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泥的来源不同，其组分也不相同，混凝土砂石中的泥分为三大类：石灰石粉、粘土、碳酸钙。其中，石粉是机制砂中粒径小于75μm的微细颗粒，它与机制砂为同一母岩，矿物组成相同，主要成分就是CaCO3，是机制砂的级配组成的一部分。石灰石粉在混凝土中具有完善混凝土细骨料的级配，促进早期水化和阻止钙矾石向单硫型转化，提高混凝土早期强度和密实性的作用。砂石中常见的粘土有蒙脱土、高岭土和伊利土三类，这三类粘土化学组成均为硅铝酸盐，分散较细(粒径≤2μm)、亲水性强、具有胶体特性。硅铝酸盐均是由硅氧四面体晶片和铝氧八面体晶片两个基本单元组成，因为构成粘土的两种单元的比例不同便形成了性质不同的粘土类型，三种粘土的性能和结构如表1所示。 表1三种粘土的结构类型与吸水性 砂石较高的含泥量不仅严重影响混凝土的早期工作性能及后期力学性能，也造成资源和能源的严重浪费和混凝土体积开裂敏感性增大等问题。泥粉是最容易引入砂石中影响混凝土性能的物质，虽然我国有关于砂石质量的强制性标准，GB14684-2011《建筑用砂》和GB14685-2011《建筑用卵石、碎石》里将粒径在75μm以下的颗粒称为泥粉，并且严格限制了泥粉的含量，但由于骨料质量具有区域性，现场生产供应的砂石少有完全真正符合标准的，多数要因地制宜地进行调整。 （1）泥粉与聚羧酸系减水剂的作用原理研究 普遍认为，泥粉影响掺用木质素磺酸盐和萘系减水剂的的混凝土的主要原因是泥粉与水泥的吸附竞争。关于泥粉与聚羧酸系减水剂的作用原理，现在依然没有统一的解释。一部分学者认为泥粉与减水剂的作用原理和水泥类似，减水剂以阴离子基团吸附于水泥或者泥粉表面，不同的是泥粉对减水剂的吸附量以及吸附速率远大于水泥。同时，粘土矿物较高的比表面积和层状结构也吸附了较多的水分、减少了浆体中的自由水，从而直接影响到混凝土的施工性能。王子明等发现高岭土和膨润土对聚羧酸系减水剂具有强烈的吸附作用，而且吸附在初始就达到平衡。李有光等发现在饱和石灰水模拟的碱性环境中，泥对聚羧酸系减水剂的吸附很快，在6min内泥就已经达到饱和吸附，吸附量约为水泥的4倍。吴昊等指出聚羧酸减水剂性能在含泥混凝土中受到影响主要是因为泥对PC的吸附导致单位水泥量的PC占有率降低以及泥土矿物质对水分子的吸附导致流动水减少，两者共同作用导致浆体流动性能变差。马保国等发现泥对聚羧酸减水剂的吸附量大于水泥且随时间延长不断增加，随温度的升高而降低，最终达到平衡，饱和吸附量为10.1mg/g，大约使水泥的3倍左右，吸附基本符合Langmuri等温吸附模型。徐文冰等发现机制砂的MB值（测定的是石灰石粉和混入石灰石粉中的泥粉对亚甲蓝的吸附值）的变化与泥粉含量变化具有较好的相关性。另有一部分学者研究表明，PEO结构非常易于插入粘土的硅铝酸盐层间去。而且，不同类型的含有PEO侧链结构的聚羧酸系减水剂对泥都非常敏感，所以，他们认为聚羧酸系减水对泥特别敏感的原因主要是由于泥中的某些粘土质矿物非常适合于聚羧酸系减水剂的PEO侧链结构插层，结果聚羧酸系减水剂大部分以化学吸附的方式插层于粘土片层之间而不是以电荷吸附的方式吸附于粘土矿物质的表面。 D.Manning等解释蒙脱土对聚羧酸系减水剂的影响大于其他粘土矿物质的原因是由于蒙脱土较大的晶格片层结构更加有利于插层、溶胀和阳离子交换。两种说法都能够对某些实验现象进行解释，但同时又不能够解释所有的实验现象，所以关于以上两种理论的实验验证以及新的理论还有待进一步探索。 （2）不同矿物质对减水剂的性能影响 研究表明，只有具有显著膨胀性能和吸水性能的粘土质泥才会对混凝土的工作性能以及后期力学性能产生重要影响。骨料中常见的粘土质泥主要有高岭土、伊利土和蒙脱土。同一类型的减水剂对不同矿物组成的泥粉的敏感性是不同的，而这种区别对减水剂的选用和耐泥性减水剂、抗泥剂的研发非常重要。王子明和程勋发现相同水灰比和减水剂掺量下，高岭土对聚羧酸系的吸附量是水泥的数倍，而膨润土(主要成分是蒙脱土)是水泥的数十倍；膨润土对砂浆扩展度的影响也较高岭土显著。吴小琴等发现当偏高岭土掺量为5.0%时，对混凝土的流动性影响很小；当掺量为10%~15%时，混凝土的流动性有所下降。吴昊等发现不同地区的砂石料影响聚羧酸减水剂性能的程度不同。利用XRD确定砂石中泥成分主要为SiO2、长石类，云母类以及粘土类矿物等。通过对PCE-1的TOC测试得知，长石和绢云母具有较强的吸附作用，蒙脱石的吸附能力最强。马保国等通过研究聚羧酸减水剂、萘系减水剂和木质素磺酸钠在水泥、高岭土和蒙脱石颗粒表面的吸附特性，发现萘系减水剂在含泥量较大的混凝土中的应用效果优于聚羧酸系减水剂和木质素磺酸盐。Sakai等以石灰石粉模拟水泥水化体系，研究泥对聚羧酸减水剂净浆流动度的影响，发现蒙脱土的敏感程度较高岭土高。Norvell等发现掺蒙脱土的砂浆需水量在恒定砂浆流动度条件下远远大于掺高岭土与伊利土的砂浆。Munoz等发现钠蒙脱土与钙蒙脱土对混凝土强度的影响远大于伊利土与高岭土，且随着水灰比的增大，两种蒙脱土对混凝土强度的影响适当减小。Fernandes解释蒙脱土对混凝土强度的影响大于高岭土的原因是因为一方面蒙脱土的吸水能力比伊利土和高岭土强，在水灰比恒定时，引入大量的大气泡导致密实困难；要得到适宜的流动度又必须增大水灰比，这些都会导致混凝土强度降低。 另一方面是因为蒙脱土会吸附、覆盖于骨料表面或者形成松散的颗粒集合阻碍水泥与骨料之间的粘结，从而在水泥石中形成软弱的界面过渡区和空穴区，降低混凝土的密实性和强度。 （3）泥粉含量对混凝土性能的影响 混凝土的工作性能不仅影响混凝土的成型，而且影响混凝土后期力学性能和耐久性。泥粉颗粒的体积不稳定，干燥时收缩，潮湿时膨胀，随着含泥量的增加，无论是聚羧酸减水剂还是萘系减水剂，均将降低混凝土减水率、强度、坍落度等，给混凝土带来极大的破坏作用。国标《建筑用砂》(GB/T14684-2011)中规定混凝土强度等级为C30或者有抗冻、抗渗或其它特殊要求时，天然砂中泥粉含量不超过3.0%，泥块含量不超过1.0%；当混凝土强度等级小于C30时，泥粉含量不超过5.0%，泥块含量不超过2.0%。张瑞芳发现使用聚羧酸系减水剂的混凝土的抗压强度由于砂中泥粉含量的增大而降低。苗翠珍等发现使用聚羧酸系高性能减水剂生产混凝土时，砂子含泥量在3%以下时，对混凝土强度和坍落度损失影响较小；砂子含泥量超过3%时，每增加2%，强度降低超过10%，且坍落度损失较快。王冠锋等发现当泥含量达到3%时，对混凝土坍落度、强度的影响已经开始变得较为明显；泥粉含量达到10%时，在其他条件相同的情况下，混凝土拌合物的初始坍落度几乎为零。袁杰等发现高强混凝土的强度和抗渗透性随着砂石中粘土的增加逐渐下降，同时，氯离子扩散系数逐渐增大。而且粘土含量的增加对C60混凝土的影响比C30混凝土更大，特别是当碎石中粘土含量大于1.0%，砂子中粘土含量大于3.5%时，抗渗性更差。许国林等发现当砂子含泥量小于2.0%时，7天强度降低不明显，含泥量大于2.0%时，7天强度降低较快；砂的含泥量在3.0%以下时，对掺聚羧酸盐减水剂的混凝土28天强度没有太大的影响，而含泥量在3.0%以上时，砂子含泥量每增加2.0%，混凝土的28天强度就降低3.0%左右。赵尚传等发现混凝土骨料的泥粉含量为1%时，坍落度就会降低超过30%，抗压和弯拉强度都会显著下降，抗渗性无显著影响，抗冻性能降幅微小；而超过5%时，试件难以正常成型、强度显著下降、抗冻性能显著降低；而当泥粉含量达到10%时，抗渗性能明显降低。于涛等从技术与成本角度考虑，发现在实际生产控制过程中，如果使用聚羧酸系减水剂生产中低强度等级的混凝土（<>混凝土），砂含泥量控制在3.25-6.25%之间是比较合适的，混凝土拌合物状态及抗压强度均能满足要求；如果要继续减少砂含泥量，则会导致混凝土的技术和生产成本显著增加。 （4）混凝土抗泥的方法探索 泥粉对混凝土的性能危害很大。所以，科研人员和施工人员采取了各种方法来减小泥对混凝土性能的危害。L.LEI等采用甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠为阴离子单体，分别以甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯为侧链单体合成了一系列不含PEO接枝侧链的聚羧酸系减水剂。发现新合成的减水剂的耐泥性明显高于传统的含PEO侧链的聚羧酸系减水剂。潘瑞娜等建议使用不同减水率或者不同性能的聚羧酸减水剂母液复配来调节对混凝土的高含泥量适应性，也取得了一些的效果。王志林尝试将泥浆解析剂用于参用脂肪族减水剂与氨基磺酸减水剂复配的混凝土体系，发现当脂肪族减水剂与氨基的复配合比例为90:10时，泥浆解析剂掺量为5%时，减水效果和保塑性有所改善；但是泥浆解析剂对脂肪族减水剂与萘系减水剂复配体系的作用不明显。还有根据吸附差异性研发出的各种抗泥剂也取得了一定的效果。另外，通过研究混凝土的配置工艺和配合比试验，找出含泥量影响聚羧酸系减水剂适应性的程度，并根据试验结果指导实际生产，对细骨料进厂严格控制，也可以保证混凝土的各项性能满足施工及技术要求。 所以，系统研究不同种类的泥对聚羧酸系减水剂和混凝土材料的强度、施工性和耐久性能的影响，有助于实现资源的有效利用、提高经济效益以及解决环境问题。混凝土抗泥性研究应该根据各地区泥的组分差异性，研究每一种泥对聚羧酸系减水剂及混凝土性能的影响，开发出具有针对性的减水剂或者抗泥剂，在实际应用中根据所在地区泥土矿物的组成，选用相应的减水剂和抗泥剂。 综上所述，大量学者的前期研究为研究泥对聚羧酸系减水剂的减水性能以及对混凝土性能的影响打下了良好的基础。但是，现在的研究大多聚焦于从量的角度研究泥对减水剂和混凝土性能的影响，对于不同的泥粉是通过何种方式对聚羧酸减水剂的减水性能以及混凝土性能产生巨大影响方面的研究并不深入，有待进一步的探索。 |
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