封孝信，劉剛

(河北省無(wú)機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)室，華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

泥土對(duì)混凝土性能的影響綜述

封孝信，劉剛

(河北省無(wú)機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)室，華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

粘土；粘土礦物；混凝土工作性；混凝土強(qiáng)度；混凝土耐久性；水化反應(yīng)活性

簡(jiǎn)要介紹了粘土的定義、粘土礦物的種類及粘土的化學(xué)組成和物理性質(zhì)；概述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于粘土對(duì)混凝土工作性、力學(xué)性能和耐久性能影響的研究情況，以及關(guān)于粘土在混凝土中的反應(yīng)活性的研究情況，以期為更好地理解砂石骨料中的含泥量對(duì)混凝土性能的影響提供參考。

混凝土砂石骨料的2項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)是含泥量和泥塊含量。GB/T14684-2011《建筑用砂》對(duì)砂的含泥量的定義是“天然砂中粒徑小于75 μm的顆粒含量”，對(duì)砂的泥塊含量的定義是“砂中原粒徑大于1.18 mm，經(jīng)水浸洗、手捏后小于600 μm的顆粒含量”。GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》對(duì)卵石及碎石的含泥量的定義是“卵石、碎石中粒徑小于75 μm的顆粒含量”，對(duì)卵石及碎石的泥塊含量的定義是“卵石、碎石中原粒徑大于4.75 mm，經(jīng)水浸洗、手捏后小于2.36 mm的顆粒含量”。不論是砂中還是碎石中的泥或泥塊，其主要成分是粘土。粘土對(duì)混凝土的性能有什么影響是廣大混凝土工作者非常關(guān)心的事情，為此，國(guó)內(nèi)外有很多科研人員進(jìn)行了研究，筆者參閱了一些國(guó)內(nèi)外的研究論文，進(jìn)行了歸納，以供參考。

1 粘土的一些基本知識(shí)

為了更好地理解粘土對(duì)混凝土性能的影響，首先介紹一些有關(guān)粘土的基本知識(shí)。

1.1 粘土及粘土礦物

1.1.1粘土

粘土的定義因人(陶瓷工、農(nóng)民、工業(yè)家、地質(zhì)學(xué)家和礦物學(xué)家)而異，由于各個(gè)研究領(lǐng)域的人們給出的定義都有微妙的差異，因而欲想給出一個(gè)適合各部門專家的粘土定義是不容易的。一般而言，粘土的定義由2個(gè)方面組成：一是其水化特性，二是其顆粒大小及范圍。表示粒徑大小及范圍的定義，可以看作是粘土分級(jí)的定義。特定粒徑的大小隨研究者的不同而有所不同，最大的為20 μm，其余分別為5、4、3、2和1 μm。國(guó)際上公認(rèn)的特定粒徑為2 μm，并規(guī)定凡粒徑小于2 μm的顆粒含量大于45%者為粘土。我國(guó)把粒徑為1～5 μm的粘土礦物顆粒稱為粗粘粒，小于1 μm的稱為粘粒；凡粒徑小于1 μm的顆粒含量大于40%者為粘土[1]。

國(guó)際粘土研究協(xié)會(huì)(AIPEA)和粘土礦物協(xié)會(huì)在其聯(lián)合報(bào)告中指出“粘土”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指一種主要由細(xì)顆粒礦物組成的天然存在的物質(zhì)，其在適當(dāng)含水量時(shí)呈現(xiàn)塑性，而被干燥和加熱時(shí)變硬。粘土的顆粒尺寸還沒(méi)有一個(gè)被所有學(xué)科都接受的統(tǒng)一說(shuō)法。大部分的地質(zhì)學(xué)家和土壤學(xué)家用的是小于2 μm，沉積學(xué)家用4 μm，而膠體化學(xué)家用1 μm[2]。

粘土按其成因來(lái)說(shuō)，是由巖石經(jīng)歷物理、化學(xué)、生物風(fēng)化作用以及剝蝕、搬運(yùn)、沉積作用在交錯(cuò)復(fù)雜的自然環(huán)境中所生成的各類沉積物。關(guān)于微小顆粒沉積巖的命名是比較混亂的。一般較通用的術(shù)語(yǔ)除粘土外，還有泥、泥巖、頁(yè)巖、粘土巖。人們習(xí)慣地把松散的組合稱為“土”，而把堅(jiān)硬的稱作“巖”?？紤]到應(yīng)用上的方便，我國(guó)習(xí)慣上把松散的具有可塑性的稱為“粘土”，把堅(jiān)硬的無(wú)可塑性的稱為“粘土巖”。對(duì)于沉積巖石學(xué)家來(lái)說(shuō)，“土”與“巖”都是巖石學(xué)的概念[3]。也可以說(shuō)，粘土是用水可以和成泥的，粘土巖則是用水泡不軟的“石頭”。

《硅酸鹽辭典》中對(duì)粘土的描述是：粘土是自然界中硅酸鹽巖石(主要是長(zhǎng)石)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化作用而形成的一種土狀礦物。粘土不是單一礦物，而是多種含水鋁硅酸鹽礦物的混合體。根據(jù)其生成情況分為：(1)原生粘土，指長(zhǎng)石經(jīng)風(fēng)化后生成高嶺石及其它含水硅酸鹽礦物、石英等。未完全風(fēng)化的碎粒殘留原地，而可溶性鹽類則溶解而去；(2)沉凝粘土或二次粘土，是由原生粘土在自然動(dòng)力條件下轉(zhuǎn)移到其它地方再次沉積的粘土。根據(jù)可塑性，粘土可分為：(1)強(qiáng)可塑性粘土或稱軟質(zhì)粘土，這類粘土多屬二次粘土。因其顆粒細(xì)，分散度大，故可塑性強(qiáng)；(2)弱可塑性粘土或稱硬質(zhì)粘土，可塑性差，多屬原生粘土。我國(guó)常用的粘土按其主要礦物成分可分為：(1)高嶺石類；(2)水云母類；(3)蒙脫石類；(4)葉臘石類；(5)水鋁石類[4]。

1.1.2粘土礦物

粘土是由粘土礦物組成的，或者說(shuō)粘土是粘土礦物的集合體。粘土礦物的分類是非常復(fù)雜的，為了統(tǒng)一國(guó)際命名，1963年國(guó)際粘土研究協(xié)會(huì)(AIPEA)決定設(shè)立小組委員會(huì)專門研究粘土礦物的命名、分類等工作。在1965年國(guó)際粘土礦物協(xié)會(huì)上通過(guò)了小組委員會(huì)提出的粘土礦物分類大綱表?！吨袊?guó)粘土礦物》中對(duì)粘土礦物的分類見(jiàn)表1[5]。

國(guó)際粘土研究協(xié)會(huì)(AIPEA)和粘土礦物協(xié)會(huì)在其聯(lián)合報(bào)告中指出“粘土礦物”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指層狀硅酸鹽礦物，或者是能夠給予粘土塑性且當(dāng)干燥或加熱時(shí)變硬的礦物[2]。

按照AIPEA命名委員會(huì)于1972年給出的定義，粘土礦物是小顆粒尺寸(<2 μm)的層狀硅酸鹽[6]。

《粘土礦物與粘土巖》中指出嚴(yán)格的粘土礦物的定義是：“所謂粘土礦物，是具有無(wú)序過(guò)渡結(jié)構(gòu)的微粒質(zhì)點(diǎn)含水層狀硅酸鹽礦物”[3]。

《硅酸鹽辭典》中將粘土礦物描述為一些具有層狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，是構(gòu)成粘土巖、土壤的主要礦物組分，其顆粒極細(xì)，一般呈小于0.01 mm的細(xì)小鱗片[4]。

由上述可見(jiàn)，不論是那一種定義，都說(shuō)明粘土是由非常細(xì)小的顆粒組成的。當(dāng)粘土與水接觸時(shí)會(huì)發(fā)生一系列的變化，粘土礦物遇水后，在其顆粒表面吸附水分子形成水化膜，該過(guò)程稱為水化；水分子進(jìn)入粘土礦物的晶層間，其體積由小變大，該過(guò)程稱為膨脹；水分子進(jìn)入粘土礦物晶層間，使粘土由大顆粒變?yōu)樾☆w粒，該過(guò)程稱為分散；在高溫作用下，粘土礦物吸附的水分子逐漸蒸發(fā)，其體積由大變小，該過(guò)程稱為收縮[1]。

1.2 粘土的化學(xué)組成及物理性質(zhì)

1.2.1粘土的化學(xué)組成

粘土是含水鋁硅酸鹽的混合體，其主要化學(xué)組成是SiO2、Al2O3和結(jié)晶水。因地質(zhì)生成條件的不同，同時(shí)會(huì)含有少量的Na2O、K2O、CaO、MgO，以及Fe2O3、SO3、TiO2等，還有一些有機(jī)物。表2是幾種典型的粘土的化學(xué)組成[7]。

表1 粘土礦物及有關(guān)層狀硅酸鹽礦物分類表

表2 幾種粘土的化學(xué)組成

1.2.2粘土的物理性質(zhì)

粘土對(duì)混凝土性能的影響更多的是體現(xiàn)在其物理性質(zhì)上。以下介紹幾個(gè)粘土的物理性質(zhì)，這幾個(gè)性質(zhì)對(duì)混凝土的性能可能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

(1)可塑性

是指粘土粉碎后用適量的水調(diào)和捏成泥團(tuán)，在外來(lái)作用下可以任意改變其形狀而不發(fā)生裂紋，除去外力，仍能保持受力時(shí)形狀的性質(zhì)。

可塑性可以用可塑性指數(shù)與可塑性指標(biāo)來(lái)表示?？伤苄灾笖?shù)是指粘土的液限含水量與塑限含水量之差。根據(jù)可塑性指數(shù)的大小，可將粘土分為[3]：

a.高可塑性粘土：可塑性指數(shù)>15

b.中等可塑性粘土：可塑性指數(shù)7～15

c.低可塑性粘土：可塑性指數(shù)<7

d.非可塑性粘土：可塑性指數(shù)<1

可塑性可以反映粘土的吸水能力，可塑性大，吸水能力強(qiáng)，干燥后收縮大，對(duì)混凝土的流動(dòng)性和體積穩(wěn)定性有較大的影響。

粘土中所含礦物如蒙脫石、多水高嶺石、水鋁英石等可塑性較好，高嶺石可塑性次之，伊利石、水云母等可塑性較差?？伤苄栽胶玫恼惩恋V物，對(duì)混凝土性能的影響越大。

(2)膨脹性

是指粘土吸水后體積增大的現(xiàn)象。膨脹性可根據(jù)膨脹的原因分為內(nèi)膨脹性與外膨脹性2種。

a.內(nèi)膨脹性

內(nèi)膨脹性是指水進(jìn)入粘土礦物晶層內(nèi)部而發(fā)生的膨脹現(xiàn)象。

b. 外膨脹性

外膨脹性是水存在于顆粒與顆粒之間而產(chǎn)生的膨脹現(xiàn)象。因?yàn)榇蟛糠终惩恋V物都屬于層狀硅酸鹽，因此，它們的表面積主要是底表面積，也就是說(shuō)，水主要存在于小薄片與小薄片之間，而使其發(fā)生膨脹，這種膨脹性稱為外部膨脹性。

通常用膨脹容來(lái)反映粘土的膨脹性能。它是指粘土在水溶液中吸水膨脹后，單位重量(g)所占的體積(cm3)。我國(guó)一些粘土的膨脹容數(shù)值見(jiàn)表3所示[7]。

表3 幾種粘土的膨脹容

粘土的膨脹性對(duì)混凝土的抗凍性能可能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

(3)觸變性

粘土泥漿(膠狀泥團(tuán))受到振動(dòng)或攪拌時(shí)，粘度大大降低，獲得流動(dòng)性，停止攪動(dòng)又逐漸恢復(fù)原狀，這種性能稱為觸變性。觸變性也稱稠化性。

由于混凝土中粘土含量較少，新拌混凝土出現(xiàn)觸變現(xiàn)象的可能性不大。當(dāng)粘土含量多時(shí)，也有可能出現(xiàn)觸變現(xiàn)象，從而影響新拌混凝土的流動(dòng)性能。

(4)收縮性

粘土干燥時(shí)，氣孔中的水分首先排出，顆粒相互靠攏，產(chǎn)生收縮。接著水化膜中的水分排出，繼續(xù)收縮。粘土的收縮情況主要取決于其組成、含水量、吸附離子等。細(xì)粒粘土及呈長(zhǎng)纖維狀粒子的粘土收縮較大。我們常?？吹礁珊缘耐恋厣嫌泻艽蟮牧芽p，就是由于粘土收縮產(chǎn)生的。粘土的收縮性能影響混凝土的體積穩(wěn)定性。表4是幾種粘土的干燥收縮值范圍[7]。

表4 幾種粘土的干燥收縮范圍

(5)離子交換性

粘土顆粒帶有電荷，它能吸附其它異號(hào)離子。在水溶液中，這種被吸附的離子又能被其它帶同性電荷的離子所置換，可用下式表示：

AR(粘土)+Bn+(溶液)?BR(粘土)+Am+(溶液)

即離子交換性是指含有離子A的物質(zhì)AR與含有離子B的溶液相接觸時(shí)，一部分B離子代替AR中的A離子進(jìn)入粘土中，而AR中的一部分A離子則進(jìn)入到溶液中。

這種離子交換反應(yīng)發(fā)生在粘土粒子的表面部分，而不影響鋁硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)，即盡管發(fā)生了離子交換，但粘土的晶體結(jié)構(gòu)并不受到破壞。

粘土的離子交換能力用離子交換容量(CEC)表示，它是指100 g干粘土所吸附的能夠交換的陽(yáng)離子或陰離子的數(shù)量，單位通常為mmol/100 g。不同粘土礦物的陽(yáng)離子交換容量如表5所示。

CEC是表示粘土性質(zhì)的一個(gè)極為重要的指標(biāo)，其值愈大表示其帶負(fù)電量愈大，其水化、膨脹和分散能力愈強(qiáng)；反之，其水化、膨脹和分散能力愈弱。

表5 不同粘土礦物的陽(yáng)離子交換容量

由表1可見(jiàn)，不同的粘土礦物的單位化學(xué)式電荷(或單位晶層電荷數(shù))是不同的。粘土礦物的性質(zhì)與單位晶層的電荷數(shù)有密切關(guān)系[1]。單位晶層的電荷數(shù)為零時(shí)，即沒(méi)有額外的陽(yáng)離子，粘土礦物沒(méi)有膨脹性；單位晶層的電荷數(shù)為0.25～0.6時(shí)，粘土礦物的陽(yáng)離子交換容量可達(dá)100 mmol/100 g，在水中的膨脹可使晶層全部分開(kāi)；單位晶層的電荷數(shù)為0.6～0.9時(shí)，粘土礦物的陽(yáng)離子交換容量可達(dá)到150 mmol/100 g，但在水中的膨脹則有一定的限度；當(dāng)單位晶層的電荷數(shù)達(dá)到1～2時(shí)，粘上礦物不僅不膨脹，而且層間的陽(yáng)離子也難于交換。

通過(guò)粘土的以上性質(zhì)可以大致判斷粘土的種類對(duì)混凝土的影響程度。比如，蒙脫石的陽(yáng)離子交換容量大、可塑性好、膨脹性強(qiáng)、干燥收縮大，對(duì)混凝土性能的影響大；高嶺石的陽(yáng)離子交換容量小、可塑性較差、幾乎無(wú)膨脹性、干燥收縮小，對(duì)混凝土性能的影響就小。相應(yīng)的，如果泥中含有較多的蒙脫石，即使砂石的含泥量不高，對(duì)混凝土性能的影響可能較大；如果泥中含有較多的高嶺石，即使砂石的含泥量較高，對(duì)混凝土性能的影響可能并不大。

2 粘土對(duì)混凝土性能的影響

關(guān)于粘土對(duì)混凝土性能的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，證明粘土對(duì)新拌混凝土的工作性、混凝土的力學(xué)性能及耐久性能均有影響。為了體現(xiàn)研究者研究?jī)?nèi)容的整體性，未按混凝土的性能方面劃分段落，而是按研究者的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行介紹。

2.1 國(guó)外研究情況

2.1.1粘土對(duì)混凝土性能的影響

早在1903年，伊利諾伊大學(xué)的B. H. Prater[8]的本科畢業(yè)論文就是研究粘土對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。其研究的目的就是想知道碎石中到底允許有多少粘土而不大幅度降低混凝土的強(qiáng)度。他制作了3個(gè)系列的混凝土立方體試件，第一系列不含粘土，第二系列含6%粘土，第三系列含12%粘土。每一系列的齡期又分為3組，1周、4周和12周。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示?？梢?jiàn)，粘土含量超過(guò)6%時(shí)，強(qiáng)度顯著下降。他給出的結(jié)論是砂子或碎石中粘土含量達(dá)到4%或5%應(yīng)該是允許的。這是100多年前的研究，當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件可能與現(xiàn)在有較大的差別。

表6 B. H. Prater的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：145psi=1 MPa

E. Buth[9]等人采用具有不同液限的粘土，比較系統(tǒng)的研究了粘土含量對(duì)混凝土的強(qiáng)度、收縮和耐久性的影響。使用了2類粗骨料，一類為硅質(zhì)和卵石，另一類為破碎石灰石，水泥為I型硅酸鹽水泥。該項(xiàng)目進(jìn)行了3年多的時(shí)間。該項(xiàng)目的報(bào)告中使用了“砂當(dāng)量值”的術(shù)語(yǔ)，砂當(dāng)量值越高，粘土等雜質(zhì)越少。

該研究采用了來(lái)自于不同地方的15種砂子。用洗滌劑將小于200目的細(xì)粉全部去除。然后加入雜質(zhì)，包括以下5種：

(1)純SiO2粉，液限為0；

(2)一種天然粘土，液限為35%；

(3)一種SiO2粉和蒙脫石的混合物，液限為200%；

(4)一種SiO2粉和蒙脫石的混合物，液限為400%；

(5)純蒙脫石，液限為640%。

雜質(zhì)的液限變化對(duì)砂當(dāng)量值有顯著的影響。

研究發(fā)現(xiàn)混凝土骨料中小于200目(75 μm)的顆粒的活性和數(shù)量對(duì)混凝土的性能有影響。混凝土骨料中的粘土雜質(zhì)主要是通過(guò)影響需水量而影響混凝土的性能。活性和含量均可通過(guò)砂當(dāng)量值反映出來(lái)。混凝土的強(qiáng)度和收縮與砂當(dāng)量值高度相關(guān)。對(duì)于所研究的混凝土，收縮與W/C有一定的關(guān)系，但是與砂當(dāng)量值有高度的相關(guān)性。砂當(dāng)量值降低或W/C增加都引起收縮增加。

砂當(dāng)量值降低，混凝土的凍融耐久性降低。但是，引氣與非引氣混凝土的破壞形式不同。對(duì)于非引氣混凝土，通過(guò)超聲波彈性模量檢測(cè)，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)破壞。而對(duì)于引氣混凝土，破壞主要表現(xiàn)為由于失重使表面產(chǎn)生消耗(損耗)。實(shí)驗(yàn)證明，含粘土的非引氣的混凝土對(duì)凍融破壞是非常敏感的，混凝土的破壞表現(xiàn)為表面剝落和結(jié)構(gòu)完整性的損害。對(duì)于引氣的混凝土，400個(gè)慢凍融循環(huán)后，大部分試件從基頻測(cè)定來(lái)看沒(méi)有什么破壞，但因表面破壞其重量確實(shí)發(fā)生損失。對(duì)于含液限為640%的蒙脫石的混凝土試件，40個(gè)循環(huán)后就完全的碎裂了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)在混凝土中引氣適量時(shí)，細(xì)骨料中如果雜質(zhì)的液限在35%以下(砂當(dāng)量值在80以上)，試件的耐久性沒(méi)有明顯的損失。

砂當(dāng)量值能夠反映200目以下粉體的量和活性(通過(guò)液限來(lái)測(cè)量)。砂當(dāng)量值是判斷細(xì)骨料質(zhì)量的一個(gè)更需要的參數(shù)。比如，對(duì)于一個(gè)給定的細(xì)骨料，砂當(dāng)量值從60增加到80，混凝土的性能將產(chǎn)生如下變化：

(1)7 d抗壓強(qiáng)度增加15%；

(2)28 d抗壓強(qiáng)度增加16%；

(3)7 d斷裂模量增加13%；

(4)28 d斷裂模量增加12%；

(5)對(duì)于非引氣混凝土，凍融耐久性增加60%；

(6)對(duì)于引氣混凝土(含氣量約5%)，凍融耐久性無(wú)明顯變化；

(7)28 d收縮降低17%；

(8)120 d收縮降低15%；

(9)混凝土拌合物需水量降低9%。

L. M. Olanitori[10, 11]做了2種實(shí)驗(yàn)：一種是固定水泥用量，增加砂子的含粘土/泥量，研究對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響；另一種是固定砂的含泥量，研究達(dá)到相同強(qiáng)度時(shí)，需要增加的水泥用量。結(jié)果是當(dāng)砂子的粘土/泥含量為0%時(shí)，得到最大強(qiáng)度22.35 MPa，粘土/泥含量為10%時(shí)，得到最小強(qiáng)度10.15 MPa。說(shuō)明混凝土的抗壓強(qiáng)度與砂子中的粘土/泥含量成反比。若要使混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到20 MPa，如果砂中的泥/粘土含量為10%，則水泥的用量要增加50%才能達(dá)到要求的強(qiáng)度。但是，如果砂中的泥/粘土含量為4%，則水泥的用量只需增加4%。所以，他認(rèn)為當(dāng)砂子中的粘土/泥含量超過(guò)一定值(3%)時(shí)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度是有害的。并且建議，如果砂中粘土/泥含量超過(guò)3%，就要采取補(bǔ)救措施，比如將砂子進(jìn)行水洗，或增加水泥用量。

J. F. Mun～oz等人[12]對(duì)于粘土是如何影響混凝土性能的，提出這樣的假設(shè)：在攪拌過(guò)程中，一部分粘土包裹層從骨料表面脫落下來(lái)，先于水泥分散到液相中。因此，當(dāng)水泥加入到這個(gè)混合物時(shí)，粘土顆粒就摻入到水泥漿體基質(zhì)中，影響水化反應(yīng)。包裹層的其它部分保留在骨料表面，影響水泥漿體和骨料之間的粘結(jié)。他們開(kāi)展了一項(xiàng)研究，其總體目的是確定有多少包裹層從骨料表面脫落，及這些脫落的粘土顆粒是如何在水泥漿體中影響水泥的水化反應(yīng)進(jìn)程的。

他們采用3種粘土(Na-蒙脫石，Ca-蒙脫石，高嶺石)進(jìn)行了研究。這3種粘土具有不同的性質(zhì)，高嶺石的吸水量小，粘土結(jié)構(gòu)無(wú)膨脹；Ca-蒙脫石的吸水量大，產(chǎn)生層間膨脹；Na-蒙脫石的吸水量大，產(chǎn)生宏觀膨脹，形成大量的納米級(jí)的顆粒，可懸浮于水中。

為了達(dá)到研究目的，他們將項(xiàng)目分成3個(gè)主要的研究?jī)?nèi)容：

(1)在干凈的骨料表面上包裹已知的粘土(Na-蒙脫石，Ca-蒙脫石，高嶺石)。在這個(gè)階段，用浸泡(蘸)-包裹技術(shù)使粘土礦物在干凈的骨料表面沉積一層薄膜。覆蓋在骨料表面上的粘土重量百分?jǐn)?shù)通過(guò)在水中提取的方式測(cè)量，用水將所有的粘土從骨料上提取出來(lái)，然后進(jìn)行稱量。該研究中檢測(cè)的參數(shù)包括：粘土的性質(zhì)、從粘土懸浮液中提取的速度、懸浮液中粘土的濃度和覆蓋層的量。

(2)確定在混凝土攪拌階段有多少粘土包裹層從骨料表面脫落并進(jìn)入到水相中。將已包覆粘土的骨料與水(在給定的水/混凝土比下)攪拌和搖動(dòng)，就像在真正的混凝土攪拌條件下。在這些研究中，所使用的包覆骨料含有1.5%的粘土，以模擬真實(shí)的條件。研究發(fā)現(xiàn)，脫落的粘土量與粘土的性質(zhì)有關(guān)：Na-蒙脫石保留在骨料的最多，在pH分別為7和12時(shí)，10%和20%脫落；Ca-蒙脫石和高嶺石非常容易脫落并進(jìn)入到水相中，在pH分別為7和12時(shí)，Ca-蒙脫石為69%和77%，高嶺石為50%和79%。

(3)研究粘土對(duì)水泥漿體水化反應(yīng)的影響。用XRD和SEM研究2種水泥漿體的進(jìn)展情況，一種用粘土懸浮液制備，一種用水制備(對(duì)比樣)。這些研究在水泥水化的早期階段進(jìn)行，2 h到11 d。研究結(jié)果顯示，與對(duì)比樣相比，Ca-蒙脫石和高嶺石的存在加快水化速度。水化產(chǎn)物，如AFt、Ca(OH)2和C-S-H出現(xiàn)的較早。相反，Na-蒙脫石的存在趨向于延緩水化反應(yīng)，上述水化產(chǎn)物出現(xiàn)的較晚，尤其是反應(yīng)物阿利特(C3S)消失速度較慢。

他們研究的結(jié)果是：(1)當(dāng)有粘土包覆層的骨料用來(lái)制備混凝土?xí)r，一部分粘土?xí)谒嗉尤胫斑M(jìn)入水中。脫落的程度與粘土的性質(zhì)有關(guān)。此外，對(duì)于給定的粘土，脫落量還可能與其它變量(因素)有關(guān)，比如顆粒尺寸，這該項(xiàng)目中沒(méi)有進(jìn)行研究；(2)在水泥加入之前水中的粘土濃度是粘土性質(zhì)和骨料中粘土原始含量的函數(shù)；(3)在水泥漿體中粘土的存在(相當(dāng)于混凝土中的水泥本體)影響水化反應(yīng)速率。宏觀膨脹的粘土(Na-蒙脫石)是最難脫落的，且降低水化速率。具有晶體性膨脹的粘土(Ca-蒙脫石)和無(wú)膨脹的粘土(高嶺石)是比較容易脫落的，且提高水泥漿體的水化反應(yīng)速率。

K. J. Gullerud[13]為了確定骨料的包裹物對(duì)混凝土耐久性和強(qiáng)度的影響程度，他收集了所在州的含有表面包裹物的粗骨料，并進(jìn)行了潔凈度檢測(cè)、亞甲藍(lán)檢測(cè)和XRD分析。他采用了3類粗骨料：(1)現(xiàn)場(chǎng)采來(lái)的含有包裹物的骨料；(2)在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)水洗去除包裹物的骨料；(3)添加石粉和粘土細(xì)粉使包裹物量增加后的骨料。通過(guò)比較抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、干縮、凍融耐久性和Cl-滲透的變化評(píng)價(jià)各種包裹物對(duì)混凝土性能的影響。

他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：(1)由含碳酸鹽包裹物的骨料配制的混凝土的干縮值與水洗骨料混凝土的干縮值相近；(2)由含粘土包裹物的花崗巖骨料配制的混凝土的120 d時(shí)的干縮值明顯大于由水洗骨料制備的混凝土，且粘土的含量越高，收縮值越大；(3)骨料的粘土包裹物對(duì)于混凝土凍融耐久性是尤其重要的，含粘土包裹物骨料的混凝土抗凍融能力下降。由于粘土包裹物吸收了更多的水并減弱了骨料-漿體之間的結(jié)合力，因此增加剝落和表面起鼓的可能性。

他得出結(jié)論：混凝土高粘土含量的包裹層比含有大量石粉和碳酸鹽物質(zhì)的包裹層對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性更有害；而碳酸鹽包裹層表現(xiàn)出對(duì)混凝土性能有稍微的改善，但粘土包裹層表現(xiàn)為顯著降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

M. N. Dammo等人[14]用占砂子0%、2%、4%、6%、8%和10%的粘土配制混凝土，研究對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，并測(cè)定了干燥7、14、21、28 d后的混凝土密度。結(jié)果顯示，粘土摻量為2%和4%時(shí)，強(qiáng)度是增加的；粘土摻量超過(guò)6%時(shí)，強(qiáng)度是下降的。干燥后混凝土的密度隨粘土量的增加而增加，說(shuō)明粘土更容易吸收水分。

J. Akbar等人[15]研究了膨潤(rùn)土對(duì)高性能混凝土的強(qiáng)度和抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。所用膨潤(rùn)土的粒度為通過(guò)200目篩，體積自由膨脹率為60%。水泥為普通水泥，使用了萘系高效減水劑，減水率20%。膨潤(rùn)土對(duì)水泥的取代量為20%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，早期強(qiáng)度(7 d)下降較大，下降了22.9%，但強(qiáng)度一直增長(zhǎng)，91 d時(shí)，強(qiáng)度下降幅度減小，下降了10.2%。說(shuō)明對(duì)早期強(qiáng)度影響較大，對(duì)后期強(qiáng)度的影響減小。加入膨潤(rùn)土，混凝土的抗硫酸鹽侵蝕的能力提高。

丹麥技術(shù)大學(xué)(Technical University of Denmark，DTU)的S. J. Svensson[16]用格陵蘭粘土代替部分砂子制備砂漿，取代量為2.5%、5%、10%。試件尺寸40 mm×40 mm×160 mm，W/C=0.5，測(cè)7、14、28 d強(qiáng)度。結(jié)果是摻粘土的試件強(qiáng)度均低于對(duì)比樣的強(qiáng)度。還發(fā)現(xiàn)只要是有粘土的砂漿試件，都比對(duì)比樣含有更多的孔和空洞，尤其是含10%粘土的試樣，比其它試件含有明顯多的空洞和較大的孔。該作者的同學(xué)還做了用粘土代替水泥的實(shí)驗(yàn)，取代量為5%、10%和15%。結(jié)果是強(qiáng)度都達(dá)不到要求的強(qiáng)度，5%時(shí)最好，也只能達(dá)到要求強(qiáng)度的90%。

T. J. Désiré等人[17]采用高嶺土類粘土研究了粘土對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。骨料中的粘土含量為1%、3%、5%、7%和10%，齡期3、7、14、28 d。得到的結(jié)論是混凝土的強(qiáng)度與骨料中的粘土含量成反比。他們建議骨料中粘土的含量永遠(yuǎn)不要大于1%。C. H. Aginam等人[18]研究了粗骨料類型對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，采用了3種粗骨料：碎花崗巖、水洗卵石、未水洗卵石，骨料最大尺寸20 mm。結(jié)果為水洗卵石的混凝土強(qiáng)度為20 MPa，未水洗卵石的混凝土強(qiáng)度為16.9 MPa。

G. R. Iyappan和S. S. Manu[19]設(shè)計(jì)了M25等級(jí)的對(duì)比配合比，還設(shè)計(jì)了用0%、1%、2%、3%、4%、5%、10%和15%的粘土/泥代替天然砂的配合比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粘土/泥的最佳代替量為3%～4%，其結(jié)果比對(duì)比樣好；新拌混凝土的工作性隨著粘土/泥對(duì)天然砂代替量的增加而降低，因?yàn)樾枰尤敫嗟某芑瘎徽惩?泥對(duì)天然砂的代替量從0%到1%、2%、3%，混凝土的強(qiáng)度逐漸提高，而當(dāng)代替量在5%以上時(shí)，強(qiáng)度降低。M. N. Frederiksen和O. J. Viig[20]調(diào)查了在格陵蘭島上粘土豐富的兩個(gè)地方Sisimiut和Kangerlussuaq，Sisimiut的粘土可以用于混凝土，而Kangerlussuaq的粘土不適合用于混凝土，因?yàn)槠渲械腃l-含量很高，可能會(huì)引起鋼筋銹蝕。他們用粘土代替水泥，研究取代量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著粘土的加入，混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都下降。他們建議對(duì)于低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，可適當(dāng)引入粘土，用量不宜超過(guò)5%。

A. T. Goldbeck[21]通過(guò)研究，總結(jié)了7種骨料包裹物的特性：

(1)石粉，在骨料破碎、篩分等處理過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)粉。當(dāng)與水拌合時(shí)，石粉顆粒粘附在骨料表面形成一個(gè)看得見(jiàn)的薄膜。包裹物與骨料之間的吸引力取決于其礦物組成、濕度條件和骨料的表面粗糙度。在大部分情況下，粉塵(尤其是硅質(zhì)粉塵)不會(huì)牢固的粘附在骨料上，而是容易通過(guò)水洗去除。但是，某些類型的石灰石粉可以強(qiáng)烈的粘附在骨料上，需要更強(qiáng)烈的水洗才能去除。

(2)粘土，來(lái)源于骨料礦的粘土物質(zhì)的覆蓋層，以及在骨料洗滌過(guò)程中所使用的污水。粘土包裹物的特征隨所存在的粘土顆粒的類型而變化。有些類型的粘土與骨料表面的結(jié)合相當(dāng)?shù)木o密，即使水洗也不能脫落，而另外一些類型的粘土則容易散開(kāi)進(jìn)入水中，在混凝土攪拌時(shí)被去除。

(3)有機(jī)物，來(lái)源于地表上層有機(jī)物質(zhì)的滲透，或攜帶有機(jī)物的水流。所調(diào)查的粘土中主要的有機(jī)物是二羥基硬脂酸和腐殖酸，它們阻止骨料和水泥漿體之間的結(jié)合?？梢酝ㄟ^(guò)水洗、煅燒、加入鹽或酸使有機(jī)顆粒絮凝等方法去除這些有機(jī)物質(zhì)。

(4)堿和鹽，來(lái)源于溶有堿和鹽的水流和地下水。這些包裹物由硫酸鹽和碳酸鹽礦物組成，它們沉積在骨料表面，還可能在混凝土的孔中結(jié)晶。

(5)瀝青油，來(lái)源于天然的油囊，已經(jīng)在一些石灰石礦床中發(fā)現(xiàn)。這個(gè)油包裹層也可以粘附在骨料加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵顆粒上。

(6)石灰質(zhì)物質(zhì)，由粘附在骨料表面上的砂子碎片組成。這種包裹層是變化的，可以從非常薄而小的斑點(diǎn)到圍繞整個(gè)骨料的一個(gè)厚膜。

(7)糖，來(lái)源于骨料在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程受到污染。即使其量非常少，也會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生顯著的影響。

在一個(gè)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究院的研究中，D. C. Pike[22]得出結(jié)論“一定量的礦物粉體而不是粘土礦物可能是可以接受的(有時(shí)是有用的)，但是粘土是要避免的；蒙脫石是非常有害的，其含量應(yīng)嚴(yán)格控制”。他建議如果對(duì)有害粘土細(xì)粉的檢測(cè)后是可用的，則對(duì)細(xì)粉的含量或許可以放寬，他認(rèn)為亞甲基藍(lán)吸附方法在這方面是適用的。

D. C. Pike[23]還在其學(xué)位論文中提出顯著量的分散的粘土細(xì)粉是不可接受的，因?yàn)槠湓黾庸橇系男杷浚⑶易柚构橇吓c水泥漿體的粘結(jié)。一般來(lái)說(shuō)，添加干凈的石粉和碳酸鹽細(xì)粉可以提高強(qiáng)度，而添加粘土細(xì)粉總是引起強(qiáng)度的降低。他建議用下面的“經(jīng)驗(yàn)法則”評(píng)估粘土細(xì)粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響：

(1)增加1%的高嶺土(按水泥質(zhì)量計(jì))，混凝土的強(qiáng)度下降1%；

(2)增加1%的伊利石(按水泥質(zhì)量計(jì))，混凝土的強(qiáng)度下降2%；

(3)增加1%的蒙脫石(按水泥質(zhì)量計(jì))，混凝土的強(qiáng)度下降4%。

Z. R. Unikowski[24]發(fā)現(xiàn)粘土細(xì)粉的需水量與粘土的比表面積有關(guān)，蒙脫石有最大的需水量，而高嶺石的需水量最小。相比之下，一些石灰石粉和硅質(zhì)石粉不用額外加水就可以改善混凝土的工作性。與沒(méi)有粘土細(xì)粉的砂漿相比，含粘土細(xì)粉的砂漿有較低的強(qiáng)度和較大的收縮。比如，3%的砂子用蒙脫石代替，將使強(qiáng)度下降近40%，使收縮加倍。但是，3%的砂子用石灰石粉代替，使強(qiáng)度提高15%，使收縮稍微降低。

Popovics[25]指出骨料的包裹層可能對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度尤其重要，因?yàn)榭估瓘?qiáng)度與骨料-水泥漿體界面處的裂紋擴(kuò)展有關(guān)。

M. Alexander和S. Mindess[26]在《混凝土骨料(Aggregates in Concrete)》一書(shū)中關(guān)于粘土對(duì)混凝土性能的影響有較多論述。一定量的細(xì)粉對(duì)混凝土是有利的，尤其是當(dāng)其與母巖的性質(zhì)一樣時(shí)。但是，過(guò)量的粘土可能是有害的，這取決于粘土的性質(zhì)。例如，蒙脫石可吸附大量的水，從而導(dǎo)致強(qiáng)度的下降和干縮的增加。蒙脫石、伊利石和凹凸棒類的粘土應(yīng)該避免，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)致混凝土的尺寸不穩(wěn)定(即收縮和膨脹)。這些粘土甚至?xí)?duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間和硬化產(chǎn)生負(fù)面影響。其他在尺寸上穩(wěn)定的粘土在一定程度使用，其可接受程度通過(guò)對(duì)需水量的影響來(lái)判斷。高嶺石、伊利石和綠泥石是相對(duì)穩(wěn)定的粘土礦物，但是是吸水性的。蒙皂石和蒙脫石由膨脹粘土組成，是高度體積不穩(wěn)定的，如果進(jìn)入混凝土中，當(dāng)干濕循環(huán)時(shí)，會(huì)引起大的體積變化。

粘土礦物在骨料中可以有多種存在方式：非常細(xì)的分散材料、連續(xù)的顆粒表面的覆蓋層、直接的粘土塊、或者是地質(zhì)上的變質(zhì)或巖石組分的風(fēng)化。主要由粘土礦物組成的泥質(zhì)巖石是很少用作混凝土骨料的，除非是一些變質(zhì)的變體。粘土對(duì)潮濕非常敏感，容易被水帶動(dòng)起來(lái)，而且結(jié)構(gòu)有吸水和失水的能力，并且伴隨著膨脹和收縮。因此，粘土在混凝土拌合物中產(chǎn)生一個(gè)需水量，當(dāng)維持混凝土的工作度不變時(shí)需要增加拌合物的用水量，這樣會(huì)導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度降低和滲透性的增加。骨料表面的粘土包裹層顯然會(huì)妨礙骨料和水泥之間的結(jié)合。

還需要注意的是骨料細(xì)粉中的“粘土”組分可能是“粘土尺寸”的物質(zhì)，而不是由粘土礦物組成。這是一個(gè)非常重要的區(qū)分，因?yàn)檎惩恋V物比粘土尺寸的顆粒對(duì)潮濕更加敏感，而且會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生更負(fù)面的影響，尤其是對(duì)膨脹性粘土的情況，如蒙皂石(蒙脫石)和某些綠泥石 ，或高吸水性和可塑性的坡縷石(凹凸棒石)[27]。

以上所述是針對(duì)粘土包裹在骨料表面的情況。如果是粘土被包裹在骨料內(nèi)部，則對(duì)骨料也會(huì)產(chǎn)生不良影響。對(duì)于骨料顆粒本身，如果含有粘土礦物或相關(guān)的礦物，如綠泥石，可導(dǎo)致其凍融破壞[29]。某些骨料容易受凍融破壞，尤其是具有小孔(小于4μm)的骨料顆粒和含有破壞性粘土礦物的骨料顆粒[26]。I. Sims和B. Brown[28]指出含有高收縮性粘土的巖石，當(dāng)處于臨界飽和狀態(tài)時(shí)，對(duì)凍融作用是非常敏感的。

粘土塊和含有粘土礦物或類粘土次生礦物的變質(zhì)巖顆粒不僅使骨料本身變?nèi)鹾鸵资軅?，而且通過(guò)潮濕時(shí)膨脹和干燥時(shí)收縮導(dǎo)致混凝土破壞。例如，T. R. West和A. Shakoor[30]證實(shí)印第安納的某些泥質(zhì)碳酸鹽骨料導(dǎo)致處于冬季條件下的混凝土路面產(chǎn)生點(diǎn)蝕和鼓包。W. F. Cole[31]描述了一種“尺寸不穩(wěn)定”的來(lái)自于澳大利亞的玄武巖骨料，其中含有次生蝕變礦物。A. Giovambattista和L. Traversa[32]報(bào)道，在阿根廷的一座混凝土橋梁產(chǎn)生破壞，其原因是含有蒙脫石的玄武巖骨料產(chǎn)生了膨脹和劣化。

2.1.2粘土對(duì)混凝土性能的影響機(jī)理

E. Buth[9]等人指出，粘土組分產(chǎn)生這些觀察到的效應(yīng)的基本反應(yīng)和機(jī)理是相當(dāng)復(fù)雜的。膠狀的粘土顆粒具有一個(gè)吸附水層，被顆粒表面上的負(fù)電荷吸引和保持。如果這一層中含有陽(yáng)離子，如Ca2+和Na+，那么就稱為吸附絡(luò)合物(吸附性復(fù)合體)。這個(gè)復(fù)合體對(duì)粘土的性能有很大的影響。粘土顆粒吸引水和陽(yáng)離子并增加體積的能力就會(huì)影響混凝土的性能。當(dāng)粘土與拌和水接觸時(shí)，水分子被吸入層狀的粘土顆粒中，引起膨脹并且消弱顆粒。主要的影響顯然是由于這些粘土細(xì)粉的存在導(dǎo)致的需水量增加。

K. J. Gullerud[13]在其論文中寫(xiě)到，水被吸附到粘土表面，通過(guò)3種機(jī)理：

(1)粘土表面有凈負(fù)電荷；(2)圍繞粘土的陽(yáng)離子的凈正電荷，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+；

(3)水分子中的H原子與粘土表面上的OH-之間的氫鍵結(jié)合。

距顆粒表面最近的水層，稱為吸附水，被緊緊地保持在粘土顆粒上，而最外層的水層，稱為雙層水，被保持的力度較小。這些水層的厚度根據(jù)不同的粘土類型和不同的表面積是變化的。盡管雙層水可用來(lái)改善混凝土的工作性或與水泥發(fā)生反應(yīng)，但是吸附水比普通水粘度要大，并且可能不能用于水泥的水化。

K. J. Gullerud[13]還認(rèn)為粘土包裹層將大量的水吸附到骨料表面，這些吸附的水會(huì)增加界面區(qū)水膜的厚度，從而降級(jí)骨料和水泥漿體之間的結(jié)合強(qiáng)度。

D. C. Pike[23]提出粘土-砂漿的強(qiáng)度損失是由于水泥中的粘土吸收部分拌和水，在水泥顆粒的周圍形成“不滲透的殼層”，從而降低水泥的反應(yīng)速率，并破壞粘土細(xì)粉與水泥漿體之間的粘結(jié)。

M. Moukwa等人[33]將粘土-砂漿的強(qiáng)度損失歸因于在硬化水泥漿體中有較高的孔隙率。

Ch. L. He等人[34]研究了6種粘土的需水量、抗壓強(qiáng)度、顆粒尺寸分布、火山灰活性，得出結(jié)論因?yàn)槲剿c自由水的物理性質(zhì)不同，這些水就不能被水泥活性組分利用而進(jìn)行水化。這些作者也認(rèn)為當(dāng)存在粘土?xí)r，混凝土強(qiáng)度降低與粘土礦物的結(jié)構(gòu)層之間不同的結(jié)合力有關(guān)，還與粘土-水泥的粘結(jié)特性有關(guān)。

M. A. Fam等人[35]對(duì)膨潤(rùn)土-水泥和凹凸棒石粘土-水泥泥漿進(jìn)行了研究。他們認(rèn)為水化的粘土作為半透膜暫時(shí)地吸收了水泥水化反應(yīng)的中間產(chǎn)物。

W. A. Tasong等人[36]指出骨料與水泥漿體之間的結(jié)合有以下3個(gè)機(jī)理：

(1)水泥產(chǎn)物與骨料表面的機(jī)械性互相咬合；

(2)水化產(chǎn)物在某些骨料表面的外延生長(zhǎng)；

(3)水化水泥與骨料之間的化學(xué)反應(yīng)。

他們認(rèn)為骨料的包裹物通過(guò)直接影響這些機(jī)理之一，從而影響水泥漿體與骨料之間的結(jié)合強(qiáng)度和混凝土的性能。

2.2 國(guó)內(nèi)研究情況

國(guó)內(nèi)也有很多學(xué)者研究了泥土含量對(duì)混凝土性能的影響。趙尚傳等人[37]研究了粗集料中的含泥量對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果顯示：(1)當(dāng)使用含泥量為1%的粗集料時(shí)，混凝土坍落度降低30%多，已影響混凝土的正常施工；而當(dāng)超過(guò)5%時(shí)，混凝土拌合物已很干澀，幾乎無(wú)法正常成型；(2)混凝土的抗壓和彎拉強(qiáng)度隨著粗集料含泥量的提高都顯著降低，含泥量為1%時(shí)，強(qiáng)度稍有降低，個(gè)別試驗(yàn)結(jié)果甚至增大，而含泥量超過(guò)5%時(shí)明顯降低；(3)隨著粗集料含泥量提高，混凝土的抗壓彈性模量變化不大，但抗折彈性模量明顯下降；(4)粗集料含泥量1%時(shí)，基本不影響混凝土的抗?jié)B性，而含泥量為10%時(shí)，顯著降低抗?jié)B性能；(5)粗集料含泥量1%時(shí)，混凝土的抗凍性稍有下降，而含泥量超過(guò)5%以后，抗凍性能明顯降低。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不摻泥和摻泥1%的情況下，試塊都是經(jīng)過(guò)100 次凍融循環(huán)破壞，而摻泥5%和10%的情況只經(jīng)過(guò)75 次循環(huán)就完全破壞了。他們據(jù)此試驗(yàn)結(jié)果，提出混凝土粗集料含泥量應(yīng)控制在1%以內(nèi)，對(duì)于重要工程，更需要嚴(yán)格控制。

張瑞芳[38]分別研究了碎石和砂中粘土含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，結(jié)果為隨著碎石粘土含量的增大(0%～2%)，C30混凝土強(qiáng)度降低不明顯，而C60混凝土從67.8 MPa降至53.6 MPa, 降低約21 %；砂中粘土含量從0增至5%，C30混凝土的抗壓強(qiáng)度降低了8%，而C60混凝土的抗壓強(qiáng)度則降低了21%，且粘土含量>3.5%時(shí)更為明顯。說(shuō)明碎石和砂中粘土的存在都會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，特別是對(duì)強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土影響更為明顯。

肖瑞敏等人[39]研究了砂含泥量對(duì)混凝土干縮性能的影響，結(jié)果說(shuō)明砂含泥量對(duì)混凝土的收縮影響很大，特別是對(duì)后期的影響大，隨著含泥量的增加而增長(zhǎng)。在90 d齡期時(shí)，砂含泥量5%的混凝土收縮值比不含泥混凝土的收縮值大25%左右，但含泥量對(duì)混凝土早期的收縮影響并不是很大。他們建議配制優(yōu)質(zhì)的混凝土需要嚴(yán)格控制砂石的含泥量。

石建明[40]采用含泥量為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%和8.0%的砂樣，研究了對(duì)新拌混凝土工作性及混凝土強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：(1)新拌混凝土的初始塌落度隨著砂中含泥量的增大而減小，而坍落度的1 h 經(jīng)時(shí)損失隨著砂含泥量的增大而增大。在砂的含泥量低于4.0%的情況下，含泥量對(duì)工作度的影響并不是很明顯，能滿足生產(chǎn)要求；當(dāng)砂中含泥量等于4.0%時(shí)，盡管新拌混凝土的初始坍落度基本滿足要求，但是塌落度的1 h 經(jīng)時(shí)損失過(guò)大，此時(shí)的工作度不能滿足生產(chǎn)要求。當(dāng)砂的含泥量高于4.0%時(shí)，對(duì)新拌混凝土的初始坍落度及坍落度的1 h經(jīng)時(shí)損失的影響更加顯著，工作度已不能滿足生產(chǎn)需要。(2)混凝土強(qiáng)度隨砂含泥量的增大而降低，當(dāng)含泥量低于4.0%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度有所降低，但仍能滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)砂含泥量在4.0%至5.0%之間時(shí)，混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求。但是，在夏季生產(chǎn)高峰期時(shí)，如果建筑工地對(duì)澆筑后的混凝土實(shí)體養(yǎng)護(hù)措施不到位，那么混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度沒(méi)法保證；當(dāng)砂含泥量高于5.0%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求，并且強(qiáng)度降低趨勢(shì)更加顯著。

杜毅[41]研究了機(jī)制山砂中含泥量對(duì)混凝土性能的影響，含泥量在原始基礎(chǔ)上人工調(diào)配，分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，配制C20、C30、C40和C50混凝土。結(jié)果顯示：(1)混凝土的坍落度值隨砂子泥含量的增加而下降，當(dāng)含泥量達(dá)到1%時(shí)，下降趨勢(shì)明顯增大，但在粘聚性還較好, 沒(méi)有出現(xiàn)泌水現(xiàn)象；坍落度值下降的幅度隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的增大而增大；(2)砂子的泥含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響因強(qiáng)度等級(jí)不同是不同的，對(duì)C30以下的影響不是很大，而對(duì)C40以上的影響較大，對(duì)C50的影響更大，其實(shí)測(cè)強(qiáng)度從59.6 MPa下降到39.2 MPa, 降低約34%；(3)無(wú)論混凝土強(qiáng)度等級(jí)的高低，當(dāng)砂中泥含量增加時(shí)，Cl-擴(kuò)散系數(shù)增大，抗?jié)B性下降；當(dāng)砂中泥含量達(dá)到3%時(shí)，Cl-擴(kuò)散系數(shù)明顯增加；這種影響C50比C20的更大；(4)混凝土的收縮值隨著泥含量的增加而增大，且隨著泥含量增加對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)的影響更大。

胡兵等人[42]研究了機(jī)制砂泥粉含量與亞甲藍(lán)MB值的關(guān)系，并探討了兩者對(duì)砂漿干燥收縮值的影響規(guī)律。他們發(fā)現(xiàn)：機(jī)制砂的MB值與泥粉含量的關(guān)系是線性的，泥粉的液限指數(shù)影響直線斜率；當(dāng)機(jī)制砂泥粉含量和MB值提高時(shí)，砂漿的干燥收縮均增加，且收縮的發(fā)展進(jìn)程加快；砂漿的干燥收縮終值可以用MB值更好地評(píng)估和預(yù)測(cè)。

王晨晨等[43]通過(guò)水泥凈漿粘度實(shí)驗(yàn)、砂漿流動(dòng)度實(shí)驗(yàn)和砂漿強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)對(duì)不同含泥量的材料性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。(1)隨著含泥量的增加，水泥凈漿的粘度增大，且當(dāng)大于2%以后隨含泥量增加粘度迅速增大；(2)在含泥量小于2%的情況下，隨含泥量增加，水泥砂漿的流動(dòng)度增大；當(dāng)含泥量大于2%時(shí)，砂漿流動(dòng)度隨含泥量增加而減小。說(shuō)明少量的泥土顆?？梢栽谝欢ǔ潭壬细纳粕皾{的流變性質(zhì)，但含泥量超過(guò)一定限值時(shí)會(huì)對(duì)砂漿流變性質(zhì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響；(3)在含泥量小于2%的情況下，隨著含泥量的增加，水泥砂漿7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度均提高；當(dāng)含泥量大于2%時(shí)，砂漿7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度隨含泥量增加而降低；隨含泥量增加，砂漿7 d抗折強(qiáng)度不斷減小，而對(duì)28 d抗折強(qiáng)度影響不大。說(shuō)明含泥量對(duì)水泥砂漿早期抗折強(qiáng)度的影響比較大。

耿長(zhǎng)圣等人[44]研究了砂含泥量對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度和碳化的影響，結(jié)果表明：(1)混凝土的坍落度隨著砂含泥量的增加而減小，并且經(jīng)時(shí)損失顯著；(2)砂含泥量顯著影響混凝土強(qiáng)度。含泥量增加，強(qiáng)度降低，若要達(dá)到相同的混凝土強(qiáng)度和工作性，則水泥用量和用水量(或外加劑摻量)就需要增大 ，混凝土的成本提高；(3)用高含泥量的砂制備的混凝土，早期碳化比較嚴(yán)重，明顯影響了混凝土的耐久性；(4)若要使混凝土的各項(xiàng)性能均為穩(wěn)定，則砂中的總含泥量應(yīng)控制在1%以內(nèi)。

明陽(yáng)等[45]在保證各強(qiáng)度等級(jí)混凝土配比和原材料不變的基礎(chǔ)上，依次改變河砂含泥量(0%、2.0%、4.0%、6.0%)，研究對(duì)混凝土工作性能、外加劑摻量、坍落度損失以及抗壓強(qiáng)度的影響?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C25，C40，C60。結(jié)果表明：(1)各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的擴(kuò)展度均隨著含泥量的增大而減小，但C25混凝土，含泥量小于4%時(shí)，坍落度隨含泥量的增加而有小幅提高；(2)各強(qiáng)度等級(jí)混凝土達(dá)到相應(yīng)坍落度時(shí)，外加劑摻量均隨含泥量的增加而不斷增加，含泥量從2%增加到6%，達(dá)到流動(dòng)度要求的外加劑摻量甚至增加一倍左右；(3)各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的坍落度損失均隨著含泥量的增加而逐漸增大，且隨著含泥量增加，雖然可以通過(guò)增加外加劑摻量來(lái)調(diào)整混凝土的初始坍落度，但是坍落度的經(jīng)時(shí)損失卻難以得到保證；(4)各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的強(qiáng)度均隨著含泥量增加呈下降趨勢(shì)。從強(qiáng)度下降率看，含泥量對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度的影響較高強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度的影響更大，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較后期強(qiáng)度影響更大；但從強(qiáng)度下降絕對(duì)值來(lái)看，含泥量對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度的影響更大。

劉紅霞等[46]的研究說(shuō)明混凝土的坍落度會(huì)隨著砂石含泥量的增加而減小，并且其抗壓強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)明顯的降低現(xiàn)象。另外，當(dāng)砂石含泥量超過(guò)3.0%時(shí)混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度會(huì)受到嚴(yán)重影響，因此，建議最好保證砂石含泥量不要超過(guò)3.0%。他們還發(fā)現(xiàn)影響混凝土7 d及28 d抗壓強(qiáng)度因素的主次順序是砂子含泥量≥石子含泥量。對(duì)于7 d抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，石子含泥量的影響不明顯，但是砂子含泥量的影響很顯著。他們的試驗(yàn)結(jié)果顯示：在0%～2.0%范圍內(nèi)，粘土含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響不明顯，個(gè)別甚至略有升高，其原因可能是粘土起到微細(xì)集料的作用，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。而當(dāng)含泥量超過(guò)5%時(shí)，強(qiáng)度降幅明顯。

王春發(fā)[47]研究了含泥量對(duì)混凝土拌合物性能及混凝土強(qiáng)度的影響。從對(duì)混凝土拌合物性能影響來(lái)看：(1)對(duì)流動(dòng)性的影響。當(dāng)用水量不變時(shí)，隨著砂含泥量的增加，使混凝土拌合物的坍落度遞減(他們的試驗(yàn)表現(xiàn)為含泥量每增加2%，坍落度約減少1 cm左右)，但這種作用因強(qiáng)度等級(jí)、水泥用量不同而有不同的表現(xiàn)；(2)對(duì)粘聚性的影響。骨料中的泥分一般均可明顯增加混凝土拌合物的粘聚性，尤其對(duì)貧混凝土，這種作用更加明顯。但當(dāng)含泥量過(guò)高時(shí)，會(huì)使拌合物過(guò)分粘稠；骨料含泥量較高的混凝土拌合物雖然有時(shí)流動(dòng)性差，但卻具有良好的振動(dòng)和易性。(3)對(duì)析水的影響。用幾乎不含0.075 mm以下顆粒的洗砂拌制的砂漿或混凝土有明顯析水現(xiàn)象, 而用含泥量為5%左右的砂拌制的砂漿或混凝土具有較好的粘聚性而不易析水。但當(dāng)砂含泥量增加至10%以上時(shí)，則又會(huì)使砂漿及混凝土的析水性增加，尤其是對(duì)于塑性混凝土更為明顯。從對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響來(lái)看：(1)泥分不同狀態(tài)的影響。若含泥量相同時(shí)，不同狀態(tài)泥分對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的程度依次為：團(tuán)粒狀>包裹狀>分散狀。因此，他建議在規(guī)定砂石含泥量的限制時(shí)，應(yīng)該考慮泥的狀態(tài)；(2)泥分不同類別的影響。他采用了3類泥分，清水砂+清水砂中泥分、清水砂+戈壁土砂中泥分和清水洗砂+黃土，結(jié)果顯示清水砂中泥分的影響較其它2種為小。他認(rèn)為其原因是清水砂中泥分多為原生礦物質(zhì)粉末，而黃土中的粘土成分多一些；(3)泥分不同組成的影響。粘土成份對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響明顯地大于粉粒對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響；(4)泥分對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的影響。含泥量在試驗(yàn)范圍內(nèi)(<16%)對(duì)150#及200#混凝土抗壓強(qiáng)度并無(wú)不利影響，而且隨著含量的增加還略有提高，這反映出含泥對(duì)于低標(biāo)號(hào)混凝土的有利作用；對(duì)于300#混凝土，當(dāng)含泥量超過(guò)5%時(shí)，混凝土強(qiáng)度表現(xiàn)出略有降低的趨勢(shì)；對(duì)于400#混凝土，含泥量無(wú)明顯影響，這可能是因?yàn)楫?dāng)水泥用量足夠多時(shí)，含泥的影響相對(duì)減小的緣故；(5)泥分對(duì)不同砂率混凝土的影響。當(dāng)砂子含泥量及其它條件相同時(shí)，砂率較低的混凝土強(qiáng)度較高，而且拌合物的坍落度也較大；(6)含泥量與混凝土攪拌時(shí)間的關(guān)系。適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間對(duì)于采用含泥量較高的砂石所拌制的混凝土抗壓強(qiáng)度的提高是有利的。因此，他建議當(dāng)使用含泥量較高的砂石時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間；(7)含泥量與摻用減水劑的關(guān)系。即使當(dāng)砂石中含泥量相當(dāng)高時(shí)，保持用水量及其它條件不變，僅摻加適量減水劑，即可使砂漿及混凝上拌合物達(dá)到所需要的流動(dòng)性，而且強(qiáng)度與洗砂不摻減水劑時(shí)相比普遍有所增加。洗砂與含泥量較高的砂摻用相同用量的減水劑時(shí)，含泥量較高的砂的流動(dòng)性較差，但強(qiáng)度卻較高，這可能與泥分減少了減水劑的引氣量有關(guān)。

李雯霞[48]采用河砂，經(jīng)人工水洗烘干后添加泥土(粘土質(zhì)黃土，質(zhì)量穩(wěn)定，質(zhì)地均勻，過(guò)0.075 mm篩)配成含泥量為1.0%、3.0%和5.0%來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35和C50。得到的結(jié)果為：(1)對(duì)于用聚羧酸配制的混凝土，含泥量對(duì)其工作性影響非常明顯，特別是對(duì)坍落度經(jīng)時(shí)變化，坍落度損失很快。他們發(fā)現(xiàn)含泥量到3%以上時(shí)坍落度損失尤為明顯；(2)混凝土收縮受含泥量的影響較大，隨含泥量的增加而加大；對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，當(dāng)含泥量相同時(shí)，各個(gè)齡期的收縮率隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的增大而降低；(3)對(duì)于同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，無(wú)論是3 d、7 d還是28 d齡期，其抗壓強(qiáng)度都隨砂中含泥量的增加明顯降低；(4)無(wú)論是C35還是C50混凝土，隨含泥量的增加，抗凍性能變差；且砂中泥含量的增加對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗凍性的影響更大。袁杰等人[49]研究了石子和砂子的不同粘土含量、石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性和收縮性能的影響。結(jié)果表明，混凝土的強(qiáng)度、氯離子滲透性隨砂石中粘土含量的增大而降低，在一定范圍內(nèi)(0%～2%)，隨石粉含量的增大而增大；混凝土的收縮隨著骨料中粘土和石粉含量的提高而增大。

李俊文[50]研究砂子含泥量對(duì)砌筑砂漿性能的影響，結(jié)果顯示：(1)隨著砂子含泥量的提高，對(duì)保水率似乎還有一點(diǎn)正面作用；(2)隨著砂子中含泥量的升高，砂漿抗壓強(qiáng)度有明顯的降低，不管是早期強(qiáng)度，還是后期強(qiáng)度；(3)含泥量的大小對(duì)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響是非常大的，砂子含泥量從0%到20%，強(qiáng)度值從0.39 MPa下降到0.10 MPa，下降幅度達(dá)到了近80%；(4)隨著含泥量的升高，砂漿28 d的收縮率逐步提高；(5)隨著含泥量的升高，凍融質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率逐步增加，抗凍耐久性指標(biāo)下降。

楊建軍等[51]比較全面的研究了砂的含泥量對(duì)C80高性能混凝土性能的影響，所用粘土以高嶺石為主。結(jié)果表明：(1)混凝土強(qiáng)度隨著砂的含泥量增加而下降，尤其是28 d立方體抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度下降幅度較大。砂的含泥量大于1.0%時(shí)，混凝土28 d立方體抗壓強(qiáng)度小于80 MPa，達(dá)不到強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求；砂的含泥量從1.0%增至4.0%，混凝土28 d立方體抗壓強(qiáng)度降低20%，28 d劈裂抗拉強(qiáng)度降低37.5%。他們發(fā)現(xiàn)劈裂抗拉強(qiáng)度對(duì)含泥量更加敏感；(2)對(duì)C80高性能混凝土，砂的含泥量對(duì)早期收縮有明顯抑制作用。他們認(rèn)為拌和時(shí)泥粉吸附了較多水分，這些水分在混凝土內(nèi)部濕度降低的過(guò)程中緩慢釋放，延遲了混凝土內(nèi)部濕度的降低，因而可以抑制混凝土的收縮；(3)隨砂的含泥量增加，混凝土電通量有增大的趨勢(shì)，混凝土的抗氯離子滲透性能下降；(4)隨著砂的含泥量增加，混凝土的彈性模量下降。

李曉和陳志紅[52]提出了將泥作為混凝土中有用成分的設(shè)想。為了加強(qiáng)粘土的分散性，將粘土預(yù)先分散在水中，然后再與水泥和砂攪拌。粘土量占水泥量的7.4%，占砂量的3%。結(jié)果表明，對(duì)28d的抗折、抗壓強(qiáng)度影響不大，甚至有一組超過(guò)了基準(zhǔn)砂漿的強(qiáng)度。

秦廉等人[53]研究了一種屏蔽劑對(duì)高含泥量骨料混凝土性能的影響。他們預(yù)先將屏蔽劑加到泥砂中攪拌，然后再添加減水劑，從而降低含泥量對(duì)混凝土性能的不利影響。結(jié)果顯示，采用預(yù)先屏蔽劑處理的方法，對(duì)于高含泥量的河砂，可以得到性能比不含泥的基準(zhǔn)組更優(yōu)異的工作性，較好地解決了泥砂吸附減水劑的問(wèn)題。他們認(rèn)為是由于分散和絡(luò)合作用，使得泥土顆粒更分散，可以填充到混凝土孔隙內(nèi)部，使其更密實(shí)，所以含泥量高的混凝土28 d強(qiáng)度不但沒(méi)造成損失反而有一定的上升，起到了變廢為寶的作用。

劉國(guó)棟等人[54]通過(guò)水泥凈漿試驗(yàn)和混凝土試驗(yàn)研究了砂子含泥量對(duì)摻聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響。水泥凈漿試驗(yàn)結(jié)果為：(1)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(dòng)度損失；(2)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(dòng)度損失；(3)用一種稱之為Z劑的外加劑與聚羧酸減水劑復(fù)配，在一定配合比例時(shí)，不管含泥量是5%或者10%都能很好地控制凈漿流動(dòng)度損失。用含泥量為0%、3%、5%、7%、9%、11%、13%和15%的砂子進(jìn)行了混凝土試驗(yàn)，結(jié)果表明：(1)當(dāng)砂子含泥量在3%以下時(shí)，對(duì)混凝土流動(dòng)度及流動(dòng)度損失的影響很小；當(dāng)砂子含泥量超過(guò)3%時(shí)，減水劑的摻量不變時(shí)對(duì)混凝土的工作性影響很大；(2)當(dāng)砂子含泥量在2%以下時(shí)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度基本沒(méi)有影響；當(dāng)砂子含泥量超過(guò)2%時(shí)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度有明顯影響；(3)當(dāng)砂子的泥含量超過(guò)3%時(shí)，每提高2%，混凝土的強(qiáng)度就降低5%左右；(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(duì)摻聚羧酸高效減水劑混凝土的影響。但他們沒(méi)有進(jìn)行混凝土耐久性方面的研究，對(duì)混凝土耐久性的影響尚不清楚。

許國(guó)林等人[55]研究了砂中含泥量對(duì)聚羧酸減水劑性能的影響。試驗(yàn)中全部使用水洗砂，然后再用人工方法把砂子的含泥量調(diào)整到試驗(yàn)需要的含泥量。為了保證試驗(yàn)中泥在砂子的狀態(tài)和現(xiàn)實(shí)中的狀態(tài)相接近，先把砂子和泥均勻地混合好后，再在它們表面灑一些水，使它們能充分的濕潤(rùn)，這樣泥組分就能更好地粘在砂子表面，然后再自然曬干進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為：(1)當(dāng)聚羧酸減水劑摻量一定時(shí)，隨著含泥量的增加聚羧酸鹽減水劑的減水率逐漸降低。砂的含泥量每增加1.0%，聚羧酸鹽減水劑的減水率下降2.0%左右；含泥量小于5.0%時(shí)，聚羧酸鹽減水劑減水率隨含泥量的增加，降幅較??；當(dāng)含泥量超過(guò)5.0%后減水率降幅較大；(2)摻加聚羧酸減水劑的混凝土7d抗壓強(qiáng)度隨含泥量的增加而降低，含泥量小于2.0%時(shí)，強(qiáng)度降低的不是很明顯，當(dāng)含泥量大于2.0%時(shí)，強(qiáng)度降低的較快。含泥量在3.0%以下時(shí)對(duì)混凝土28 d強(qiáng)度沒(méi)有太大影響；而大于3.0%時(shí)，含泥量每增加1.0%，混凝土的28 d強(qiáng)度就降低3.0%左右；(3)在水泥、砂、石和水用量不變的情況下，當(dāng)骨料含泥量高時(shí)，為了降低含泥量對(duì)減水率及抗壓強(qiáng)度的影響，可適量增加聚羧酸鹽減水劑的用量。

王應(yīng)等人[56]也研究了泥對(duì)摻聚羧酸減水劑混凝土工作性及強(qiáng)度的影響，得到的結(jié)果為：(1)保持坍落度基本相同的條件下，隨泥的摻量增加，摻聚羧酸減水劑的混凝土單方用水量增加，坍落流動(dòng)度變低，坍落度經(jīng)時(shí)損失增加；(2)隨泥的摻量增加，摻聚羧酸減水劑的混凝土抗壓強(qiáng)度降低，當(dāng)泥的摻量為1.5%時(shí)，C30混凝土60 d抗壓強(qiáng)度約降低了15%，C50混凝土60 d抗壓強(qiáng)度下降9.3%左右。

王冠鋒等人[57]用泥含量為1%、2%、3%和4% 的砂配制強(qiáng)度等級(jí)C55的混凝土，摻聚羧酸減水劑，研究了泥含量對(duì)摻聚羧酸減水劑混凝土坍落度和強(qiáng)度的影響。結(jié)果為：(1)對(duì)于高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，當(dāng)泥含量達(dá)到3%時(shí)，對(duì)坍落度的影響較為明顯，當(dāng)泥含量達(dá)到4%時(shí)，幾乎沒(méi)有坍落度；(2)當(dāng)泥含量達(dá)到3%時(shí)，混凝土水養(yǎng)7 d強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，并且降幅較大，對(duì)28 d強(qiáng)度影響較為明顯；(3)在保證坍落度不變的情況下，用水量隨泥含量的增加而增加，當(dāng)泥含量大于3%時(shí)，混凝土單方用水量增加較為明顯；(4)在保證坍落度不變的情況下，減水劑摻量隨泥含量的增加而增加，當(dāng)泥含量大于2%時(shí)，減水劑增加的趨勢(shì)已經(jīng)較為明顯；(4)通過(guò)與保坍劑復(fù)配，能夠提高混凝土坍落度。

周普玉等人[58]研究開(kāi)發(fā)了一種高減水高保坍聚羧酸減水劑，用不同的水泥進(jìn)行凈漿和含泥量不同的混凝土試驗(yàn)。砂含泥量達(dá)到8%時(shí)，仍能達(dá)到很好的流動(dòng)性?？追裁舻热薣59]研究了砂含泥量對(duì)摻聚羧酸高性能減水劑混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響。采用的天然砂含泥量為1.5%、3.4%和5.6%，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30、C40、C50。結(jié)果表明較高的砂含泥量，尤其是超過(guò)5%時(shí)，使摻聚羧酸高性能減水劑的混凝土性能明顯下降，對(duì)混凝土的質(zhì)量和成本造成巨大影響。使用含泥量高的砂即使經(jīng)過(guò)調(diào)整可以生產(chǎn)較低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，但由于生產(chǎn)成本增加較大，經(jīng)濟(jì)效益很差。不如適當(dāng)提高砂的采購(gòu)價(jià)格，采購(gòu)質(zhì)量較好的砂子，既能保證質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)上也較為合理。因此，他們建議當(dāng)生產(chǎn)高強(qiáng)混凝土?xí)r，如含泥量超標(biāo)，則必須停產(chǎn)。還建議攪拌站應(yīng)挑選優(yōu)質(zhì)砂以滿足混凝土質(zhì)量要求。

3 粘土在混凝土中的反應(yīng)活性

眾所周知，粘土經(jīng)過(guò)煅燒就具有了火山灰活性，可以作為混凝土摻合料使用。而未經(jīng)煅燒的粘土，即天然粘土是否也具有反應(yīng)活性呢？或者說(shuō)，骨料中帶入的粘土成分在混凝土中是否參與水化反應(yīng)呢？了解粘土在混凝土中的反應(yīng)情況，對(duì)于理解含泥量對(duì)混凝土性能的影響會(huì)很有幫助。關(guān)于粘土的反應(yīng)活性問(wèn)題，從事穩(wěn)定土研究的學(xué)者進(jìn)行了較為深入的研究。

E. C. Gaucher和Ph. Blanc[60]對(duì)水泥與粘土之間的反應(yīng)從堿性環(huán)境下礦物的轉(zhuǎn)變、堿性環(huán)境下蒙脫石的溶解動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行了綜述。蒙脫石的轉(zhuǎn)變一般是以它們吸附的陽(yáng)離子種類的變化開(kāi)始，然后繼續(xù)的是貝得石化或伊利石化。隨著伊利石化，陽(yáng)離子交換容量(CEC)降低，而貝得石、沸石和CSH的形成趨向于強(qiáng)烈增加CEC。在膨潤(rùn)土轉(zhuǎn)化的第二階段一般是沸石的形成，最常見(jiàn)的是鈣十字沸石和方沸石。也注意到有易變的結(jié)晶良好的CSH和CASH形成。石英被水泥溶液的溶解使得像托勃莫來(lái)石、水硅鈣石和變針硅鈣石這些CSH礦物的沉淀，而含鋁的云母和長(zhǎng)石的溶解使得除了CSH外還有像水綠榴石這樣的CASH相沉淀。因此，Ca2+被3種類型的相所捕獲，即CSH、CASH和CAH。溫度和pH值是加速蒙脫石溶解的兩個(gè)因素。有些作者發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)加速轉(zhuǎn)折點(diǎn)(或拐點(diǎn))：第1個(gè)在pH=11左右，斜率比較平緩；第2個(gè)在13.0～13.4左右，具有很陡的斜率。也有作者發(fā)現(xiàn)某些粘土(高嶺石/膨潤(rùn)土層間礦物)的溶解速率在pH=7和pH=12.2之間有一個(gè)2個(gè)數(shù)量級(jí)的增加。值得注意的是在高pH粘土體系中有機(jī)物的溶解，有機(jī)物可以阻止粘土的溶解。

D. F. Noble[61]基于其對(duì)穩(wěn)定土的研究描述了粘土與水泥之間的反應(yīng)。在含有高嶺石、伊利石和蒙脫石的粘土-水泥混合物中，他提出了如下的反應(yīng)過(guò)程：

(1)水泥礦物水化，伴隨著Ca(OH)2的產(chǎn)生；

(2)通過(guò)陽(yáng)離子交換，Ca2+吸附到粘土結(jié)構(gòu)中；

(3)Ca(OH)2吸附到粘土表面；

(4)Ca(OH)2微晶被細(xì)粘土顆粒和水化產(chǎn)物包裹；

(5)水泥顆?？赡鼙徽惩梁退a(chǎn)物包裹；

(6)Ca(OH)2與SiO2和A12O3產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合。

D. F. Noble和R. W. Plaster[62]對(duì)較純的粘土+硅酸鹽水泥體系和土壤+硅酸鹽水泥體系進(jìn)行了研究，用了3種粘土礦物，即高嶺石、伊利石、蒙脫石，和3種土壤。體系中水泥占40%，固液比=1:1。采用了3種養(yǎng)護(hù)條件：(1)室溫；(2)79 ℃，RH=100%，43 d；(3)79 ℃，RH=100%，100 d。進(jìn)行了水浸出試驗(yàn)和酸溶出試驗(yàn)，并以Ca(OH)2的消耗量來(lái)反映粘土與水泥之間的反應(yīng)程度。結(jié)果表明：(1)在常溫養(yǎng)護(hù)的水泥-粘土混合物中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大量Ca(OH)2的消耗。養(yǎng)護(hù)56d時(shí)，浸出的Ca(OH)2量有輕微的下降；(2)在室溫養(yǎng)護(hù)條件下，在水泥-高嶺石混合物中水泥的水化比通常的水化稍快，在水泥-伊利石混合物中水泥水化比通常水化稍慢，而在水泥-蒙脫石混合物中水泥水化比通常慢得多；(3)土壤成分沒(méi)有與水泥發(fā)生明顯的反應(yīng)，盡管土壤中一些粘土被水泥處理后受到了輕微的破壞；(4)在水泥-土壤試件中，水泥的水化速率比通常的水化慢；(5)加速養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致水泥的快速水化、Ca(OH)2的快速消耗，以及粘土礦物的極其嚴(yán)重的破壞。在79 ℃下養(yǎng)護(hù)，幾乎所有的Ca(OH)2都被消耗了。

A. Herzog和J. K. Mitchell[63]提出在粘土-水泥混合物中，水化反應(yīng)存在兩個(gè)階段。水泥的水化和水解被認(rèn)為是初始反應(yīng)，通常的水泥水化產(chǎn)物形成，孔溶液的pH值升高，新鮮的和高活性的石灰產(chǎn)生。粘土相將進(jìn)入第二階段，水泥水化產(chǎn)生的Ca2+將粘土轉(zhuǎn)化為鈣型粘土，并引起絮凝；Ca(OH)2開(kāi)始進(jìn)攻粘土粒子；在高pH值環(huán)境下溶解出SiO2和Al2O3與鈣結(jié)合形成附加的膠凝物質(zhì)，這些膠凝物質(zhì)在粘土粒子的表面上或靠近表面的地方形成，并且在接觸點(diǎn)上趨向于將這些粒子“膠粘”在一起；甚至在水化水泥顆粒與包裹在這些顆粒上粘土粒子之間產(chǎn)生更強(qiáng)的鍵合。為了驗(yàn)證該假設(shè)，他們制備了含水泥質(zhì)量15%和30%的高嶺石-水泥和蒙脫石-水泥試件，在60 ℃，RH=100%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)1 d、7 d、28 d和84 d。將試件制備成粉末樣品，進(jìn)行XRD檢測(cè)。(1)對(duì)高嶺石-水泥混合物的檢測(cè)顯示，除了在高嶺石和30%水泥混合物養(yǎng)護(hù)1 d的試件中有Ca(OH)2的衍射峰外，其他試件中沒(méi)有Ca(OH)2的衍射峰。另一方面，對(duì)于高嶺石和30%水泥的試件，養(yǎng)護(hù)3個(gè)月時(shí)，Ca(OH)2的衍射峰很容易辨認(rèn)。說(shuō)明水泥的水化是正常的，并且形成了Ca(OH)2。注意到在高水泥含量的體系中高嶺石的衍射峰有些降低，說(shuō)明水泥的水化產(chǎn)物對(duì)高嶺石的結(jié)構(gòu)有一定的侵蝕作用。對(duì)于未能檢測(cè)到Ca(OH)2的原因，他們解釋為在高嶺石-水泥體系中，Ca(OH)2不是以晶體的形式存在，或者是以無(wú)定形存在，或者是在第二階段被消耗殆盡；(2)對(duì)于蒙脫石-水泥體系，在衍射圖譜中沒(méi)有Ca(OH)2的衍射峰。然而，對(duì)于由蒙脫石添加30%水泥的混合物，有Ca(OH)2的衍射峰。在水泥含量為30%的體系中，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，蒙脫石的衍射峰強(qiáng)度變?nèi)?，說(shuō)明蒙脫石的主體結(jié)構(gòu)被破壞；(3)化學(xué)分析顯示隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，pH值降低，游離Ca(OH)2量降低，游離電解液的量降低，可提取的鈣離子量降低。這些量的數(shù)值低于基于水化水泥凈漿的測(cè)定值按比例計(jì)算的數(shù)值。這些結(jié)果也支持第二階段的存在；(4)對(duì)于長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)的水泥含量30%的試件，在某些XRD圖譜中觀察到了低強(qiáng)度的新的衍射峰。說(shuō)明有新的晶體形態(tài)的水化產(chǎn)物形成，然而，他們沒(méi)有確認(rèn)是什么物質(zhì)。

E. Tinseaua等人[64]用掃描電子顯微鏡(SEM)和X-射線衍射(XRD)研究了一個(gè)隧道中砂漿與硅質(zhì)粘土巖接觸界面處的礦物特征，接觸時(shí)間已達(dá)到125年。發(fā)現(xiàn)在缺水部位和飽水部位有較大的差別。在缺水部位，除了黃鐵礦溶解和石膏沉淀外，沒(méi)有觀察到粘土巖的明顯變化。在飽水部位，觀察到了石膏沉淀、重結(jié)晶的混合層粘土、新生成的沸石和過(guò)度生長(zhǎng)的K-長(zhǎng)石。

M. A. Bérubé等人[65]的研究表明Mg-綠泥石在堿性介質(zhì)中是穩(wěn)定的，在23 ℃，pH=12.5，飽和Ca(OH)2溶液中265 d，沒(méi)有新相生成。

D. Read等人[66]在比利時(shí)的海姿地下實(shí)驗(yàn)室(HADES underground laboratory)進(jìn)行了水泥與粘土之間反應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)室在深度為220 m的地下。他們使用了7種水泥，先在地上實(shí)驗(yàn)室制作試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后運(yùn)到地下實(shí)驗(yàn)室。在粘土中鉆孔，將試件放進(jìn)去，與粘土接觸，并分別在25 ℃和85 ℃下養(yǎng)護(hù)。與水泥試件接觸的粘土是一種富含有機(jī)物的黑色粘土。接觸時(shí)間為12至18個(gè)月，取出試件進(jìn)行電子探針和X-射線衍射(XRD)分析。結(jié)果顯示，接觸18個(gè)月時(shí)，在水泥與粘土之間有發(fā)生了明顯的反應(yīng)。由于Ca、Al、Fe、Si和S的質(zhì)量傳遞，在相互接觸的水泥側(cè)和粘土側(cè)都產(chǎn)生了一個(gè)明顯的帶狀結(jié)構(gòu)區(qū)域，其厚度為100～250 μm。相關(guān)的礦物轉(zhuǎn)變改變了已發(fā)生變化區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)，在Ca(OH)2的溶解區(qū)域，孔隙率明顯增加。在85 ℃下的實(shí)驗(yàn)顯示在接觸面的粘土側(cè)出現(xiàn)了一個(gè)狹窄的富含Mg-Al-Si的帶，分析表明形成了一個(gè)具有低結(jié)晶度的雙相凝膠(Mg-水化鋁酸鹽和Mg-水化硅酸鹽)，其組成分別接近于水滑石和海泡石。

H. Kroyer等人[67]用魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振(MAS NMR)研究了粘土礦物在一年的時(shí)間里對(duì)水泥水化的影響。他們所用的體系為80%白水泥+20%高嶺土和90%白水泥+10%膨潤(rùn)土。他們發(fā)現(xiàn)高嶺土礦物的基本結(jié)構(gòu)并沒(méi)有受水泥水化的影響，高嶺土也沒(méi)有在水泥水化過(guò)程中被消耗。他們指出，29Si MAS NMR說(shuō)明高嶺土沒(méi)有顯示出任何的火山灰活性。27Al MAS NMR也說(shuō)明水泥中鋁相的水化反應(yīng)和水化動(dòng)力學(xué)也沒(méi)有受到粘土礦物添加的影響。

R. Puscha等[68]通過(guò)化學(xué)分析和XRD研究了低pH(約為8)水泥溶液與蒙脫石粘土之間的反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)的白云母-蒙脫石粘土礦物在低pH水泥溶液僅有微弱的溶解。溶液中鉀離子的變化是非常小的，說(shuō)明伊利石化是微不足道的。XRD也沒(méi)有檢測(cè)到粘土礦物有什么變化，也沒(méi)有新相的形成。

R. Puscha[69]還進(jìn)行了3個(gè)試驗(yàn)來(lái)研究粘土與水泥之間的化學(xué)反應(yīng)類型及程度。第1個(gè)是與粘土接觸70年的混凝土基礎(chǔ)，結(jié)果顯示從混凝土的界面開(kāi)始，深度超過(guò)50 μm后，化學(xué)組成就不再變化。第2個(gè)是在一個(gè)礦井中鑿洞，進(jìn)行了為期3個(gè)月的加速實(shí)驗(yàn)，將預(yù)制好的混凝土板和預(yù)先壓實(shí)膨潤(rùn)土放進(jìn)去，并設(shè)置有電加熱器，溫度維持在85 ℃。結(jié)果顯示沒(méi)有任何的礦物變化，甚至的在混凝土與粘土的界面上也沒(méi)有，也沒(méi)有Ca2+向粘土擴(kuò)散的信號(hào)。第3個(gè)實(shí)驗(yàn)是用一個(gè)Na膨潤(rùn)土圓盤在NaOH溶液中進(jìn)行滲透，時(shí)間為1年。結(jié)果顯示，沒(méi)有礦物變化，比如沒(méi)有沸石形成，但是觀察到了石英或許是長(zhǎng)石的一些溶解。至于蒙脫石晶格結(jié)構(gòu)由于OH-的侵蝕而產(chǎn)生破壞的過(guò)程，對(duì)于在溫度10～20 ℃下與混凝土接觸的蒙脫石中，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)確切的證據(jù)。

理論上粘土受堿侵蝕后的產(chǎn)物是像鈣十字沸石、方沸石等這類的沸石礦物。F. Huertas等人[70]的研究證實(shí)了這個(gè)觀點(diǎn)。在90℃的KOH/NaOH/Ca(OH)2溶液中幾個(gè)月后形成，或在較低溫度的溶液中數(shù)個(gè)月后形成。

對(duì)石灰穩(wěn)定土的研究說(shuō)明[71]，所有類型的粘土礦物都與石灰發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)石灰加入到土壤中時(shí)，首先是粘土礦物通過(guò)離子交換作用吸附Ca2+，直到達(dá)到飽和吸附。剩余的Ca2+與粘土礦物晶格中的SiO2和Al2O3發(fā)生反應(yīng)，尤其是在粘土顆粒的邊緣部位。這些反應(yīng)的發(fā)生需要高的堿度，孔隙溶液的pH值應(yīng)在12.4左右。反應(yīng)產(chǎn)物因粘土礦物不同有所差異，包括硅酸鈣(如CSH，C3S2H3等)，還有水化鋁酸鈣(如C4AH13，C3AH6等)，以及水化鋁硅酸鈣(如C2ASH8)。G. R. Glenn[72]和S. N. Rao等人[73]的研究也得到了類似的結(jié)果。

Aydin Kavak和Go¨khan Baykal[74]用XRD對(duì)養(yǎng)護(hù)10年的石灰穩(wěn)定的高嶺土樣品進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了被稱為濁沸石的水化鋁硅酸鹽(CASH)礦物(分子式CaAl2Si4O12·4H2O)。說(shuō)明火山灰反應(yīng)可以持續(xù)10年的時(shí)間。

F. G. Bell[75]指出在石灰穩(wěn)定土中，粘土是必須的組分，并且以退化的結(jié)構(gòu)形式將物質(zhì)膠結(jié)在一起，而在水泥穩(wěn)定土中，粘土僅僅是惰性填充料。說(shuō)明粘土在石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土中的活性是不一樣的。

以上的研究說(shuō)明，混凝土中的粘土礦物在常溫下是沒(méi)有火山灰活性的，即使有的研究顯示粘土有一定的火山灰活性，但也是非常輕微的。這說(shuō)明粘土礦物在混凝土中長(zhǎng)期存在，這也可能就是為什么粘土對(duì)混凝土的長(zhǎng)期性能仍然有不利影響的一個(gè)主要原因。

4 總結(jié)

(1)粘土是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多、性質(zhì)各異的一類物質(zhì)，在自然界中廣泛存在。粘土對(duì)混凝土性能的影響與其存在形態(tài)、礦物種類、物理性質(zhì)等有密切關(guān)系，在談到含泥量對(duì)混凝土性能影響時(shí)，應(yīng)給出相關(guān)的說(shuō)明，籠統(tǒng)地說(shuō)含泥量對(duì)混凝土性能的影響是不夠嚴(yán)密的。在測(cè)定砂石骨料的含泥量時(shí)，建議也測(cè)定一下其礦物組成和物理性質(zhì)，這樣可以更好的了解含泥量對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響。

(2)一般來(lái)說(shuō)，泥土對(duì)混凝土的工作性是不利的。隨骨料中泥土含量的升高，新拌混凝土的流動(dòng)性下降；在較低含量時(shí)，影響較小，當(dāng)超出某一范圍時(shí)，有顯著影響；其范圍因泥土組分的不同及實(shí)驗(yàn)條件的不同而有所不同；當(dāng)使用減水劑時(shí)，隨骨料中泥土含量的增加，減水劑的用量增大。

(3)一般來(lái)說(shuō)，混凝土的強(qiáng)度隨骨料中泥土含量的增加而降低。不同的強(qiáng)度等級(jí)混凝土，含泥量的影響不同；同樣，在較低含量時(shí)，影響較小，當(dāng)超出某一范圍時(shí)，有顯著影響；混凝土的抗折強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度對(duì)含泥量更敏感，即骨料的含泥量對(duì)抗折強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的影響更大，但這方面的研究較少，應(yīng)引起注意。

(4)骨料中的泥土組分對(duì)混凝土的耐久性是不利的。隨含泥量的提高，混凝土濕脹和干縮增大，并加快收縮進(jìn)程；混凝土抗凍融破壞的性能下降，但對(duì)于引氣混凝土的抗凍融破壞性能的影響較??；氯離子的擴(kuò)散系數(shù)增大，抗?jié)B性下降；早期碳化較為嚴(yán)重。

(5)如果加強(qiáng)泥土在混凝土中的分散性，適量的泥土對(duì)混凝土的工作性和強(qiáng)度可能是有利的。通過(guò)摻加高效減水劑及與一些特殊外加劑復(fù)合，可以降低或消除高含泥量對(duì)混凝土工作性和強(qiáng)度的不利影響，但是在本文中所涉及的研究者都未做對(duì)混凝土耐久性影響的研究，所以在這種情況下對(duì)混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能的影響尚不清楚，需要更進(jìn)一步的研究。

(6)泥土的組分復(fù)雜，應(yīng)注意某些組分對(duì)混凝土性能的影響，如粘土帶入的Cl-可能導(dǎo)致其含量超標(biāo)，引起鋼筋銹蝕；帶入的有機(jī)物可能引起混凝土的異常凝結(jié)。

(7)國(guó)內(nèi)的研究基本上都是籠統(tǒng)的談含泥量對(duì)混凝土性能的影響，而不區(qū)分粘土的礦物類型及組成，而粘土的礦物種類對(duì)混凝土性能的影響有顯著區(qū)別的，因此建議在討論含泥量對(duì)混凝土性能的影響時(shí)，應(yīng)明確說(shuō)明粘土的礦物種類。王應(yīng)等人[76]也指出泥應(yīng)從礦物性質(zhì)角度對(duì)其界定，這樣對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用更有參考價(jià)值。

(8)當(dāng)使用含泥量較高的砂石時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，加強(qiáng)泥土的分散性，盡量消除泥土的影響。

(9)使用高含泥量的骨料，需增加減水劑用量或水泥用量，可能會(huì)增加成本，還可能給混凝土質(zhì)量造成隱患，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都未必合算。

(10)一般來(lái)說(shuō)，混凝土中的粘土礦物在常溫下是沒(méi)有火山灰活性的，即粘土礦物不與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)。有些研究認(rèn)為粘土有一定的火山灰活性，但也是非常輕微的。

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A Review of Effect of Clay on Performance of Concrete

FENG Xiao-xin, LIU Gang

(Hebei Province Key Laboratory of Inorganic Nonmetallic Materials, College of Material Science and Engineering,North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063210, China)

clay; clay mineral; concrete workability; concrete strength; concrete durability; hydration reactivity

The definition of clay, the types of clay minerals, the chemical compositions and the physical properties of clay were introduced briefly. The related research at home and abroad about the effect of clay on the workability, the mechanical properties and the durability of concrete was summarized. The research about the reaction activity of clay minerals in concrete was also summarized. The purpose of this paper is to provide a reference for better understanding the effect of clay content in aggregate on the performance of concrete.

2095-2716(2017)02-0046-20

2016-11-26

2017-03-29

TU528.0

A