封孝信，刘刚

(河北省无机非金属材料实验室，华北理工大学 材料科学与工程学院，河北 唐山 063210)

泥土对混凝土性能的影响综述

封孝信，刘刚

(河北省无机非金属材料实验室，华北理工大学 材料科学与工程学院，河北 唐山 063210)

粘土；粘土矿物；混凝土工作性；混凝土强度；混凝土耐久性；水化反应活性

简要介绍了粘土的定义、粘土矿物的种类及粘土的化学组成和物理性质；概述了国内外关于粘土对混凝土工作性、力学性能和耐久性能影响的研究情况，以及关于粘土在混凝土中的反应活性的研究情况，以期为更好地理解砂石骨料中的含泥量对混凝土性能的影响提供参考。

混凝土砂石骨料的2项重要质量指标是含泥量和泥块含量。GB/T14684-2011《建筑用砂》对砂的含泥量的定义是“天然砂中粒径小于75 μm的颗粒含量”，对砂的泥块含量的定义是“砂中原粒径大于1.18 mm，经水浸洗、手捏后小于600 μm的颗粒含量”。GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》对卵石及碎石的含泥量的定义是“卵石、碎石中粒径小于75 μm的颗粒含量”，对卵石及碎石的泥块含量的定义是“卵石、碎石中原粒径大于4.75 mm，经水浸洗、手捏后小于2.36 mm的颗粒含量”。不论是砂中还是碎石中的泥或泥块，其主要成分是粘土。粘土对混凝土的性能有什么影响是广大混凝土工作者非常关心的事情，为此，国内外有很多科研人员进行了研究，笔者参阅了一些国内外的研究论文，进行了归纳，以供参考。

1 粘土的一些基本知识

为了更好地理解粘土对混凝土性能的影响，首先介绍一些有关粘土的基本知识。

1.1 粘土及粘土矿物

1.1.1粘土

粘土的定义因人(陶瓷工、农民、工业家、地质学家和矿物学家)而异，由于各个研究领域的人们给出的定义都有微妙的差异，因而欲想给出一个适合各部门专家的粘土定义是不容易的。一般而言，粘土的定义由2个方面组成：一是其水化特性，二是其颗粒大小及范围。表示粒径大小及范围的定义，可以看作是粘土分级的定义。特定粒径的大小随研究者的不同而有所不同，最大的为20 μm，其余分别为5、4、3、2和1 μm。国际上公认的特定粒径为2 μm，并规定凡粒径小于2 μm的颗粒含量大于45%者为粘土。我国把粒径为1～5 μm的粘土矿物颗粒称为粗粘粒，小于1 μm的称为粘粒；凡粒径小于1 μm的颗粒含量大于40%者为粘土[1]。

国际粘土研究协会(AIPEA)和粘土矿物协会在其联合报告中指出“粘土”这个术语是指一种主要由细颗粒矿物组成的天然存在的物质，其在适当含水量时呈现塑性，而被干燥和加热时变硬。粘土的颗粒尺寸还没有一个被所有学科都接受的统一说法。大部分的地质学家和土壤学家用的是小于2 μm，沉积学家用4 μm，而胶体化学家用1 μm[2]。

粘土按其成因来说，是由岩石经历物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用在交错复杂的自然环境中所生成的各类沉积物。关于微小颗粒沉积岩的命名是比较混乱的。一般较通用的术语除粘土外，还有泥、泥岩、页岩、粘土岩。人们习惯地把松散的组合称为“土”，而把坚硬的称作“岩”。考虑到应用上的方便，我国习惯上把松散的具有可塑性的称为“粘土”，把坚硬的无可塑性的称为“粘土岩”。对于沉积岩石学家来说，“土”与“岩”都是岩石学的概念[3]。也可以说，粘土是用水可以和成泥的，粘土岩则是用水泡不软的“石头”。

《硅酸盐辞典》中对粘土的描述是：粘土是自然界中硅酸盐岩石(主要是长石)经过长期风化作用而形成的一种土状矿物。粘土不是单一矿物，而是多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。根据其生成情况分为：(1)原生粘土，指长石经风化后生成高岭石及其它含水硅酸盐矿物、石英等。未完全风化的碎粒残留原地，而可溶性盐类则溶解而去；(2)沉凝粘土或二次粘土，是由原生粘土在自然动力条件下转移到其它地方再次沉积的粘土。根据可塑性，粘土可分为：(1)强可塑性粘土或称软质粘土，这类粘土多属二次粘土。因其颗粒细，分散度大，故可塑性强；(2)弱可塑性粘土或称硬质粘土，可塑性差，多属原生粘土。我国常用的粘土按其主要矿物成分可分为：(1)高岭石类；(2)水云母类；(3)蒙脱石类；(4)叶腊石类；(5)水铝石类[4]。

1.1.2粘土矿物

粘土是由粘土矿物组成的，或者说粘土是粘土矿物的集合体。粘土矿物的分类是非常复杂的，为了统一国际命名，1963年国际粘土研究协会(AIPEA)决定设立小组委员会专门研究粘土矿物的命名、分类等工作。在1965年国际粘土矿物协会上通过了小组委员会提出的粘土矿物分类大纲表。《中国粘土矿物》中对粘土矿物的分类见表1[5]。

国际粘土研究协会(AIPEA)和粘土矿物协会在其联合报告中指出“粘土矿物”这个术语是指层状硅酸盐矿物，或者是能够给予粘土塑性且当干燥或加热时变硬的矿物[2]。

按照AIPEA命名委员会于1972年给出的定义，粘土矿物是小颗粒尺寸(<2 μm)的层状硅酸盐[6]。

《粘土矿物与粘土岩》中指出严格的粘土矿物的定义是：“所谓粘土矿物，是具有无序过渡结构的微粒质点含水层状硅酸盐矿物”[3]。

《硅酸盐辞典》中将粘土矿物描述为一些具有层状构造的含水铝硅酸盐矿物，是构成粘土岩、土壤的主要矿物组分，其颗粒极细，一般呈小于0.01 mm的细小鳞片[4]。

由上述可见，不论是那一种定义，都说明粘土是由非常细小的颗粒组成的。当粘土与水接触时会发生一系列的变化，粘土矿物遇水后，在其颗粒表面吸附水分子形成水化膜，该过程称为水化；水分子进入粘土矿物的晶层间，其体积由小变大，该过程称为膨胀；水分子进入粘土矿物晶层间，使粘土由大颗粒变为小颗粒，该过程称为分散；在高温作用下，粘土矿物吸附的水分子逐渐蒸发，其体积由大变小，该过程称为收缩[1]。

1.2 粘土的化学组成及物理性质

1.2.1粘土的化学组成

粘土是含水铝硅酸盐的混合体，其主要化学组成是SiO2、Al2O3和结晶水。因地质生成条件的不同，同时会含有少量的Na2O、K2O、CaO、MgO，以及Fe2O3、SO3、TiO2等，还有一些有机物。表2是几种典型的粘土的化学组成[7]。

表1 粘土矿物及有关层状硅酸盐矿物分类表

表2 几种粘土的化学组成

1.2.2粘土的物理性质

粘土对混凝土性能的影响更多的是体现在其物理性质上。以下介绍几个粘土的物理性质，这几个性质对混凝土的性能可能会产生较大的影响。

(1)可塑性

是指粘土粉碎后用适量的水调和捏成泥团，在外来作用下可以任意改变其形状而不发生裂纹，除去外力，仍能保持受力时形状的性质。

可塑性可以用可塑性指数与可塑性指标来表示。可塑性指数是指粘土的液限含水量与塑限含水量之差。根据可塑性指数的大小，可将粘土分为[3]：

a.高可塑性粘土：可塑性指数>15

b.中等可塑性粘土：可塑性指数7～15

c.低可塑性粘土：可塑性指数<7

d.非可塑性粘土：可塑性指数<1

可塑性可以反映粘土的吸水能力，可塑性大，吸水能力强，干燥后收缩大，对混凝土的流动性和体积稳定性有较大的影响。

粘土中所含矿物如蒙脱石、多水高岭石、水铝英石等可塑性较好，高岭石可塑性次之，伊利石、水云母等可塑性较差。可塑性越好的粘土矿物，对混凝土性能的影响越大。

(2)膨胀性

是指粘土吸水后体积增大的现象。膨胀性可根据膨胀的原因分为内膨胀性与外膨胀性2种。

a.内膨胀性

内膨胀性是指水进入粘土矿物晶层内部而发生的膨胀现象。

b. 外膨胀性

外膨胀性是水存在于颗粒与颗粒之间而产生的膨胀现象。因为大部分粘土矿物都属于层状硅酸盐，因此，它们的表面积主要是底表面积，也就是说，水主要存在于小薄片与小薄片之间，而使其发生膨胀，这种膨胀性称为外部膨胀性。

通常用膨胀容来反映粘土的膨胀性能。它是指粘土在水溶液中吸水膨胀后，单位重量(g)所占的体积(cm3)。我国一些粘土的膨胀容数值见表3所示[7]。

表3 几种粘土的膨胀容

粘土的膨胀性对混凝土的抗冻性能可能会产生较大的影响。

(3)触变性

粘土泥浆(胶状泥团)受到振动或搅拌时，粘度大大降低，获得流动性，停止搅动又逐渐恢复原状，这种性能称为触变性。触变性也称稠化性。

由于混凝土中粘土含量较少，新拌混凝土出现触变现象的可能性不大。当粘土含量多时，也有可能出现触变现象，从而影响新拌混凝土的流动性能。

(4)收缩性

粘土干燥时，气孔中的水分首先排出，颗粒相互靠拢，产生收缩。接着水化膜中的水分排出，继续收缩。粘土的收缩情况主要取决于其组成、含水量、吸附离子等。细粒粘土及呈长纤维状粒子的粘土收缩较大。我们常常看到干涸的土地上有很大的裂缝，就是由于粘土收缩产生的。粘土的收缩性能影响混凝土的体积稳定性。表4是几种粘土的干燥收缩值范围[7]。

表4 几种粘土的干燥收缩范围

(5)离子交换性

粘土颗粒带有电荷，它能吸附其它异号离子。在水溶液中，这种被吸附的离子又能被其它带同性电荷的离子所置换，可用下式表示：

AR(粘土)+Bn+(溶液)⟺BR(粘土)+Am+(溶液)

即离子交换性是指含有离子A的物质AR与含有离子B的溶液相接触时，一部分B离子代替AR中的A离子进入粘土中，而AR中的一部分A离子则进入到溶液中。

这种离子交换反应发生在粘土粒子的表面部分，而不影响铝硅酸盐晶体的结构，即尽管发生了离子交换，但粘土的晶体结构并不受到破坏。

粘土的离子交换能力用离子交换容量(CEC)表示，它是指100 g干粘土所吸附的能够交换的阳离子或阴离子的数量，单位通常为mmol/100 g。不同粘土矿物的阳离子交换容量如表5所示。

CEC是表示粘土性质的一个极为重要的指标，其值愈大表示其带负电量愈大，其水化、膨胀和分散能力愈强；反之，其水化、膨胀和分散能力愈弱。

表5 不同粘土矿物的阳离子交换容量

由表1可见，不同的粘土矿物的单位化学式电荷(或单位晶层电荷数)是不同的。粘土矿物的性质与单位晶层的电荷数有密切关系[1]。单位晶层的电荷数为零时，即没有额外的阳离子，粘土矿物没有膨胀性；单位晶层的电荷数为0.25～0.6时，粘土矿物的阳离子交换容量可达100 mmol/100 g，在水中的膨胀可使晶层全部分开；单位晶层的电荷数为0.6～0.9时，粘土矿物的阳离子交换容量可达到150 mmol/100 g，但在水中的膨胀则有一定的限度；当单位晶层的电荷数达到1～2时，粘上矿物不仅不膨胀，而且层间的阳离子也难于交换。

通过粘土的以上性质可以大致判断粘土的种类对混凝土的影响程度。比如，蒙脱石的阳离子交换容量大、可塑性好、膨胀性强、干燥收缩大，对混凝土性能的影响大；高岭石的阳离子交换容量小、可塑性较差、几乎无膨胀性、干燥收缩小，对混凝土性能的影响就小。相应的，如果泥中含有较多的蒙脱石，即使砂石的含泥量不高，对混凝土性能的影响可能较大；如果泥中含有较多的高岭石，即使砂石的含泥量较高，对混凝土性能的影响可能并不大。

2 粘土对混凝土性能的影响

关于粘土对混凝土性能的影响，国内外学者进行了大量的研究，证明粘土对新拌混凝土的工作性、混凝土的力学性能及耐久性能均有影响。为了体现研究者研究内容的整体性，未按混凝土的性能方面划分段落，而是按研究者的研究内容进行介绍。

2.1 国外研究情况

2.1.1粘土对混凝土性能的影响

早在1903年，伊利诺伊大学的B. H. Prater[8]的本科毕业论文就是研究粘土对混凝土强度的影响。其研究的目的就是想知道碎石中到底允许有多少粘土而不大幅度降低混凝土的强度。他制作了3个系列的混凝土立方体试件，第一系列不含粘土，第二系列含6%粘土，第三系列含12%粘土。每一系列的龄期又分为3组，1周、4周和12周。实验结果如表6所示。可见，粘土含量超过6%时，强度显著下降。他给出的结论是砂子或碎石中粘土含量达到4%或5%应该是允许的。这是100多年前的研究，当时的实验条件可能与现在有较大的差别。

表6 B. H. Prater的实验结果

注：145psi=1 MPa

E. Buth[9]等人采用具有不同液限的粘土，比较系统的研究了粘土含量对混凝土的强度、收缩和耐久性的影响。使用了2类粗骨料，一类为硅质和卵石，另一类为破碎石灰石，水泥为I型硅酸盐水泥。该项目进行了3年多的时间。该项目的报告中使用了“砂当量值”的术语，砂当量值越高，粘土等杂质越少。

该研究采用了来自于不同地方的15种砂子。用洗涤剂将小于200目的细粉全部去除。然后加入杂质，包括以下5种：

(1)纯SiO2粉，液限为0；

(2)一种天然粘土，液限为35%；

(3)一种SiO2粉和蒙脱石的混合物，液限为200%；

(4)一种SiO2粉和蒙脱石的混合物，液限为400%；

(5)纯蒙脱石，液限为640%。

杂质的液限变化对砂当量值有显著的影响。

研究发现混凝土骨料中小于200目(75 μm)的颗粒的活性和数量对混凝土的性能有影响。混凝土骨料中的粘土杂质主要是通过影响需水量而影响混凝土的性能。活性和含量均可通过砂当量值反映出来。混凝土的强度和收缩与砂当量值高度相关。对于所研究的混凝土，收缩与W/C有一定的关系，但是与砂当量值有高度的相关性。砂当量值降低或W/C增加都引起收缩增加。

砂当量值降低，混凝土的冻融耐久性降低。但是，引气与非引气混凝土的破坏形式不同。对于非引气混凝土，通过超声波弹性模量检测，表现为结构破坏。而对于引气混凝土，破坏主要表现为由于失重使表面产生消耗(损耗)。实验证明，含粘土的非引气的混凝土对冻融破坏是非常敏感的，混凝土的破坏表现为表面剥落和结构完整性的损害。对于引气的混凝土，400个慢冻融循环后，大部分试件从基频测定来看没有什么破坏，但因表面破坏其重量确实发生损失。对于含液限为640%的蒙脱石的混凝土试件，40个循环后就完全的碎裂了。实验结果显示，当在混凝土中引气适量时，细骨料中如果杂质的液限在35%以下(砂当量值在80以上)，试件的耐久性没有明显的损失。

砂当量值能够反映200目以下粉体的量和活性(通过液限来测量)。砂当量值是判断细骨料质量的一个更需要的参数。比如，对于一个给定的细骨料，砂当量值从60增加到80，混凝土的性能将产生如下变化：

(1)7 d抗压强度增加15%；

(2)28 d抗压强度增加16%；

(3)7 d断裂模量增加13%；

(4)28 d断裂模量增加12%；

(5)对于非引气混凝土，冻融耐久性增加60%；

(6)对于引气混凝土(含气量约5%)，冻融耐久性无明显变化；

(7)28 d收缩降低17%；

(8)120 d收缩降低15%；

(9)混凝土拌合物需水量降低9%。

L. M. Olanitori[10, 11]做了2种实验：一种是固定水泥用量，增加砂子的含粘土/泥量，研究对抗压强度的影响；另一种是固定砂的含泥量，研究达到相同强度时，需要增加的水泥用量。结果是当砂子的粘土/泥含量为0%时，得到最大强度22.35 MPa，粘土/泥含量为10%时，得到最小强度10.15 MPa。说明混凝土的抗压强度与砂子中的粘土/泥含量成反比。若要使混凝土的抗压强度达到20 MPa，如果砂中的泥/粘土含量为10%，则水泥的用量要增加50%才能达到要求的强度。但是，如果砂中的泥/粘土含量为4%，则水泥的用量只需增加4%。所以，他认为当砂子中的粘土/泥含量超过一定值(3%)时，对混凝土的强度是有害的。并且建议，如果砂中粘土/泥含量超过3%，就要采取补救措施，比如将砂子进行水洗，或增加水泥用量。

J. F. Mun～oz等人[12]对于粘土是如何影响混凝土性能的，提出这样的假设：在搅拌过程中，一部分粘土包裹层从骨料表面脱落下来，先于水泥分散到液相中。因此，当水泥加入到这个混合物时，粘土颗粒就掺入到水泥浆体基质中，影响水化反应。包裹层的其它部分保留在骨料表面，影响水泥浆体和骨料之间的粘结。他们开展了一项研究，其总体目的是确定有多少包裹层从骨料表面脱落，及这些脱落的粘土颗粒是如何在水泥浆体中影响水泥的水化反应进程的。

他们采用3种粘土(Na-蒙脱石，Ca-蒙脱石，高岭石)进行了研究。这3种粘土具有不同的性质，高岭石的吸水量小，粘土结构无膨胀；Ca-蒙脱石的吸水量大，产生层间膨胀；Na-蒙脱石的吸水量大，产生宏观膨胀，形成大量的纳米级的颗粒，可悬浮于水中。

为了达到研究目的，他们将项目分成3个主要的研究内容：

(1)在干净的骨料表面上包裹已知的粘土(Na-蒙脱石，Ca-蒙脱石，高岭石)。在这个阶段，用浸泡(蘸)-包裹技术使粘土矿物在干净的骨料表面沉积一层薄膜。覆盖在骨料表面上的粘土重量百分数通过在水中提取的方式测量，用水将所有的粘土从骨料上提取出来，然后进行称量。该研究中检测的参数包括：粘土的性质、从粘土悬浮液中提取的速度、悬浮液中粘土的浓度和覆盖层的量。

(2)确定在混凝土搅拌阶段有多少粘土包裹层从骨料表面脱落并进入到水相中。将已包覆粘土的骨料与水(在给定的水/混凝土比下)搅拌和摇动，就像在真正的混凝土搅拌条件下。在这些研究中，所使用的包覆骨料含有1.5%的粘土，以模拟真实的条件。研究发现，脱落的粘土量与粘土的性质有关：Na-蒙脱石保留在骨料的最多，在pH分别为7和12时，10%和20%脱落；Ca-蒙脱石和高岭石非常容易脱落并进入到水相中，在pH分别为7和12时，Ca-蒙脱石为69%和77%，高岭石为50%和79%。

(3)研究粘土对水泥浆体水化反应的影响。用XRD和SEM研究2种水泥浆体的进展情况，一种用粘土悬浮液制备，一种用水制备(对比样)。这些研究在水泥水化的早期阶段进行，2 h到11 d。研究结果显示，与对比样相比，Ca-蒙脱石和高岭石的存在加快水化速度。水化产物，如AFt、Ca(OH)2和C-S-H出现的较早。相反，Na-蒙脱石的存在趋向于延缓水化反应，上述水化产物出现的较晚，尤其是反应物阿利特(C3S)消失速度较慢。

他们研究的结果是：(1)当有粘土包覆层的骨料用来制备混凝土时，一部分粘土会在水泥加入之前进入水中。脱落的程度与粘土的性质有关。此外，对于给定的粘土，脱落量还可能与其它变量(因素)有关，比如颗粒尺寸，这该项目中没有进行研究；(2)在水泥加入之前水中的粘土浓度是粘土性质和骨料中粘土原始含量的函数；(3)在水泥浆体中粘土的存在(相当于混凝土中的水泥本体)影响水化反应速率。宏观膨胀的粘土(Na-蒙脱石)是最难脱落的，且降低水化速率。具有晶体性膨胀的粘土(Ca-蒙脱石)和无膨胀的粘土(高岭石)是比较容易脱落的，且提高水泥浆体的水化反应速率。

K. J. Gullerud[13]为了确定骨料的包裹物对混凝土耐久性和强度的影响程度，他收集了所在州的含有表面包裹物的粗骨料，并进行了洁净度检测、亚甲蓝检测和XRD分析。他采用了3类粗骨料：(1)现场采来的含有包裹物的骨料；(2)在实验室经过水洗去除包裹物的骨料；(3)添加石粉和粘土细粉使包裹物量增加后的骨料。通过比较抗压强度、拉伸强度、干缩、冻融耐久性和Cl-渗透的变化评价各种包裹物对混凝土性能的影响。

他的实验结果显示：(1)由含碳酸盐包裹物的骨料配制的混凝土的干缩值与水洗骨料混凝土的干缩值相近；(2)由含粘土包裹物的花岗岩骨料配制的混凝土的120 d时的干缩值明显大于由水洗骨料制备的混凝土，且粘土的含量越高，收缩值越大；(3)骨料的粘土包裹物对于混凝土冻融耐久性是尤其重要的，含粘土包裹物骨料的混凝土抗冻融能力下降。由于粘土包裹物吸收了更多的水并减弱了骨料-浆体之间的结合力，因此增加剥落和表面起鼓的可能性。

他得出结论：混凝土高粘土含量的包裹层比含有大量石粉和碳酸盐物质的包裹层对混凝土强度和耐久性更有害；而碳酸盐包裹层表现出对混凝土性能有稍微的改善，但粘土包裹层表现为显著降低混凝土的强度和耐久性。

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，研究对混凝土强度的影响，并测定了干燥7、14、21、28 d后的混凝土密度。结果显示，粘土掺量为2%和4%时，强度是增加的；粘土掺量超过6%时，强度是下降的。干燥后混凝土的密度随粘土量的增加而增加，说明粘土更容易吸收水分。

J. Akbar等人[15]研究了膨润土对高性能混凝土的强度和抗硫酸盐侵蚀性能的影响。所用膨润土的粒度为通过200目筛，体积自由膨胀率为60%。水泥为普通水泥，使用了萘系高效减水剂，减水率20%。膨润土对水泥的取代量为20%。实验结果显示，早期强度(7 d)下降较大，下降了22.9%，但强度一直增长，91 d时，强度下降幅度减小，下降了10.2%。说明对早期强度影响较大，对后期强度的影响减小。加入膨润土，混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能力提高。

丹麦技术大学(Technical University of Denmark，DTU)的S. J. Svensson[16]用格陵兰粘土代替部分砂子制备砂浆，取代量为2.5%、5%、10%。试件尺寸40 mm×40 mm×160 mm，W/C=0.5，测7、14、28 d强度。结果是掺粘土的试件强度均低于对比样的强度。还发现只要是有粘土的砂浆试件，都比对比样含有更多的孔和空洞，尤其是含10%粘土的试样，比其它试件含有明显多的空洞和较大的孔。该作者的同学还做了用粘土代替水泥的实验，取代量为5%、10%和15%。结果是强度都达不到要求的强度，5%时最好，也只能达到要求强度的90%。

T. J. Désiré等人[17]采用高岭土类粘土研究了粘土对混凝土强度的影响。骨料中的粘土含量为1%、3%、5%、7%和10%，龄期3、7、14、28 d。得到的结论是混凝土的强度与骨料中的粘土含量成反比。他们建议骨料中粘土的含量永远不要大于1%。C. H. Aginam等人[18]研究了粗骨料类型对混凝土强度的影响，采用了3种粗骨料：碎花岗岩、水洗卵石、未水洗卵石，骨料最大尺寸20 mm。结果为水洗卵石的混凝土强度为20 MPa，未水洗卵石的混凝土强度为16.9 MPa。

G. R. Iyappan和S. S. Manu[19]设计了M25等级的对比配合比，还设计了用0%、1%、2%、3%、4%、5%、10%和15%的粘土/泥代替天然砂的配合比。实验发现粘土/泥的最佳代替量为3%～4%，其结果比对比样好；新拌混凝土的工作性随着粘土/泥对天然砂代替量的增加而降低，因为需要加入更多的超塑化剂；粘土/泥对天然砂的代替量从0%到1%、2%、3%，混凝土的强度逐渐提高，而当代替量在5%以上时，强度降低。M. N. Frederiksen和O. J. Viig[20]调查了在格陵兰岛上粘土丰富的两个地方Sisimiut和Kangerlussuaq，Sisimiut的粘土可以用于混凝土，而Kangerlussuaq的粘土不适合用于混凝土，因为其中的Cl-含量很高，可能会引起钢筋锈蚀。他们用粘土代替水泥，研究取代量对混凝土强度的影响。试验结果发现随着粘土的加入，混凝土抗压强度和抗折强度都下降。他们建议对于低强度等级的混凝土，可适当引入粘土，用量不宜超过5%。

A. T. Goldbeck[21]通过研究，总结了7种骨料包裹物的特性：

(1)石粉，在骨料破碎、筛分等处理过程中产生的细粉。当与水拌合时，石粉颗粒粘附在骨料表面形成一个看得见的薄膜。包裹物与骨料之间的吸引力取决于其矿物组成、湿度条件和骨料的表面粗糙度。在大部分情况下，粉尘(尤其是硅质粉尘)不会牢固的粘附在骨料上，而是容易通过水洗去除。但是，某些类型的石灰石粉可以强烈的粘附在骨料上，需要更强烈的水洗才能去除。

(2)粘土，来源于骨料矿的粘土物质的覆盖层，以及在骨料洗涤过程中所使用的污水。粘土包裹物的特征随所存在的粘土颗粒的类型而变化。有些类型的粘土与骨料表面的结合相当的紧密，即使水洗也不能脱落，而另外一些类型的粘土则容易散开进入水中，在混凝土搅拌时被去除。

(3)有机物，来源于地表上层有机物质的渗透，或携带有机物的水流。所调查的粘土中主要的有机物是二羟基硬脂酸和腐殖酸，它们阻止骨料和水泥浆体之间的结合。可以通过水洗、煅烧、加入盐或酸使有机颗粒絮凝等方法去除这些有机物质。

(4)碱和盐，来源于溶有碱和盐的水流和地下水。这些包裹物由硫酸盐和碳酸盐矿物组成，它们沉积在骨料表面，还可能在混凝土的孔中结晶。

(5)沥青油，来源于天然的油囊，已经在一些石灰石矿床中发现。这个油包裹层也可以粘附在骨料加工过程中产生的粉尘颗粒上。

(6)石灰质物质，由粘附在骨料表面上的砂子碎片组成。这种包裹层是变化的，可以从非常薄而小的斑点到围绕整个骨料的一个厚膜。

(7)糖，来源于骨料在运输和储存过程受到污染。即使其量非常少，也会对混凝土的性能产生显著的影响。

在一个英国标准研究院的研究中，D. C. Pike[22]得出结论“一定量的矿物粉体而不是粘土矿物可能是可以接受的(有时是有用的)，但是粘土是要避免的；蒙脱石是非常有害的，其含量应严格控制”。他建议如果对有害粘土细粉的检测后是可用的，则对细粉的含量或许可以放宽，他认为亚甲基蓝吸附方法在这方面是适用的。

D. C. Pike[23]还在其学位论文中提出显著量的分散的粘土细粉是不可接受的，因为其增加骨料的需水量，并且阻止骨料与水泥浆体的粘结。一般来说，添加干净的石粉和碳酸盐细粉可以提高强度，而添加粘土细粉总是引起强度的降低。他建议用下面的“经验法则”评估粘土细粉对混凝土强度的影响：

(1)增加1%的高岭土(按水泥质量计)，混凝土的强度下降1%；

(2)增加1%的伊利石(按水泥质量计)，混凝土的强度下降2%；

(3)增加1%的蒙脱石(按水泥质量计)，混凝土的强度下降4%。

Z. R. Unikowski[24]发现粘土细粉的需水量与粘土的比表面积有关，蒙脱石有最大的需水量，而高岭石的需水量最小。相比之下，一些石灰石粉和硅质石粉不用额外加水就可以改善混凝土的工作性。与没有粘土细粉的砂浆相比，含粘土细粉的砂浆有较低的强度和较大的收缩。比如，3%的砂子用蒙脱石代替，将使强度下降近40%，使收缩加倍。但是，3%的砂子用石灰石粉代替，使强度提高15%，使收缩稍微降低。

Popovics[25]指出骨料的包裹层可能对混凝土的抗拉强度尤其重要，因为抗拉强度与骨料-水泥浆体界面处的裂纹扩展有关。

M. Alexander和S. Mindess[26]在《混凝土骨料(Aggregates in Concrete)》一书中关于粘土对混凝土性能的影响有较多论述。一定量的细粉对混凝土是有利的，尤其是当其与母岩的性质一样时。但是，过量的粘土可能是有害的，这取决于粘土的性质。例如，蒙脱石可吸附大量的水，从而导致强度的下降和干缩的增加。蒙脱石、伊利石和凹凸棒类的粘土应该避免，因为它们导致混凝土的尺寸不稳定(即收缩和膨胀)。这些粘土甚至会对混凝土的凝结时间和硬化产生负面影响。其他在尺寸上稳定的粘土在一定程度使用，其可接受程度通过对需水量的影响来判断。高岭石、伊利石和绿泥石是相对稳定的粘土矿物，但是是吸水性的。蒙皂石和蒙脱石由膨胀粘土组成，是高度体积不稳定的，如果进入混凝土中，当干湿循环时，会引起大的体积变化。

粘土矿物在骨料中可以有多种存在方式：非常细的分散材料、连续的颗粒表面的覆盖层、直接的粘土块、或者是地质上的变质或岩石组分的风化。主要由粘土矿物组成的泥质岩石是很少用作混凝土骨料的，除非是一些变质的变体。粘土对潮湿非常敏感，容易被水带动起来，而且结构有吸水和失水的能力，并且伴随着膨胀和收缩。因此，粘土在混凝土拌合物中产生一个需水量，当维持混凝土的工作度不变时需要增加拌合物的用水量，这样会导致混凝土的强度降低和渗透性的增加。骨料表面的粘土包裹层显然会妨碍骨料和水泥之间的结合。

还需要注意的是骨料细粉中的“粘土”组分可能是“粘土尺寸”的物质，而不是由粘土矿物组成。这是一个非常重要的区分，因为粘土矿物比粘土尺寸的颗粒对潮湿更加敏感，而且会对混凝土产生更负面的影响，尤其是对膨胀性粘土的情况，如蒙皂石(蒙脱石)和某些绿泥石 ，或高吸水性和可塑性的坡缕石(凹凸棒石)[27]。

以上所述是针对粘土包裹在骨料表面的情况。如果是粘土被包裹在骨料内部，则对骨料也会产生不良影响。对于骨料颗粒本身，如果含有粘土矿物或相关的矿物，如绿泥石，可导致其冻融破坏[29]。某些骨料容易受冻融破坏，尤其是具有小孔(小于4μm)的骨料颗粒和含有破坏性粘土矿物的骨料颗粒[26]。I. Sims和B. Brown[28]指出含有高收缩性粘土的岩石，当处于临界饱和状态时，对冻融作用是非常敏感的。

粘土块和含有粘土矿物或类粘土次生矿物的变质岩颗粒不仅使骨料本身变弱和易受伤害，而且通过潮湿时膨胀和干燥时收缩导致混凝土破坏。例如，T. R. West和A. Shakoor[30]证实印第安纳的某些泥质碳酸盐骨料导致处于冬季条件下的混凝土路面产生点蚀和鼓包。W. F. Cole[31]描述了一种“尺寸不稳定”的来自于澳大利亚的玄武岩骨料，其中含有次生蚀变矿物。A. Giovambattista和L. Traversa[32]报道，在阿根廷的一座混凝土桥梁产生破坏，其原因是含有蒙脱石的玄武岩骨料产生了膨胀和劣化。

2.1.2粘土对混凝土性能的影响机理

E. Buth[9]等人指出，粘土组分产生这些观察到的效应的基本反应和机理是相当复杂的。胶状的粘土颗粒具有一个吸附水层，被颗粒表面上的负电荷吸引和保持。如果这一层中含有阳离子，如Ca2+和Na+，那么就称为吸附络合物(吸附性复合体)。这个复合体对粘土的性能有很大的影响。粘土颗粒吸引水和阳离子并增加体积的能力就会影响混凝土的性能。当粘土与拌和水接触时，水分子被吸入层状的粘土颗粒中，引起膨胀并且消弱颗粒。主要的影响显然是由于这些粘土细粉的存在导致的需水量增加。

K. J. Gullerud[13]在其论文中写到，水被吸附到粘土表面，通过3种机理：

(1)粘土表面有净负电荷；(2)围绕粘土的阳离子的净正电荷，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+；

(3)水分子中的H原子与粘土表面上的OH-之间的氢键结合。

距颗粒表面最近的水层，称为吸附水，被紧紧地保持在粘土颗粒上，而最外层的水层，称为双层水，被保持的力度较小。这些水层的厚度根据不同的粘土类型和不同的表面积是变化的。尽管双层水可用来改善混凝土的工作性或与水泥发生反应，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]还认为粘土包裹层将大量的水吸附到骨料表面，这些吸附的水会增加界面区水膜的厚度，从而降级骨料和水泥浆体之间的结合强度。

D. C. Pike[23]提出粘土-砂浆的强度损失是由于水泥中的粘土吸收部分拌和水，在水泥颗粒的周围形成“不渗透的壳层”，从而降低水泥的反应速率，并破坏粘土细粉与水泥浆体之间的粘结。

M. Moukwa等人[33]将粘土-砂浆的强度损失归因于在硬化水泥浆体中有较高的孔隙率。

Ch. L. He等人[34]研究了6种粘土的需水量、抗压强度、颗粒尺寸分布、火山灰活性，得出结论因为吸附水与自由水的物理性质不同，这些水就不能被水泥活性组分利用而进行水化。这些作者也认为当存在粘土时，混凝土强度降低与粘土矿物的结构层之间不同的结合力有关，还与粘土-水泥的粘结特性有关。

M. A. Fam等人[35]对膨润土-水泥和凹凸棒石粘土-水泥泥浆进行了研究。他们认为水化的粘土作为半透膜暂时地吸收了水泥水化反应的中间产物。

W. A. Tasong等人[36]指出骨料与水泥浆体之间的结合有以下3个机理：

(1)水泥产物与骨料表面的机械性互相咬合；

(2)水化产物在某些骨料表面的外延生长；

(3)水化水泥与骨料之间的化学反应。

他们认为骨料的包裹物通过直接影响这些机理之一，从而影响水泥浆体与骨料之间的结合强度和混凝土的性能。

2.2 国内研究情况

国内也有很多学者研究了泥土含量对混凝土性能的影响。赵尚传等人[37]研究了粗集料中的含泥量对混凝土性能的影响，结果显示：(1)当使用含泥量为1%的粗集料时，混凝土坍落度降低30%多，已影响混凝土的正常施工；而当超过5%时，混凝土拌合物已很干涩，几乎无法正常成型；(2)混凝土的抗压和弯拉强度随着粗集料含泥量的提高都显著降低，含泥量为1%时，强度稍有降低，个别试验结果甚至增大，而含泥量超过5%时明显降低；(3)随着粗集料含泥量提高，混凝土的抗压弹性模量变化不大，但抗折弹性模量明显下降；(4)粗集料含泥量1%时，基本不影响混凝土的抗渗性，而含泥量为10%时，显著降低抗渗性能；(5)粗集料含泥量1%时，混凝土的抗冻性稍有下降，而含泥量超过5%以后，抗冻性能明显降低。试验中发现不掺泥和掺泥1%的情况下，试块都是经过100 次冻融循环破坏，而掺泥5%和10%的情况只经过75 次循环就完全破坏了。他们据此试验结果，提出混凝土粗集料含泥量应控制在1%以内，对于重要工程，更需要严格控制。

张瑞芳[38]分别研究了碎石和砂中粘土含量对混凝土强度的影响，结果为随着碎石粘土含量的增大(0%～2%)，C30混凝土强度降低不明显，而C60混凝土从67.8 MPa降至53.6 MPa, 降低约21 %；砂中粘土含量从0增至5%，C30混凝土的抗压强度降低了8%，而C60混凝土的抗压强度则降低了21%，且粘土含量>3.5%时更为明显。说明碎石和砂中粘土的存在都会降低混凝土的强度，特别是对强度等级高的混凝土影响更为明显。

肖瑞敏等人[39]研究了砂含泥量对混凝土干缩性能的影响，结果说明砂含泥量对混凝土的收缩影响很大，特别是对后期的影响大，随着含泥量的增加而增长。在90 d龄期时，砂含泥量5%的混凝土收缩值比不含泥混凝土的收缩值大25%左右，但含泥量对混凝土早期的收缩影响并不是很大。他们建议配制优质的混凝土需要严格控制砂石的含泥量。

石建明[40]采用含泥量为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%和8.0%的砂样，研究了对新拌混凝土工作性及混凝土强度的影响。结果表明：(1)新拌混凝土的初始塌落度随着砂中含泥量的增大而减小，而坍落度的1 h 经时损失随着砂含泥量的增大而增大。在砂的含泥量低于4.0%的情况下，含泥量对工作度的影响并不是很明显，能满足生产要求；当砂中含泥量等于4.0%时，尽管新拌混凝土的初始坍落度基本满足要求，但是塌落度的1 h 经时损失过大，此时的工作度不能满足生产要求。当砂的含泥量高于4.0%时，对新拌混凝土的初始坍落度及坍落度的1 h经时损失的影响更加显著，工作度已不能满足生产需要。(2)混凝土强度随砂含泥量的增大而降低，当含泥量低于4.0%时，混凝土的强度有所降低，但仍能满足设计要求；当砂含泥量在4.0%至5.0%之间时，混凝土在标准养护条件下的强度能满足设计要求。但是，在夏季生产高峰期时，如果建筑工地对浇筑后的混凝土实体养护措施不到位，那么混凝土结构实体的强度没法保证；当砂含泥量高于5.0%时，混凝土的强度已经不能满足设计要求，并且强度降低趋势更加显著。

杜毅[41]研究了机制山砂中含泥量对混凝土性能的影响，含泥量在原始基础上人工调配，分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，配制C20、C30、C40和C50混凝土。结果显示：(1)混凝土的坍落度值随砂子泥含量的增加而下降，当含泥量达到1%时，下降趋势明显增大，但在粘聚性还较好, 没有出现泌水现象；坍落度值下降的幅度随混凝土强度等级的增大而增大；(2)砂子的泥含量对混凝土强度的影响因强度等级不同是不同的，对C30以下的影响不是很大，而对C40以上的影响较大，对C50的影响更大，其实测强度从59.6 MPa下降到39.2 MPa, 降低约34%；(3)无论混凝土强度等级的高低，当砂中泥含量增加时，Cl-扩散系数增大，抗渗性下降；当砂中泥含量达到3%时，Cl-扩散系数明显增加；这种影响C50比C20的更大；(4)混凝土的收缩值随着泥含量的增加而增大，且随着泥含量增加对低强度等级的影响更大。

胡兵等人[42]研究了机制砂泥粉含量与亚甲蓝MB值的关系，并探讨了两者对砂浆干燥收缩值的影响规律。他们发现：机制砂的MB值与泥粉含量的关系是线性的，泥粉的液限指数影响直线斜率；当机制砂泥粉含量和MB值提高时，砂浆的干燥收缩均增加，且收缩的发展进程加快；砂浆的干燥收缩终值可以用MB值更好地评估和预测。

王晨晨等[43]通过水泥净浆粘度实验、砂浆流动度实验和砂浆强度实验对不同含泥量的材料性能进行测试评价。(1)随着含泥量的增加，水泥净浆的粘度增大，且当大于2%以后随含泥量增加粘度迅速增大；(2)在含泥量小于2%的情况下，随含泥量增加，水泥砂浆的流动度增大；当含泥量大于2%时，砂浆流动度随含泥量增加而减小。说明少量的泥土颗粒可以在一定程度上改善砂浆的流变性质，但含泥量超过一定限值时会对砂浆流变性质产生一定的负面影响；(3)在含泥量小于2%的情况下，随着含泥量的增加，水泥砂浆7 d和28 d的抗压强度均提高；当含泥量大于2%时，砂浆7 d和28 d的抗压强度随含泥量增加而降低；随含泥量增加，砂浆7 d抗折强度不断减小，而对28 d抗折强度影响不大。说明含泥量对水泥砂浆早期抗折强度的影响比较大。

耿长圣等人[44]研究了砂含泥量对混凝土工作性、强度和碳化的影响，结果表明：(1)混凝土的坍落度随着砂含泥量的增加而减小，并且经时损失显著；(2)砂含泥量显著影响混凝土强度。含泥量增加，强度降低，若要达到相同的混凝土强度和工作性，则水泥用量和用水量(或外加剂掺量)就需要增大 ，混凝土的成本提高；(3)用高含泥量的砂制备的混凝土，早期碳化比较严重，明显影响了混凝土的耐久性；(4)若要使混凝土的各项性能均为稳定，则砂中的总含泥量应控制在1%以内。

明阳等[45]在保证各强度等级混凝土配比和原材料不变的基础上，依次改变河砂含泥量(0%、2.0%、4.0%、6.0%)，研究对混凝土工作性能、外加剂掺量、坍落度损失以及抗压强度的影响。混凝土强度等级为C25，C40，C60。结果表明：(1)各强度等级混凝土的扩展度均随着含泥量的增大而减小，但C25混凝土，含泥量小于4%时，坍落度随含泥量的增加而有小幅提高；(2)各强度等级混凝土达到相应坍落度时，外加剂掺量均随含泥量的增加而不断增加，含泥量从2%增加到6%，达到流动度要求的外加剂掺量甚至增加一倍左右；(3)各强度等级混凝土的坍落度损失均随着含泥量的增加而逐渐增大，且随着含泥量增加，虽然可以通过增加外加剂掺量来调整混凝土的初始坍落度，但是坍落度的经时损失却难以得到保证；(4)各强度等级混凝土的强度均随着含泥量增加呈下降趋势。从强度下降率看，含泥量对低强度等级混凝土强度的影响较高强度等级混凝土强度的影响更大，对混凝土早期强度影响较后期强度影响更大；但从强度下降绝对值来看，含泥量对高强度等级混凝土强度的影响更大。

刘红霞等[46]的研究说明混凝土的坍落度会随着砂石含泥量的增加而减小，并且其抗压强度也会出现明显的降低现象。另外，当砂石含泥量超过3.0%时混凝土的坍落度和抗压强度会受到严重影响，因此，建议最好保证砂石含泥量不要超过3.0%。他们还发现影响混凝土7 d及28 d抗压强度因素的主次顺序是砂子含泥量≥石子含泥量。对于7 d抗压强度来说，石子含泥量的影响不明显，但是砂子含泥量的影响很显著。他们的试验结果显示：在0%～2.0%范围内，粘土含量对混凝土抗压强度的影响不明显，个别甚至略有升高，其原因可能是粘土起到微细集料的作用，从而提高了混凝土的强度。而当含泥量超过5%时，强度降幅明显。

王春发[47]研究了含泥量对混凝土拌合物性能及混凝土强度的影响。从对混凝土拌合物性能影响来看：(1)对流动性的影响。当用水量不变时，随着砂含泥量的增加，使混凝土拌合物的坍落度递减(他们的试验表现为含泥量每增加2%，坍落度约减少1 cm左右)，但这种作用因强度等级、水泥用量不同而有不同的表现；(2)对粘聚性的影响。骨料中的泥分一般均可明显增加混凝土拌合物的粘聚性，尤其对贫混凝土，这种作用更加明显。但当含泥量过高时，会使拌合物过分粘稠；骨料含泥量较高的混凝土拌合物虽然有时流动性差，但却具有良好的振动和易性。(3)对析水的影响。用几乎不含0.075 mm以下颗粒的洗砂拌制的砂浆或混凝土有明显析水现象, 而用含泥量为5%左右的砂拌制的砂浆或混凝土具有较好的粘聚性而不易析水。但当砂含泥量增加至10%以上时，则又会使砂浆及混凝土的析水性增加，尤其是对于塑性混凝土更为明显。从对混凝土强度的影响来看：(1)泥分不同状态的影响。若含泥量相同时，不同状态泥分对混凝土强度影响的程度依次为：团粒状>包裹状>分散状。因此，他建议在规定砂石含泥量的限制时，应该考虑泥的状态；(2)泥分不同类别的影响。他采用了3类泥分，清水砂+清水砂中泥分、清水砂+戈壁土砂中泥分和清水洗砂+黄土，结果显示清水砂中泥分的影响较其它2种为小。他认为其原因是清水砂中泥分多为原生矿物质粉末，而黄土中的粘土成分多一些；(3)泥分不同组成的影响。粘土成份对混凝土强度的影响明显地大于粉粒对混凝土强度的影响；(4)泥分对不同强度等级混凝土的影响。含泥量在试验范围内(<16%)对150#及200#混凝土抗压强度并无不利影响，而且随着含量的增加还略有提高，这反映出含泥对于低标号混凝土的有利作用；对于300#混凝土，当含泥量超过5%时，混凝土强度表现出略有降低的趋势；对于400#混凝土，含泥量无明显影响，这可能是因为当水泥用量足够多时，含泥的影响相对减小的缘故；(5)泥分对不同砂率混凝土的影响。当砂子含泥量及其它条件相同时，砂率较低的混凝土强度较高，而且拌合物的坍落度也较大；(6)含泥量与混凝土搅拌时间的关系。适当延长搅拌时间对于采用含泥量较高的砂石所拌制的混凝土抗压强度的提高是有利的。因此，他建议当使用含泥量较高的砂石时，应适当延长搅拌时间；(7)含泥量与掺用减水剂的关系。即使当砂石中含泥量相当高时，保持用水量及其它条件不变，仅掺加适量减水剂，即可使砂浆及混凝上拌合物达到所需要的流动性，而且强度与洗砂不掺减水剂时相比普遍有所增加。洗砂与含泥量较高的砂掺用相同用量的减水剂时，含泥量较高的砂的流动性较差，但强度却较高，这可能与泥分减少了减水剂的引气量有关。

李雯霞[48]采用河砂，经人工水洗烘干后添加泥土(粘土质黄土，质量稳定，质地均匀，过0.075 mm筛)配成含泥量为1.0%、3.0%和5.0%来进行试验，混凝土强度等级为C35和C50。得到的结果为：(1)对于用聚羧酸配制的混凝土，含泥量对其工作性影响非常明显，特别是对坍落度经时变化，坍落度损失很快。他们发现含泥量到3%以上时坍落度损失尤为明显；(2)混凝土收缩受含泥量的影响较大，随含泥量的增加而加大；对于不同强度等级的混凝土，当含泥量相同时，各个龄期的收缩率随混凝土强度等级的增大而降低；(3)对于同强度等级的混凝土，无论是3 d、7 d还是28 d龄期，其抗压强度都随砂中含泥量的增加明显降低；(4)无论是C35还是C50混凝土，随含泥量的增加，抗冻性能变差；且砂中泥含量的增加对低强度等级混凝土抗冻性的影响更大。袁杰等人[49]研究了石子和砂子的不同粘土含量、石粉含量对混凝土强度、抗渗性和收缩性能的影响。结果表明，混凝土的强度、氯离子渗透性随砂石中粘土含量的增大而降低，在一定范围内(0%～2%)，随石粉含量的增大而增大；混凝土的收缩随着骨料中粘土和石粉含量的提高而增大。

李俊文[50]研究砂子含泥量对砌筑砂浆性能的影响，结果显示：(1)随着砂子含泥量的提高，对保水率似乎还有一点正面作用；(2)随着砂子中含泥量的升高，砂浆抗压强度有明显的降低，不管是早期强度，还是后期强度；(3)含泥量的大小对拉伸粘结强度的影响是非常大的，砂子含泥量从0%到20%，强度值从0.39 MPa下降到0.10 MPa，下降幅度达到了近80%；(4)随着含泥量的升高，砂浆28 d的收缩率逐步提高；(5)随着含泥量的升高，冻融质量损失率和强度损失率逐步增加，抗冻耐久性指标下降。

杨建军等[51]比较全面的研究了砂的含泥量对C80高性能混凝土性能的影响，所用粘土以高岭石为主。结果表明：(1)混凝土强度随着砂的含泥量增加而下降，尤其是28 d立方体抗压强度和劈裂抗拉强度下降幅度较大。砂的含泥量大于1.0%时，混凝土28 d立方体抗压强度小于80 MPa，达不到强度设计要求；砂的含泥量从1.0%增至4.0%，混凝土28 d立方体抗压强度降低20%，28 d劈裂抗拉强度降低37.5%。他们发现劈裂抗拉强度对含泥量更加敏感；(2)对C80高性能混凝土，砂的含泥量对早期收缩有明显抑制作用。他们认为拌和时泥粉吸附了较多水分，这些水分在混凝土内部湿度降低的过程中缓慢释放，延迟了混凝土内部湿度的降低，因而可以抑制混凝土的收缩；(3)随砂的含泥量增加，混凝土电通量有增大的趋势，混凝土的抗氯离子渗透性能下降；(4)随着砂的含泥量增加，混凝土的弹性模量下降。

李晓和陈志红[52]提出了将泥作为混凝土中有用成分的设想。为了加强粘土的分散性，将粘土预先分散在水中，然后再与水泥和砂搅拌。粘土量占水泥量的7.4%，占砂量的3%。结果表明，对28d的抗折、抗压强度影响不大，甚至有一组超过了基准砂浆的强度。

秦廉等人[53]研究了一种屏蔽剂对高含泥量骨料混凝土性能的影响。他们预先将屏蔽剂加到泥砂中搅拌，然后再添加减水剂，从而降低含泥量对混凝土性能的不利影响。结果显示，采用预先屏蔽剂处理的方法，对于高含泥量的河砂，可以得到性能比不含泥的基准组更优异的工作性，较好地解决了泥砂吸附减水剂的问题。他们认为是由于分散和络合作用，使得泥土颗粒更分散，可以填充到混凝土孔隙内部，使其更密实，所以含泥量高的混凝土28 d强度不但没造成损失反而有一定的上升，起到了变废为宝的作用。

刘国栋等人[54]通过水泥净浆试验和混凝土试验研究了砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土性能的影响。水泥净浆试验结果为：(1)与纯水泥比，内掺5%泥后减水剂的掺量提高30%后才能控制净浆流动度损失；(2)与纯水泥比，内掺10%泥后减水剂的掺量提高90%后才能控制净浆流动度损失；(3)用一种称之为Z剂的外加剂与聚羧酸减水剂复配，在一定配合比例时，不管含泥量是5%或者10%都能很好地控制净浆流动度损失。用含泥量为0%、3%、5%、7%、9%、11%、13%和15%的砂子进行了混凝土试验，结果表明：(1)当砂子含泥量在3%以下时，对混凝土流动度及流动度损失的影响很小；当砂子含泥量超过3%时，减水剂的掺量不变时对混凝土的工作性影响很大；(2)当砂子含泥量在2%以下时，对混凝土的强度基本没有影响；当砂子含泥量超过2%时，对混凝土的强度有明显影响；(3)当砂子的泥含量超过3%时，每提高2%，混凝土的强度就降低5%左右；(4)用Z剂与聚羧酸减水剂复配使用，可以有效地抑制砂子含泥量对掺聚羧酸高效减水剂混凝土的影响。但他们没有进行混凝土耐久性方面的研究，对混凝土耐久性的影响尚不清楚。

许国林等人[55]研究了砂中含泥量对聚羧酸减水剂性能的影响。试验中全部使用水洗砂，然后再用人工方法把砂子的含泥量调整到试验需要的含泥量。为了保证试验中泥在砂子的状态和现实中的状态相接近，先把砂子和泥均匀地混合好后，再在它们表面洒一些水，使它们能充分的湿润，这样泥组分就能更好地粘在砂子表面，然后再自然晒干进行试验。试验结果为：(1)当聚羧酸减水剂掺量一定时，随着含泥量的增加聚羧酸盐减水剂的减水率逐渐降低。砂的含泥量每增加1.0%，聚羧酸盐减水剂的减水率下降2.0%左右；含泥量小于5.0%时，聚羧酸盐减水剂减水率随含泥量的增加，降幅较小；当含泥量超过5.0%后减水率降幅较大；(2)掺加聚羧酸减水剂的混凝土7d抗压强度随含泥量的增加而降低，含泥量小于2.0%时，强度降低的不是很明显，当含泥量大于2.0%时，强度降低的较快。含泥量在3.0%以下时对混凝土28 d强度没有太大影响；而大于3.0%时，含泥量每增加1.0%，混凝土的28 d强度就降低3.0%左右；(3)在水泥、砂、石和水用量不变的情况下，当骨料含泥量高时，为了降低含泥量对减水率及抗压强度的影响，可适量增加聚羧酸盐减水剂的用量。

王应等人[56]也研究了泥对掺聚羧酸减水剂混凝土工作性及强度的影响，得到的结果为：(1)保持坍落度基本相同的条件下，随泥的掺量增加，掺聚羧酸减水剂的混凝土单方用水量增加，坍落流动度变低，坍落度经时损失增加；(2)随泥的掺量增加，掺聚羧酸减水剂的混凝土抗压强度降低，当泥的掺量为1.5%时，C30混凝土60 d抗压强度约降低了15%，C50混凝土60 d抗压强度下降9.3%左右。

王冠锋等人[57]用泥含量为1%、2%、3%和4% 的砂配制强度等级C55的混凝土，掺聚羧酸减水剂，研究了泥含量对掺聚羧酸减水剂混凝土坍落度和强度的影响。结果为：(1)对于高强度等级混凝土，当泥含量达到3%时，对坍落度的影响较为明显，当泥含量达到4%时，几乎没有坍落度；(2)当泥含量达到3%时，混凝土水养7 d强度达不到设计要求，并且降幅较大，对28 d强度影响较为明显；(3)在保证坍落度不变的情况下，用水量随泥含量的增加而增加，当泥含量大于3%时，混凝土单方用水量增加较为明显；(4)在保证坍落度不变的情况下，减水剂掺量随泥含量的增加而增加，当泥含量大于2%时，减水剂增加的趋势已经较为明显；(4)通过与保坍剂复配，能够提高混凝土坍落度。

周普玉等人[58]研究开发了一种高减水高保坍聚羧酸减水剂，用不同的水泥进行净浆和含泥量不同的混凝土试验。砂含泥量达到8%时，仍能达到很好的流动性。孔凡敏等人[59]研究了砂含泥量对掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的技术经济指标的影响。采用的天然砂含泥量为1.5%、3.4%和5.6%，混凝土强度等级为C30、C40、C50。结果表明较高的砂含泥量，尤其是超过5%时，使掺聚羧酸高性能减水剂的混凝土性能明显下降，对混凝土的质量和成本造成巨大影响。使用含泥量高的砂即使经过调整可以生产较低强度等级混凝土，但由于生产成本增加较大，经济效益很差。不如适当提高砂的采购价格，采购质量较好的砂子，既能保证质量，经济上也较为合理。因此，他们建议当生产高强混凝土时，如含泥量超标，则必须停产。还建议搅拌站应挑选优质砂以满足混凝土质量要求。

3 粘土在混凝土中的反应活性

众所周知，粘土经过煅烧就具有了火山灰活性，可以作为混凝土掺合料使用。而未经煅烧的粘土，即天然粘土是否也具有反应活性呢？或者说，骨料中带入的粘土成分在混凝土中是否参与水化反应呢？了解粘土在混凝土中的反应情况，对于理解含泥量对混凝土性能的影响会很有帮助。关于粘土的反应活性问题，从事稳定土研究的学者进行了较为深入的研究。

E. C. Gaucher和Ph. Blanc[60]对水泥与粘土之间的反应从碱性环境下矿物的转变、碱性环境下蒙脱石的溶解动力学等方面进行了综述。蒙脱石的转变一般是以它们吸附的阳离子种类的变化开始，然后继续的是贝得石化或伊利石化。随着伊利石化，阳离子交换容量(CEC)降低，而贝得石、沸石和CSH的形成趋向于强烈增加CEC。在膨润土转化的第二阶段一般是沸石的形成，最常见的是钙十字沸石和方沸石。也注意到有易变的结晶良好的CSH和CASH形成。石英被水泥溶液的溶解使得像托勃莫来石、水硅钙石和变针硅钙石这些CSH矿物的沉淀，而含铝的云母和长石的溶解使得除了CSH外还有像水绿榴石这样的CASH相沉淀。因此，Ca2+被3种类型的相所捕获，即CSH、CASH和CAH。温度和pH值是加速蒙脱石溶解的两个因素。有些作者发现了两个加速转折点(或拐点)：第1个在pH=11左右，斜率比较平缓；第2个在13.0～13.4左右，具有很陡的斜率。也有作者发现某些粘土(高岭石/膨润土层间矿物)的溶解速率在pH=7和pH=12.2之间有一个2个数量级的增加。值得注意的是在高pH粘土体系中有机物的溶解，有机物可以阻止粘土的溶解。

D. F. Noble[61]基于其对稳定土的研究描述了粘土与水泥之间的反应。在含有高岭石、伊利石和蒙脱石的粘土-水泥混合物中，他提出了如下的反应过程：

(1)水泥矿物水化，伴随着Ca(OH)2的产生；

(2)通过阳离子交换，Ca2+吸附到粘土结构中；

(3)Ca(OH)2吸附到粘土表面；

(4)Ca(OH)2微晶被细粘土颗粒和水化产物包裹；

(5)水泥颗粒可能被粘土和水化产物包裹；

(6)Ca(OH)2与SiO2和A12O3产生化学结合。

D. F. Noble和R. W. Plaster[62]对较纯的粘土+硅酸盐水泥体系和土壤+硅酸盐水泥体系进行了研究，用了3种粘土矿物，即高岭石、伊利石、蒙脱石，和3种土壤。体系中水泥占40%，固液比=1:1。采用了3种养护条件：(1)室温；(2)79 ℃，RH=100%，43 d；(3)79 ℃，RH=100%，100 d。进行了水浸出试验和酸溶出试验，并以Ca(OH)2的消耗量来反映粘土与水泥之间的反应程度。结果表明：(1)在常温养护的水泥-粘土混合物中没有发现大量Ca(OH)2的消耗。养护56d时，浸出的Ca(OH)2量有轻微的下降；(2)在室温养护条件下，在水泥-高岭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-蒙脱石混合物中水泥水化比通常慢得多；(3)土壤成分没有与水泥发生明显的反应，尽管土壤中一些粘土被水泥处理后受到了轻微的破坏；(4)在水泥-土壤试件中，水泥的水化速率比通常的水化慢；(5)加速养护导致水泥的快速水化、Ca(OH)2的快速消耗，以及粘土矿物的极其严重的破坏。在79 ℃下养护，几乎所有的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，水化反应存在两个阶段。水泥的水化和水解被认为是初始反应，通常的水泥水化产物形成，孔溶液的pH值升高，新鲜的和高活性的石灰产生。粘土相将进入第二阶段，水泥水化产生的Ca2+将粘土转化为钙型粘土，并引起絮凝；Ca(OH)2开始进攻粘土粒子；在高pH值环境下溶解出SiO2和Al2O3与钙结合形成附加的胶凝物质，这些胶凝物质在粘土粒子的表面上或靠近表面的地方形成，并且在接触点上趋向于将这些粒子“胶粘”在一起；甚至在水化水泥颗粒与包裹在这些颗粒上粘土粒子之间产生更强的键合。为了验证该假设，他们制备了含水泥质量15%和30%的高岭石-水泥和蒙脱石-水泥试件，在60 ℃，RH=100%的环境下养护1 d、7 d、28 d和84 d。将试件制备成粉末样品，进行XRD检测。(1)对高岭石-水泥混合物的检测显示，除了在高岭石和30%水泥混合物养护1 d的试件中有Ca(OH)2的衍射峰外，其他试件中没有Ca(OH)2的衍射峰。另一方面，对于高岭石和30%水泥的试件，养护3个月时，Ca(OH)2的衍射峰很容易辨认。说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体系中高岭石的衍射峰有些降低，说明水泥的水化产物对高岭石的结构有一定的侵蚀作用。对于未能检测到Ca(OH)2的原因，他们解释为在高岭石-水泥体系中，Ca(OH)2不是以晶体的形式存在，或者是以无定形存在，或者是在第二阶段被消耗殆尽；(2)对于蒙脱石-水泥体系，在衍射图谱中没有Ca(OH)2的衍射峰。然而，对于由蒙脱石添加30%水泥的混合物，有Ca(OH)2的衍射峰。在水泥含量为30%的体系中，随着养护时间的增加，蒙脱石的衍射峰强度变弱，说明蒙脱石的主体结构被破坏；(3)化学分析显示随着养护时间的增加，pH值降低，游离Ca(OH)2量降低，游离电解液的量降低，可提取的钙离子量降低。这些量的数值低于基于水化水泥净浆的测定值按比例计算的数值。这些结果也支持第二阶段的存在；(4)对于长期养护的水泥含量30%的试件，在某些XRD图谱中观察到了低强度的新的衍射峰。说明有新的晶体形态的水化产物形成，然而，他们没有确认是什么物质。

E. Tinseaua等人[64]用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)研究了一个隧道中砂浆与硅质粘土岩接触界面处的矿物特征，接触时间已达到125年。发现在缺水部位和饱水部位有较大的差别。在缺水部位，除了黄铁矿溶解和石膏沉淀外，没有观察到粘土岩的明显变化。在饱水部位，观察到了石膏沉淀、重结晶的混合层粘土、新生成的沸石和过度生长的K-长石。

M. A. Bérubé等人[65]的研究表明Mg-绿泥石在碱性介质中是稳定的，在23 ℃，pH=12.5，饱和Ca(OH)2溶液中265 d，没有新相生成。

D. Read等人[66]在比利时的海姿地下实验室(HADES underground laboratory)进行了水泥与粘土之间反应的现场试验，该实验室在深度为220 m的地下。他们使用了7种水泥，先在地上实验室制作试件，标准养护28 d后运到地下实验室。在粘土中钻孔，将试件放进去，与粘土接触，并分别在25 ℃和85 ℃下养护。与水泥试件接触的粘土是一种富含有机物的黑色粘土。接触时间为12至18个月，取出试件进行电子探针和X-射线衍射(XRD)分析。结果显示，接触18个月时，在水泥与粘土之间有发生了明显的反应。由于Ca、Al、Fe、Si和S的质量传递，在相互接触的水泥侧和粘土侧都产生了一个明显的带状结构区域，其厚度为100～250 μm。相关的矿物转变改变了已发生变化区域的微观结构，在Ca(OH)2的溶解区域，孔隙率明显增加。在85 ℃下的实验显示在接触面的粘土侧出现了一个狭窄的富含Mg-Al-Si的带，分析表明形成了一个具有低结晶度的双相凝胶(Mg-水化铝酸盐和Mg-水化硅酸盐)，其组成分别接近于水滑石和海泡石。

H. Kroyer等人[67]用魔角旋转核磁共振(MAS NMR)研究了粘土矿物在一年的时间里对水泥水化的影响。他们所用的体系为80%白水泥+20%高岭土和90%白水泥+10%膨润土。他们发现高岭土矿物的基本结构并没有受水泥水化的影响，高岭土也没有在水泥水化过程中被消耗。他们指出，29Si MAS NMR说明高岭土没有显示出任何的火山灰活性。27Al MAS NMR也说明水泥中铝相的水化反应和水化动力学也没有受到粘土矿物添加的影响。

R. Puscha等[68]通过化学分析和XRD研究了低pH(约为8)水泥溶液与蒙脱石粘土之间的反应。发现层状结构的白云母-蒙脱石粘土矿物在低pH水泥溶液仅有微弱的溶解。溶液中钾离子的变化是非常小的，说明伊利石化是微不足道的。XRD也没有检测到粘土矿物有什么变化，也没有新相的形成。

R. Puscha[69]还进行了3个试验来研究粘土与水泥之间的化学反应类型及程度。第1个是与粘土接触70年的混凝土基础，结果显示从混凝土的界面开始，深度超过50 μm后，化学组成就不再变化。第2个是在一个矿井中凿洞，进行了为期3个月的加速实验，将预制好的混凝土板和预先压实膨润土放进去，并设置有电加热器，温度维持在85 ℃。结果显示没有任何的矿物变化，甚至的在混凝土与粘土的界面上也没有，也没有Ca2+向粘土扩散的信号。第3个实验是用一个Na膨润土圆盘在NaOH溶液中进行渗透，时间为1年。结果显示，没有矿物变化，比如没有沸石形成，但是观察到了石英或许是长石的一些溶解。至于蒙脱石晶格结构由于OH-的侵蚀而产生破坏的过程，对于在温度10～20 ℃下与混凝土接触的蒙脱石中，也没有发现确切的证据。

理论上粘土受碱侵蚀后的产物是像钙十字沸石、方沸石等这类的沸石矿物。F. Huertas等人[70]的研究证实了这个观点。在90℃的KOH/NaOH/Ca(OH)2溶液中几个月后形成，或在较低温度的溶液中数个月后形成。

对石灰稳定土的研究说明[71]，所有类型的粘土矿物都与石灰发生反应。当石灰加入到土壤中时，首先是粘土矿物通过离子交换作用吸附Ca2+，直到达到饱和吸附。剩余的Ca2+与粘土矿物晶格中的SiO2和Al2O3发生反应，尤其是在粘土颗粒的边缘部位。这些反应的发生需要高的碱度，孔隙溶液的pH值应在12.4左右。反应产物因粘土矿物不同有所差异，包括硅酸钙(如CSH，C3S2H3等)，还有水化铝酸钙(如C4AH13，C3AH6等)，以及水化铝硅酸钙(如C2ASH8)。G. R. Glenn[72]和S. N. Rao等人[73]的研究也得到了类似的结果。

Aydin Kavak和Go¨khan Baykal[74]用XRD对养护10年的石灰稳定的高岭土样品进行检测，发现了被称为浊沸石的水化铝硅酸盐(CASH)矿物(分子式CaAl2Si4O12·4H2O)。说明火山灰反应可以持续10年的时间。

F. G. Bell[75]指出在石灰稳定土中，粘土是必须的组分，并且以退化的结构形式将物质胶结在一起，而在水泥稳定土中，粘土仅仅是惰性填充料。说明粘土在石灰稳定土和水泥稳定土中的活性是不一样的。

以上的研究说明，混凝土中的粘土矿物在常温下是没有火山灰活性的，即使有的研究显示粘土有一定的火山灰活性，但也是非常轻微的。这说明粘土矿物在混凝土中长期存在，这也可能就是为什么粘土对混凝土的长期性能仍然有不利影响的一个主要原因。

4 总结

(1)粘土是结构复杂、种类繁多、性质各异的一类物质，在自然界中广泛存在。粘土对混凝土性能的影响与其存在形态、矿物种类、物理性质等有密切关系，在谈到含泥量对混凝土性能影响时，应给出相关的说明，笼统地说含泥量对混凝土性能的影响是不够严密的。在测定砂石骨料的含泥量时，建议也测定一下其矿物组成和物理性质，这样可以更好的了解含泥量对混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。

(2)一般来说，泥土对混凝土的工作性是不利的。随骨料中泥土含量的升高，新拌混凝土的流动性下降；在较低含量时，影响较小，当超出某一范围时，有显著影响；其范围因泥土组分的不同及实验条件的不同而有所不同；当使用减水剂时，随骨料中泥土含量的增加，减水剂的用量增大。

(3)一般来说，混凝土的强度随骨料中泥土含量的增加而降低。不同的强度等级混凝土，含泥量的影响不同；同样，在较低含量时，影响较小，当超出某一范围时，有显著影响；混凝土的抗折强度及抗拉强度对含泥量更敏感，即骨料的含泥量对抗折强度及抗拉强度的影响更大，但这方面的研究较少，应引起注意。

(4)骨料中的泥土组分对混凝土的耐久性是不利的。随含泥量的提高，混凝土湿胀和干缩增大，并加快收缩进程；混凝土抗冻融破坏的性能下降，但对于引气混凝土的抗冻融破坏性能的影响较小；氯离子的扩散系数增大，抗渗性下降；早期碳化较为严重。

(5)如果加强泥土在混凝土中的分散性，适量的泥土对混凝土的工作性和强度可能是有利的。通过掺加高效减水剂及与一些特殊外加剂复合，可以降低或消除高含泥量对混凝土工作性和强度的不利影响，但是在本文中所涉及的研究者都未做对混凝土耐久性影响的研究，所以在这种情况下对混凝土长期性能和耐久性能的影响尚不清楚，需要更进一步的研究。

(6)泥土的组分复杂，应注意某些组分对混凝土性能的影响，如粘土带入的Cl-可能导致其含量超标，引起钢筋锈蚀；带入的有机物可能引起混凝土的异常凝结。

(7)国内的研究基本上都是笼统的谈含泥量对混凝土性能的影响，而不区分粘土的矿物类型及组成，而粘土的矿物种类对混凝土性能的影响有显著区别的，因此建议在讨论含泥量对混凝土性能的影响时，应明确说明粘土的矿物种类。王应等人[76]也指出泥应从矿物性质角度对其界定，这样对实际工程应用更有参考价值。

(8)当使用含泥量较高的砂石时，应适当延长搅拌时间，加强泥土的分散性，尽量消除泥土的影响。

(9)使用高含泥量的骨料，需增加减水剂用量或水泥用量，可能会增加成本，还可能给混凝土质量造成隐患，在技术经济上都未必合算。

(10)一般来说，混凝土中的粘土矿物在常温下是没有火山灰活性的，即粘土矿物不与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应。有些研究认为粘土有一定的火山灰活性，但也是非常轻微的。

[1] 孙维林,王铁军,刘庆旺.粘土理化性能[M]. 北京:地质出版社, 1992.

[2] S. Guggenheim, R. T. Martin. Definition of clay and clay mineral: joint report of the AIPEA nomenclature and CMS nomenclature committees[J]. Clays and Clay Minerals, 1995, 43(2) :255-256.

[3] 任磊夫. 粘土矿物与粘土岩[M]. 北京:地质出版社, 1992.

[4] 中国建筑工业出版社, 中国硅酸盐学会. 硅酸盐辞典[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 1984.

[5] 杨雅秀, 张乃娴, 苏昭冰，等. 中国粘土矿物[M]. 北京:地质出版社, 1994.

[6] S. W. Bailey. Summary of recommendations of AIPEA nomenclature committee on clay minerals[J]. American Mineralogist, 1980, 65:1-7.

[7] 华南工学院, 南京化工学院, 武汉建筑材料工业学院. 陶瓷工艺学[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 1981.

[8] B. H. Prater. Effect of clay on strength of concrete[D]. Thesis for degree of bachelor of science in civil engineering, University of Illinois, June, 1903.

[9] E. Buth, D. L. Ivey, T. J. Hirsch. Clay, Aggregate, and Concrete[R]. Research Report Number 71-3 (Final), Texas Transportation Institute, The Texas Highway Department, March, 1967.

[10] L. M. Olanitori. Mitigating the Effect of Clay Content of Sand on Concrete Strength[C]. The 31st Conference on Our World in Concrete and Structures, Singapore, 15-17 August, 2006:344-352.

[11] L. M. Olanitori. Cost Implication of Mitigating the Effect of Clay/Silt Content of Sand on Concrete Compressive Strength[J]. Journal of Civil Engineering and Urbanism, 2012, 2(4):143-148.

[12] J. F. Muoz, I. Tejedor, M. A. Anderson, et al. Effects of Coarse Aggregate Clay-Coatings on Concrete Performance[R]. Report IPRF-01-G-002-01-4. 2, University of Wisconsin-Madison, October 2005.

[13] K. J. Gullerud. The effects of aggregate coatings on the performance of Portland cement concrete[D]. Master of Science (Civil and Environmental Engineering), University of Wisconsin-Madison, 2002.

[14] M. N. Dammo, J. M. Deborah, J. Aghidi, et al. Effect of Ngala Clay on the Compressive Strength of Concrete[J]. International Journal of Engineering Science Invention, 2014, 3(7):7-10.

[15] J. Akbar, B. Alam, M. Ashraf, et al. Evaluating the effect of bentonite on strength and durability of high performance concrete[J]. International Journal of Advanced Structures and Geotechnical Engineering, 2013, 2(1):1-5.

[16] S. J. Svensson. Greenlandic Clay in Concrete Design[R]. Student proceedings for DTU course 11427 Arctic Technology, 2014.

[17] T. J. Désiré, M. Léopold. Impact of clay particles on concrete compressive strength[J]. International Research Journal on Engineering, 2013, 1(2):49-56.

[18] C. H. Aginam, C. A. Chidolue, C. Nwakire. Investigating the effects of coarse aggregate types on the compressive strength of concrete [J]. International Journal of Engineering Research and Applications, 2013, 3(4):1140-1144.

[19] G. R. Iyappan, S. S. Manu. The study on the effect of clay content in sand and its impact on the compressive strength of concrete[J]. International Journal for Scientific Research & Development, 2015, 3(4):2321-0613.

[20] M. N. Frederiksen, O. J. Viig. Use of Greenlandic clay as filler in concrete[R]. Students reports, DTU(Technical University of Denmark), 2014.

[21] A. T. Goldbeck. The nature and effects of surface coatings on coarse aggregates[J]. Proceedings, Highway Research Board, 1932, 12 (1):305-319.

[22] D. C. Pike. Report to CAB/2 on a project to examine the regulation of fines in sands for concrete and mortar[R]. London: British Standards Institution, 1989.

[23] D. C. Pike. Methodologies for assessing the variability of fines in sands used for concretes and mortars[D]. PhD Thesis. University of Reading, 1992.

[24] Z. R. Unikowski. Influence of clays on the properties of cement[R]. Laboratoire Central des Ponts et Chaussees, Report LPC110, 1982.

[25] S. Popovics. Attempts to improve the bond between cement paste and aggregate. Materials & Structures, 1987, 20(115):32-38.

[26] M. Alexander, S. Mindess. Aggregates in concrete [M]. Taylor & Francis, 2005.

[27] J. E. Gillott. Clay in engineering geology, Developments in Geotechnical Engineering[M], vol.41, 2nd Edition. Amsterdam: Elsevier, 1987.

[28] I. Sims, B. Brown. Concrete Aggregates. In: Lea's Chemistry of Cement and Concrete (4th edition), Edited by Peter C. Hewlett, Butterworth-Heinemann, 1988.

[29] N. B. Higgs. Chlorite:A deleterious constituent with respect to freeze-thaw durability of concrete aggregates[J]. Cement and Concrete Research, 1987, 17(5):793-804.

[30] T. R. West, A. Shakoor. Influence of petrography of argillaceous carbonates on their frost resistance in concrete[J]. Cement, Concrete, Aggregates, 19846, (2):84-89.

[31] W. F. Cole. Dimensionally unstable grey basalt[J]. Cement and Concrete Research, 1979, 9(4):425-430.

[32] A. Giovambattista, L. Traversa. Durability of basaltic aggregates contaminated with montmorillonite[C]. In: J. M. Scanlon ed. Concrete Durability:Katharine and Bryant Mather International Conference. Detroit, USA:American Concrete Institute, 1987, ACI SP-100:1285-1295.

[33] M. Moukwa, B. G. Lewis, S. P. Shah, et al. Effects of clays on fracture properties of cement-based materials[J]. Cement and Concrete Research, 1993, 23:711-723.

[34] H. Changling, E. Makovicky, B. Osbck. Pozzolanic reaction of six principal clay minerals: activation, reactivity assessments and technological effects[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25(8):1691- 1702.

[35] M. A. Fam, J. C. Santamarina. Study of clay-cement slurries with mechanical and electromagnetic waves[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1996, 122 (5):365-373.

[36] W. A. Tasong, C. J. Lynsdale, J. C. Cripps. Aggregate-cement paste interface. II: Influence of aggregate physical properties[J]. Cement and Concrete Research, 1998, 28(10):1453-1465.

[37] 赵尚传,邱晖,贡金鑫，等. 粗集料含泥量对混凝土力学性能及抗冻耐久性的影响[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2007(1): 111-115.

[38] 张瑞芳.含泥量对混凝土强度的影响[J]. 建材技术与应用, 2007, (8):8-9.

[39] 肖瑞敏, 张雄, 张小伟，等. 混凝土配合比对其干缩性能的影响[J].混凝土, 2003, (7): 39-40.

[40] 石建明. 混凝土细骨料含泥量对混凝土强度及工作性的影响[J].内蒙古水利, 2014, (4): 19-20.

[41] 杜毅. 机制山砂的泥含量对混凝土性质的影响[J]. 贵州工业大学学报(自然科学版), 2008, 37(4): 113-115.

[42] 胡兵, 刘加平, 刘建忠，等. 砂泥粉含量及MB值与砂浆干燥收缩关系的研究[J]. 混凝土, 2010, (4): 107-109.

[43] 王晨晨, 张明明. 泥土副作用对砂浆性能及含泥量限值的影响研究[J].赤峰学院学报(自然科学版), 2015, 31(6): 55-57.

[44] 耿长圣, 王霞, 倪小飞，等. 浅析砂含泥量对混凝土性能的影响[C].2009全国商品混凝土技术与管理交流大会, 2009: 146-149.

[45] 明阳, 李杰, 张凯峰，等. 砂含泥量对混凝土性能的影响研究[J].水泥工程, 2014,(5): 63-65.

[46] 刘红霞, 韩晓虎. 砂石含泥量对混凝土工作性及抗压强度的影响[J].价值工程, 2015, (15): 107-109.

[47] 王春发. 砂石含泥量对混凝土强度的影响[J].混凝土及建筑构件,1982(1): 37-41.

[48] 李雯霞. 砂中含泥量对混凝土性能的影响研究[J].粉煤灰,2015(3): 33-35.

[49] 袁杰, 范永德, 葛勇，等. 含泥量对高性能混凝土耐久性能的影响[J]. 混凝土, 2003, (8): 31-33.

[50] 李俊文. 砂子含泥量对砌筑粘结砂浆性能影响的研究[J]. 江西建材, 2015(8): 8, 10.

[51] 杨建军, 殷素红, 王恒昌，等. 细集料品质对C80高性能混凝土性能的影响[J]. 混凝土, 2008, (11): 58-61.

[52] 李晓, 陈志红. 含泥量:变不利为有利的探讨[J]. 中国建材, 1999(5):51.

[53] 秦廉, 张雄, 张洁龙. 复合屏蔽剂对高含泥量骨料混凝土性能的改善效果及其机理[C]. 2011年混凝土与水泥制品学术讨论会, 2011: 104-110.

[54] 刘国栋, 关志梅, 魏春涛，等. 砂子含泥量对掺用聚羧酸高效减水剂混凝土性能的影响及有效对策[J]. 商品混凝土, 2008, (3):15-18.

[55] 许国林, 黎韬, 林鹏. 砂中含泥量对聚羧酸盐减水剂性能影响的研究[J].广东建材, 2010,(12):13-15.

[56] 王应, 刘川, 贾兴文,等. 泥对掺聚羧酸减水剂混凝土性能的影响及机理[C]. 特种混凝土与沥青混凝土新技术及工程应用, 第三届全 国特种混凝土技术及首届全国沥青混凝土技术学术交流会暨中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2012年年会, 2012:64-68.

[57] 王冠锋, 马军委, 张涛. 泥含量对掺聚羧酸减水剂混凝土的影响及措施[J]. 中国建材科技, 2011, (3):3-5.

[58] 周普玉,丁志明,周南南,等. 高减水高保坍聚羧酸减水剂的制备及在含泥量高的混凝土中的应用[C]. 中国建材联合会混凝土外加剂 分会第十三次会员代表大会, 2012:131-135.

[59] 孔凡敏, 孙晓明, 杨励刚，等. 砂含泥量对掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的技术经济指标影响[J]. 混凝土, 2011, (2):95-96, 112.

[60] E. C. Gaucher, Ph. Blanc. Cement/clay interactions-A review:Experiments, natural analogues, and modeling[J]. Waste Management, 2006, 26: 776-788.

[61] D. F. Noble. Reactions and Strength Development in Portland Cement/Clay Mixtures[J]. Highway Research Record, 1967, (198): 39- 56.

[62] D. F Noble, R. W. Plaster. Reactions in Portland cement-clay mixtures[R].VHRC 70-R13, Final Report, Virginia Highway Research Council, October 1970.

[63] A. Herzog, J. K. Mitchell. X-ray evidence for cement-clay interaction[J].Nature, 1962, 195(4845): 989-990.

[64] E. Tinseaua, D. Bartierb, L. Hassoutac, et al. Mineralogical characterization of the Tournemire argillite after in situ interaction with concretes[J]. Waste Management, 2006, 26(7):789-800.

[65] M. A. Bérubé, M. Choquette, J. Locat. Effects of lime on common soil and rock forming minerals[J].Applied Clay Science, 1990, 5: 145-163.

[66] D. Read, F. P. Glasser, C. Ayora, et al. Mineralogical and microstructural changes accompanying the interaction of Boom Clay with ordinary Portland cement[J].Advances in Cement Research, 2001, 13(4):175-183.

[68] R. Puscha, H. Zwahrb, R. Gerber, et al. Interaction of cement and smectitic clay—theory and practice[J]. Applied Clay Science, 2003, 23:203-210.

[69] R. Pusch. Chemical interaction of clay buffer materials and concrete[R].Technical Report SFR 82-01, 1982, SKB, Stockholm.

[70] F. Huertas, J. Farias, L. Griffault, et al. Effects of cement on clay barrier performance, ECOCLAY project. Final Report Contract No. F14WCT96-0032, 2000, European Commission, Brussels.

[71] F. G. Bell. Lime stabilization of clay minerals and soils[J].Engineering Geology, 1996, 42: 223-237.

[72] G. R. Glenn. X-Ray Studies of Lime-Bentonite Reaction Products[J]. Journal of the American Ceramic Society,1967,50(6):312-316.

[73] S. N. Rao, G. Rajasekaranz. Reaction products formed in lime-stabilized marine clays[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1996, 122: 329-336.

[74] Aydin Kavak, Go¨khan Baykal. Long-term behavior of lime-stabilized kaolinite clay[J]. Environmental Earth Sciences, 2012, 66:1943- 1955.

[75] F. G. Bell. Lime stabilisation of clay soils[J].Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 1989, 39:67-74.

[76] 王应, 王智, 胡倩文, 等. 集料中黏土质泥及其对混凝土性能的影响[J].硅酸盐通报, 2012, 31(3):509-603.

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