吸附消耗作用居于主導地位，砂漿流動度下降.

圖2 砂漿在不同含泥量不同時間下的流動度（聚羧酸摻量為2.2%w/c=0.24）

3.3 水泥砂漿抗壓、抗折強度試驗

通過砂漿強度試驗得到不同含泥量的砂漿在7d和28d的抗壓強度和抗折強度值如表7所示：

表7 砂漿的強度（聚羧酸的摻量為2.2%）

根據試驗結果分別繪制出砂漿的抗壓強度隨含泥量的變化曲線如圖3所示，砂漿抗折強度隨含泥量的變化曲線如圖4所示：

通過分析圖3可知，2%含泥量為7d和28d抗壓強度曲線拐點.當含泥量小于2%時，砂漿抗壓強度隨含泥量增加而增加.分析原因為少量的泥土顆粒可填充水泥水化硬化初期所形成的微孔及裂縫，使砂漿強度有所增加.當含泥量大于2%時，砂漿抗壓強度隨含泥量增加不斷減小.此時，泥土顆粒的存在降低了水泥水化產物之間及其與集料之間的粘結力使強度下降.同時泥土顆粒易以泥團的形式分布于漿體中，形成強度薄弱區.此外，泥中所含的有機質等雜質會降低水泥水化速率，導致強度降低.由圖4可知，砂漿抗折強度隨含泥量增加而不斷降低，且含泥量對砂漿早期抗折強度影響更為顯著.將圖3與圖4進行對比可發現，砂漿的抗折強度對含泥量更加敏感.故在道路這類對抗折強度要求較高的結構物中需對含泥量嚴格控制

3.4 最佳含泥量

由前述分析可知，當含泥量為2%時，水泥凈漿的黏度基本不受影響，水泥砂漿流動度和7d、28d抗壓強度較不含泥砂漿均有所改善，砂漿7d抗折強度降低約7%左右,28d抗折強度基本不變.綜合考慮經濟價值和使用價值，在對抗折強度無特殊要求的工程中可選定2%為最佳含泥量.

4 結論

（1）水泥凈漿的黏度隨含泥量的增加而增大，且當含泥量大于2%以后隨含泥量增加黏度增加迅速；當含泥量小于2%時，水泥砂漿流動度隨含泥量增加而增大；當含泥量大于2%時，砂漿流動度隨含泥量增加而減小.故少量的泥土顆粒可對砂漿的流變性質起到一定的改善作用，但若含泥量超過一定限值會給砂漿流變性質帶來一定的負面影響.

（2）當含泥量小于2%時，水泥砂漿的7d和28d抗壓強度均隨含泥量增加而增大；當含泥量大于2%時，砂漿的7d和28d抗壓強度隨含泥量增加而降低；隨含泥量降低，砂漿7d抗折強度不斷減小；含泥量對砂漿28d抗折強度影響不大.

（3）本試驗探究了含泥量對水泥砂漿流變性質和力學性能的影響，并在兼顧使用要求和經濟效益的基礎上提出將2%作為一般性工程的最佳含泥量.

〔1〕王應,王智,胡倩文,等.集料中黏土質泥及其對混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報,2012,31(3):599-603.

〔2〕馬保國,嚴敏,譚洪波,等.含泥量對減水劑性能的影響規律[J].濟南大學學報（自然科學版）,2012,26(4):331-336.

〔3〕于濤,張亮,周鈺淪,等.聚羧酸外加劑與砂含泥量的適應性研究[J],混凝土,2012（3）:98-100.

〔4〕李有光,李苑,萬煜,等.泥對摻聚羧酸減水劑的水泥漿體分散性的影響[J].重慶大學學報：自然科學版,2012,35(1):86-92.

〔5〕馬保國,楊虎,譚洪波,等.黏土和石粉含量對聚羧酸減水劑的影響研究[J].混凝土,2012（5）:60-63.

〔6〕馬保國,嚴敏,譚洪波,等.含泥量對減水劑性能的影響規律[C].//中國硅酸鹽學會水泥分會第三屆學術年會暨第十二屆全國水泥和混凝土化學及應用技術會議論文集.2011.35-36.

〔7〕曹恩祥.聚羧酸減水劑對水泥凈漿體系流變性能的作用機理研究[D].清華大學,2011.