在混凝土界，原材料砂石中的含泥量對(duì)聚羧酸減水劑工作性能的不利影響已經(jīng)為大家所公認(rèn)，這方面國(guó)內(nèi)外的專家已進(jìn)行了大量的研究，并取得了較一致的結(jié)論：泥土中粘土組分的吸附作用是導(dǎo)致聚羧酸減水劑減水效果下降的主要原因。
    國(guó)外對(duì)該問題的研究主要是針對(duì)層狀結(jié)構(gòu)的粘土對(duì)聚羧酸減水劑的吸附作用及作用機(jī)制進(jìn)行了分析。L.Lei和Adarashi等研究發(fā)現(xiàn)，聚醚型聚羧酸減水劑的支鏈結(jié)構(gòu)能進(jìn)入粘土的層狀結(jié)構(gòu)而發(fā)生吸附作用。Yamada、Ferrari和Winnefeld等人也有類似的研究，均發(fā)現(xiàn)高分子量的聚合物能優(yōu)先吸附在粘土顆粒上。
    那泥是什么呢？泥是由多種粘土礦物及有機(jī)質(zhì)等以不同比例混合而成的混合物。最常見的粘土礦物主要有：蒙脫石、伊利石、高嶺石（著名的觀音土），其它還有蛭石、地開石、珍珠陶土、海泡石、綠泥石、凹凸棒石等粘土礦物。蒙脫石、伊利石、高嶺石的外觀如圖1-1、圖1-2、圖1-3。

蒙脫石是一種2:1型的層狀硅酸鹽，屬于單斜晶系。蒙脫石的單元晶層之間靠氧原子聯(lián)接，聯(lián)接力較弱，因此其層間距較大，一般大多維持在0.9~2.1nm之間。同時(shí)，蒙脫石的晶層間還具有很強(qiáng)的吸水特性，吸水之后體積發(fā)生膨脹。其晶體構(gòu)造如圖2所示。

圖2 蒙脫石晶體構(gòu)造示意圖

伊利石和蒙脫石的結(jié)構(gòu)基本相似，同屬于2:1型的鋁硅酸鹽礦物，是單斜晶系礦物。伊利石的晶層之間靠氧的分子力和鉀離子聯(lián)接，由于層間鉀離子半徑的大小與晶層面上氧原子形成的六邊網(wǎng)格半徑相當(dāng)，因而伊利石的晶層間結(jié)合牢固，不易發(fā)生吸水膨脹。其晶體構(gòu)造如圖3所示

圖3 伊利石晶體構(gòu)造示意圖

高嶺石是1:1的層狀硅酸鹽類，屬于三斜晶系。高嶺石的單元晶層一面是硅氧四面體的O群，另一面是鋁氧八面體的OH群，晶層通過(guò)O和OH形成的氫鍵以及范德華力緊密連接，作用力較強(qiáng)，所以通常情況下高嶺石的層間距較小，一般小于0.3nm，同時(shí)也由于氫鍵的聯(lián)接力較強(qiáng)，所以高嶺石的層間完全沒有吸水特性，遇水不會(huì)發(fā)生吸水膨脹。其晶體構(gòu)造如圖4所示。

圖4 高嶺石晶體構(gòu)造示意圖

    從蒙脫石、伊利石、高嶺石三種常見粘土礦物的晶體構(gòu)造特點(diǎn)可以看出，不同的粘土礦物其晶體構(gòu)造并不一致。與高嶺石相比，層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫石、伊利石更容易對(duì)聚羧酸減水劑產(chǎn)生吸附。那這種吸附是如何發(fā)生的呢？“所謂不是冤家不聚頭”，泥對(duì)聚羧酸減水劑“過(guò)敏”，二者“相克”，正是緣于“相吸”。原來(lái)，當(dāng)聚羧酸減水劑加入到混凝土體系中后，水泥顆粒表面的Zeta電位幾乎無(wú)變化，水泥顆粒之間的靜電斥力作用很弱，聚羧酸減水劑對(duì)于水泥顆粒的分散作用完全依賴于聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中較長(zhǎng)的聚醚側(cè)鏈。當(dāng)聚羧酸減水劑吸附于水泥顆粒上時(shí)，其聚醚（PEO）長(zhǎng)側(cè)鏈側(cè)鏈能形成立體交叉，阻礙水泥顆粒的相互接近，形成空間阻隔，從而達(dá)到減水、分散的功能。當(dāng)混凝土體系中含有大量層狀結(jié)構(gòu)的泥時(shí)，因泥的晶體間距較大，使具有梳狀支化結(jié)構(gòu)的聚羧酸分子插層進(jìn)入泥的層間結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致聚羧酸無(wú)法形成空間阻隔，無(wú)法阻止水泥顆粒相互接近，表現(xiàn)出來(lái)的表觀現(xiàn)象就是水泥分散效果急劇下降，需要較大幅度地提高聚羧酸減水劑摻量才能獲得相同的流動(dòng)度。萘系減水劑相對(duì)于聚羧酸而言，對(duì)泥不會(huì)那么敏感。這是因?yàn)檩料禍p水劑與聚羧酸減水劑的減水機(jī)理不同。聚羧酸減水劑減水機(jī)理主要為空間位阻效應(yīng)，而萘系減水劑減水機(jī)理主要為靜電斥力效應(yīng)。當(dāng)萘系減水劑加入到混凝土體系中后，會(huì)極大地增大水泥顆粒表面的Zeta電位（一般在-30mv左右），使得水泥顆粒間（包括粘土顆粒）呈現(xiàn)相互排斥的趨勢(shì)，而Zeta電位不會(huì)因?yàn)闇p水劑分子吸附到黏土顆粒表面或?qū)娱g而大幅度降低。蒙脫石顆粒因具有層間結(jié)構(gòu)，會(huì)優(yōu)先于水泥顆粒吸附減水劑分子。水泥顆粒、蒙脫石顆粒對(duì)萘系、聚羧酸分子的吸附示意圖如圖5-1、圖5-2、圖

    針對(duì)以上機(jī)理，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家對(duì)如何解決粘土吸附聚羧酸問題進(jìn)行了廣泛、深入的探索，科之杰集團(tuán)近年來(lái)也開展了許多富有成效的研究。解決泥粘土吸附聚羧酸的問題，通常采取的技術(shù)途徑主要有：外摻抗泥劑或使用抗泥型聚羧酸。其中，抗泥劑通過(guò)與聚羧酸共同復(fù)配進(jìn)行使用，其分子結(jié)構(gòu)中含有吸附功能基團(tuán)，并引入離子絡(luò)合劑、吸附劑等表面活性劑功能組分，使各組分性能疊加，目的是使粘土選擇性地優(yōu)先吸附抗泥劑，從而減少對(duì)聚羧酸減水劑的吸附，屬于“犧牲劑”的設(shè)計(jì)思路，具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、比例可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，可針對(duì)不同的粘土類型；而抗泥型聚羧酸，可在聚羧酸分子結(jié)構(gòu)上引入含磷或含氮基團(tuán)，通過(guò)調(diào)整支化程度結(jié)構(gòu)、分子量等，可減少粘土吸附，屬于“隔離”抗吸附的設(shè)計(jì)思路，目前這類產(chǎn)品合成反應(yīng)條件復(fù)雜，成本高昂，并且對(duì)各種類型的粘土適應(yīng)性有限，阻礙了其工業(yè)化推廣，但這種兼具減水、分散、對(duì)粘土“低敏感”等特點(diǎn)的抗泥型聚羧酸，是未來(lái)重要的技術(shù)發(fā)展方向。
盡管國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)開展了大量的針對(duì)泥對(duì)聚羧酸吸附問題的研究，各種抗泥劑的應(yīng)用使聚羧酸混凝土的和易性、施工性能方面有所改善，但泥對(duì)混凝土的長(zhǎng)期性能、強(qiáng)度的危害卻是無(wú)法避免的。因此，在《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52-2006標(biāo)準(zhǔn)表3.1.3和表3.1.5分別對(duì)天然砂、人工砂的含泥量、石粉含量進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定；在該標(biāo)準(zhǔn)表3.2.3對(duì)卵石、碎石的含泥量也有明確規(guī)定，這些規(guī)定主要是基于大量的混凝土試驗(yàn)結(jié)果確定的。
    因上述兩類產(chǎn)品尚未完全成熟和大面積工業(yè)化，在應(yīng)用時(shí)會(huì)增加較多的混凝土成本，要控制混凝土成本又要能改善泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附問題，比較實(shí)際的措施主要有：
    1、對(duì)砂石原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，控制砂石含泥量，確保砂石含泥量在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。根據(jù)砂石標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其含泥量要求分別如表1、表2、表3所示：

2、調(diào)整混凝土配合比。砂中過(guò)0.315mm篩的細(xì)顆粒偏少，或人工砂的石粉含量偏低，混凝土出現(xiàn)泌水、離析、抓底現(xiàn)象時(shí)，需提高砂率，增加膠凝材料用量；砂石含泥量、石粉含量過(guò)高時(shí)，需降低砂率和人工砂的比例，提高外加劑摻量和用水量。

來(lái)源：科之杰