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    砂石含泥量對聚羧酸高性能減水劑性能的影響

    文章出處:百度資訊 人氣:1704 發表時間:2018-11-12
      混凝土原材料中砂石所含的“泥”一般是指按規定要求可以從砂石中沖洗出來的,粒徑在規定數值以下的黏土、塵屑和淤泥。塵屑是指粒徑小于某一規定限值的非礦物及小云母片等,含量一般較小。淤泥是指顆粒大小介于黏土和砂子的土粒,在土力學中規定粒徑大小在0.0005~0.0050mm范圍內的原生礦物質微粒。而黏土則是指巖石在經過長期風化和化學作用后,變質所形成的粒徑小于0.005mm的微小顆粒。從結構上看,黏土是一種成層狀或層鏈狀分布的硅酸鹽礦物集合體;從礦物組成成分上看,黏土主要有高嶺石、蒙脫石以及伊利石三種類型基。因此,黏土具有礦物種類多和結構各異的特點。砂石中的黏土僅出現一種礦物成分的情況是很少的,一般是與其伴生的多礦物集合體。聚羧酸減水劑的分子呈梳狀結構,主鏈吸附在水泥顆粒表面上,長鏈則深入水中,在空間位阻和靜電斥力的作用下,表現出良好的分散性。從黏土礦物的微觀結構特點,可以知道黏土礦物結構中層間有一定的吸附作用。研究說明,黏土礦物這種層間結構的吸附作用對聚羧酸減水劑分子的吸附很強,導致聚羧酸減水劑分子的一部分被吸附進黏土礦物的結構層中,有時甚至整個聚羧酸減水劑分子都被吸附進去。導致在水泥體中起分散作用的“有效分子”數量減少,在很大程度上抑制了聚羧酸減水劑的分散效果,降低減水率,直接影響聚羧酸減水劑的性能。砂石表面吸附的泥土成分主要為黏土,因此在制備混凝土時砂石含泥就會影響聚羧酸減水劑的性能。而且集料中的含泥量越高,黏土對減水劑和水的吸附就越大,漿體流動度減??;同時黏土會降低混凝土顆粒間的粘結,并在其中形成“空域”,這是含泥量影響混凝土強度的原因。在使用減水劑之前往往需要進行混凝土試配試驗來確定最佳的摻量,但該類試驗一般不考慮含泥量、石粉含量等因素對聚羧酸減水劑、混凝土性能的影響,這樣難免出現在同一混凝土配比和同一聚羧酸摻量下,混凝土性能不同的問題。因此,本文通過試驗研究砂石含泥量對聚羧酸高性能減水劑性能的影響,從而為工程施工提供理論依據。

      1砂石含泥量對摻聚羧酸減水劑混凝土性能的影響

      1.1混凝土抗壓強度指標隨含泥量的變化

      通過抗壓試驗測定了在4種不同水灰比條件下5組不同含泥量混凝土試樣的抗壓強度指標,如表1所示。根據表1繪制如圖1的曲線,以便看出混凝土強度指標隨含泥量的變化趨勢。分析圖1可知,含泥量在0.8%~2%范圍時,摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的抗壓強度隨含泥量的升高均有波動,曲線較平緩。這說明含泥量在0.8%~2%變化范圍內時,混凝土強度隨含泥量增大變化不夠明顯。因此,含泥量在0.8%~2%范圍內對摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的抗壓強度影響不大,有時甚至隨含泥量的增大而提高。原因是黏土對減水劑和水分有吸附能力,正是這一種能力使得黏土把混凝土拌料中一小部分的減水劑和水吸到結構內部或表面,致使拌料中的水泥的分散和水化受到影響。當含泥量較小時,黏土對減水劑和水分的吸附能力較弱,同時黏土在混凝土漿體中比較分散,導致黏土對混凝土的強度影響不大。此外,隨著水泥的水化反應,水泥漿不斷變稠、凝結硬化,在硬化的過程中漿體會發生收縮。例如化學收縮,即水泥漿體在水化過程中發生的體積收縮;由環境溫濕度變化引起水泥石內部水分的流失而產生的失水收縮;由于干燥和碳化引起的收縮等。這些收縮將會伴隨水泥漿體整個水化和凝結硬化過程,隨著由收縮引起的微小空洞和隙縫的發展,經過一段時間,水泥漿體會慢慢地被破壞。在這種情況下,少量的泥土顆粒在水泥漿體初期,不僅可以填補剛出現的空洞及微裂縫,使水泥漿體的密實度增加,還可以防止微裂縫的進一步發展。因此,當集料的含泥量較低時,含泥量在一定程度上可以提高混凝土的抗壓強度。



      含泥量在2%~5%范圍時,摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的抗壓強度隨含泥量的增大而降低,曲線較陡。原因是隨著含泥量增大,混凝土拌料所含的黏土量增多,這時黏土不但對減水劑和水分的吸附增強,而且黏土會包裹水泥,其所包含的有機物雜質會對水泥的水化反應產生影響,從而在一定程度上減弱了水泥的粘結力;另外由于黏土包含礦物的層狀結構,使得水分能夠進入到結構內部,這種膨脹性、收縮性產生的后果是混凝土試塊硬化后收縮變大,試塊密實度降低,這種影響隨著含泥量增大更為明顯。因此,當含泥量高的時候,混凝土抗壓強度下降幅度大,混凝土強度隨含泥量變化曲線較含泥量低的時候下降更為急劇。綜上所述,含泥量在一定范圍內(<2%)時,摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的抗壓強度受到的影響不大,或在一定程度上提高混凝土的抗壓強度。當含泥量在3%以上時,混凝土抗壓強度下降的趨勢更為明顯。雖然不同水灰比的混凝土試塊的強度值隨含泥量的升高而降低,但是不同強度的變化曲線形狀仍然存在明顯的差異,由此可見混凝土試塊強度受到的影響程度不相同。原因可能是聚羧酸減水劑與水灰比的適應性不同,聚羧酸高性能減水劑對不同水灰比的混凝土強度也產生了影響。

      1.2混凝土坍落度指標隨含泥量的變化規律

      通過試驗測定了在聚羧酸高性能減水劑的摻量為2.2%以及不同含泥量、不同水灰比等條件下各混凝土拌合物的坍落度,如表2所示。根據表2中各組混凝土拌合物的坍落度繪制如圖2的曲線,以便看出坍落度指標隨含泥量的變化趨勢。分析圖2可知,水灰比分別為0.5、0.45、0.40、0.35時,摻聚羧酸高性能減水劑混凝土拌合物的坍落度隨含泥量變化曲線形狀相似,4種水灰比條件下的混凝土拌合物坍落度均隨含泥量的增加呈下降趨勢。



      分析其原因,可能有以下幾點:(1)由于泥土很細(粒徑小于75μm),對聚羧酸高性能減水劑有較強的吸附作用,會影響其正常發揮作用,效果相當于減少減水劑的用量,致使混凝土拌合物的需水量變大。在水用量保持不變的條件下,混凝土拌合物稠度增加,和易性下降,混凝土的流動性變差。因此,聚羧酸高性能減水劑混凝土拌合物的坍落度隨含泥量的增加而減小。(2)由于泥土顆粒的增加,漿體的表面積也會隨之增大,致使需水量變大,在用水量不變的情況下混凝土拌合物的和易性下降,最終使得混凝土的流動性隨含泥量增加而降低。由此說明,聚羧酸高性能減水劑混凝土的坍落度會隨著含泥量的增加而減小。(3)雖然泥土的顆粒粒徑小于75μm,但仍然比水泥顆粒的粒徑大很多,而且泥土顆粒表面比水泥顆粒表面粗糙,漿體內顆粒之間的摩擦力就會增大,因此增大了混凝土拌合物的流動難度,使混凝土拌合物的坍落度減小。

      總體上,含泥量在0.8%~3%時,含泥量對聚羧酸高性能減水劑混凝土拌合物流動性的影響曲線呈平穩下降的趨勢;含泥量在3%~5%時,含泥量對聚羧酸高性能減水劑混凝土拌合物的流動性影響曲線的下降趨勢加劇。這表明砂子的含泥量在3%以上時,含泥量對聚羧酸高性能減水劑混凝土拌合物流動性的影響變大,可能是由于該階段聚羧酸高性能減水劑的分散能力下降所致。

      水灰比(W/C)為0.3和0.4的曲線,含泥量在1.5%~2.0%范圍內時,減水率隨含泥量的上升卻略有上升,與預期結果不吻合,可能是由試驗誤差或數據的離散性造成;總體上仍體現聚羧酸系減水劑對含泥量較為敏感的特性,而且具有混凝土拌合物流動性隨含泥量的上升而降低的特點。

      2砂石含泥量對聚羧酸減水劑的適應性

      目前市場上的砂分人工砂和天然砂兩種,海砂、山砂及河砂屬于天然砂,人工砂中含有石粉等對混凝土性能不利的因素,而且價格比河砂高,因此大多使用河砂來制備混凝土。當河砂的顆粒級配達不到要求時,可采用混合砂,即把河砂和人工按一定比例混合使用。經研究發現,砂石中含有泥會對混凝土性能等產生影響。因此,國家標準規定:當混凝土設計強度≤C25時,含泥量限值≤5%;當混凝土設計強度在C55~C30時,含泥量限值≤3%;當混凝土設計強度≥C60時,含泥量限值≤2%。在研究含泥量對聚羧酸減水劑影響時,含泥量大多按2%或5%遞增,由于所選范圍寬,所以反應出來的變化趨勢比較明顯。本文不僅以考察砂子含泥量對混凝土抗壓強度及流動性的影響為目標,也以考察在國家規定范圍內的砂子含泥量與聚羧酸系減水劑的相容性為另一目標。從圖1和圖2可以看出,聚羧酸減水劑性能受到影響大小的波動發生在含泥量為0.8%~2%、2%~3%、3%~5%這3個區域內。含泥量在這3個范圍內時,摻聚羧酸減水劑混凝土的抗壓強度和坍落度增減比例如表3所示。

      從表3可以看出,從增強效果方面來看,當砂子含泥量為2%時,其與EY-1聚羧酸高性能減水劑的適應性最好;從流動性方面來看,當含泥量為2%時,雖然混凝土流動性能已經下降,但是總體下降的幅度不大,在3%左右,不會影響混凝土的施工性能。因此,可以認為含泥量為2%時,對EY-1聚羧酸高性能減水劑的適應性最好??紤]可操作性,在應用時把含泥量控制在2%以下為宜。含泥量超過3%時,每增加1%,混凝土抗壓強度減低約5%~6%。

      3結語

      研究了在4種不同水灰比的條件下、不同含泥量對摻聚羧酸高性能減水劑混凝土性能的影響。當含泥量小于2%時,含泥量對摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的抗壓強度影響不大,有時甚至隨含泥量的增大而提高;當含泥量大于2%時,摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的抗壓強度隨含泥量的增大而降低。摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的流動性隨含泥量的增加呈下降趨勢,總體上體現了聚羧酸系減水劑對含泥量較為敏感的特性。含泥量為2%時,與EY-1聚羧酸高性能減水劑的適應性最好。在工程中,含泥量控制在2%以下為宜。本次試驗忽略了含泥量以外其他骨料性狀對試驗指標的影響,使試驗的精度降低,并且在研究砂子含泥量對聚羧酸減水劑性能影響機理時,僅是從宏觀的理論進行推斷,沒有進行微觀分析。
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