機(jī)制砂石中絮凝劑對混凝土質(zhì)量的影響

馮偉康，謝宇晨，徐強(qiáng)，黃清林

（1. 浙江湖州眾馳建材有限公司，浙江 湖州 313000；2. 云南廣建混凝土有限公司，云南 昆明 650000；3. 浙江智峰科技有限公司，浙江 嘉興 314006）

0 前言

近年來，環(huán)保管控越來越嚴(yán)，天然砂石開采得到控制，機(jī)制砂石的使用得到大規(guī)模的推廣。砂石在破碎的過程中產(chǎn)生的泥與石粉無法分離，影響新拌混凝土質(zhì)量，所以常常采用水洗的方式處理。環(huán)保要求洗砂石的水需凈化處理，不能亂排放。因絮凝劑能使水溶液中的溶質(zhì)、膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀，從而起到凈化水質(zhì)的作用，因此目前砂石生產(chǎn)企業(yè)廣泛使用絮凝劑來對洗砂水進(jìn)行凈化、過濾水質(zhì)，再次回收利用。但砂石生產(chǎn)企業(yè)只考慮了洗砂石水的排放符合環(huán)保要求，卻未考慮回收利用的洗砂石水中含有大量的絮凝劑會帶到機(jī)制砂石中，影響混凝土的質(zhì)量。

筆者受江蘇吳江某混凝土企業(yè)邀請解決混凝土坍損過快的問題。混凝土拌好后出機(jī)坍落度達(dá)到 215mm，經(jīng)過 15～20 分鐘后，坍落度只有 100mm，嚴(yán)重影響混凝土澆筑施工，現(xiàn)場只有帶減水劑進(jìn)行再調(diào)整。

為了查找原因，首先對混凝土企業(yè)的原材料進(jìn)行檢測分析。

1 混凝土原材料

1.1 水泥

試驗(yàn)采用南方水泥廠產(chǎn)的 P·O42.5 水泥，同時(shí)，水泥性能試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。

1.2 礦粉

試驗(yàn)采用張家港某廠生產(chǎn)的礦粉，等級為 S95，其礦粉性能技術(shù)指標(biāo)如表 2 所示。

1.3 粉煤灰

試驗(yàn)采用嘉興電廠的Ⅱ級灰 F 類，其性能技術(shù)指標(biāo)如表 3 所示。

表 1 水泥技術(shù)指標(biāo)

表 2 礦粉技術(shù)指標(biāo)

表 3 粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)

1.4 外加劑

試驗(yàn)采用聚羧酸減水劑，規(guī)格為 HQL-2 型，含固量 18.06%，密度 1.045g/cm3，混凝土減水率 29.5%。

1.5 機(jī)制砂

試驗(yàn)用細(xì)骨料采用浙江富陽機(jī)制砂，其試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。

表 4 砂技術(shù)指標(biāo)

1.6 碎石

試驗(yàn)用粗骨料采用浙江富陽碎石，規(guī)格為 5～31.5mm 連續(xù)級配，含泥量等指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其試驗(yàn)結(jié)果如表 5 所示。

2 配合比確定

根據(jù)原材料的質(zhì)量情況，經(jīng)過多輪試驗(yàn)驗(yàn)證，C25混凝土配比及工作性能見表 6。

通過對試驗(yàn)結(jié)果分析，肯定是原材料自身出了問題。采用排除法，最后鎖定在機(jī)制砂石上。機(jī)制砂石在水洗過程中摻有絮凝劑，導(dǎo)致了混凝土的坍落度損失加快，影響混凝土的質(zhì)量。為此，對絮凝劑進(jìn)行研究。

從表1可以看出，課程安排共分為學(xué)位課、必修課、選修課、實(shí)踐課以及補(bǔ)修課5大模塊，學(xué)位課又分為公共課（4門課程）和專業(yè)基礎(chǔ)課（9門課程），大類別選修課中共有10門課程供學(xué)生選擇，其他均為2門課程。此外，在學(xué)分上要求學(xué)生總學(xué)分不少于35學(xué)分，其中學(xué)位課不少于21學(xué)分，實(shí)踐課不少于4學(xué)分。

表 6 混凝土配合比及工作性能

3 絮凝劑

目前砂石企業(yè)比較普遍使用的幾種絮凝劑，分別是 1200 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺（PAM1）、分子量 1800 萬的陰離子型聚丙烯酰胺（PAM2）、非離子型聚丙烯酰胺（PAM3）、陽離子型聚丙烯酰胺（PAM4）等。

3.1 機(jī)制砂中絮凝劑的檢測

利用紅外光譜儀對絮凝劑和機(jī)制砂的沖洗水進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖 1 和圖 2。圖 1 為絮凝劑的紅外光譜圖，3433cm-1、2925cm-1附近為烴基（-C-H）的伸縮振動吸收峰，1634cm-1為羰基（-C=C-CO-O-）的伸縮振動吸收峰，1110cm-1為醚鍵（-C-O-C）的伸縮振動吸收峰，判斷該絮凝劑為含有羰基、醚基的有機(jī)物。圖 2 為機(jī)制砂洗后水烘干紅外光譜圖，可以看出，圖 2 與圖 1比較相似，出峰位置基本吻合，表明機(jī)制砂的沖洗水中含有該類絮凝劑。

圖 1 絮凝劑紅外光譜圖

圖 2 機(jī)制砂洗后水烘干紅外光譜圖

3.2 絮凝劑的原理與作用

由于礦產(chǎn)資源開采，浮選在選礦中所占的地位越來越重要，它能通過聚丙烯酰胺等絮凝劑靈活有效的將礦物按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)加以分開，使資源得到綜合利用。它的原理是使細(xì)粒的有用礦物絮凝成較大顆粒，脫脈出脈石細(xì)泥后再浮去粗粒脈石。載體浮選是用粒度適于浮選的礦粒作載體，使微細(xì)礦粒粘附于載體表面并隨之上浮分選；浮選用絮凝劑對調(diào)節(jié)礦物的可浮性，提高氣泡礦化過程的選擇性和浮選速度等方面都起著決定性的作用。聚丙烯酰胺是一種高聚物，可分為陰離子、陽離子、非離子和兩性離子四大類。

3.3 機(jī)制砂石中絮凝劑的含量

機(jī)制砂石在水洗過程中粘有絮凝劑，無法完全處理干凈，而企業(yè)沒有考慮到微量的絮凝劑能影響混凝土的工作性能。我們通過多次試驗(yàn)與檢測，目前使用的機(jī)制砂中絮凝劑的含量在 0.2.0‰～0.8.0‰ 之間，視企業(yè)處理時(shí)絮凝劑量的控制程度。

3.4 混凝土試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)選用 C25 混凝土配合比，試驗(yàn)前，將絮凝劑與砂攪拌均勻再進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，試驗(yàn)用混凝土配合比見表 7。

表 7 混凝土試驗(yàn)配合比 kg/m3

4 水泥凈漿與混凝土試驗(yàn)結(jié)果與對比

對不同種類絮凝劑對水泥凈漿流動度的影響和不同種類、不同濃度絮凝劑對混凝土性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)對比，結(jié)果如表 8、表 9 所示。

表 8 不同種類絮凝劑水泥凈漿流動度試驗(yàn)結(jié)果

表 9 不同種類不同濃度絮凝劑混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

4.1 不同種類絮凝劑對水泥凈漿流動度的影響

從表 8 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，摻入 0.5‰ 濃度的 4 種絮凝劑，與基準(zhǔn)相比，水泥凈漿流動度均不同程度減小，其中 PAM2 對水泥凈漿流動度的影響最大，PAM1 對水泥凈漿流動度的影響最小，PAM3 和 PAM4 對水泥凈漿流動度的影響都比 PAM1 大。

4.2 不同種類絮凝劑對混凝土流動性的影響

圖 3 不同種類絮凝劑對混凝土坍落度的影響

通過表 9 和圖 3、圖 4 可看出，外加劑摻量保持不變，絮凝劑加入后混凝土初始流動度均有一定程度的降低。試驗(yàn)結(jié)果如下：（1）摻入不同濃度的 PAM1 混凝土初始流動度和 1h 流動度均小于基準(zhǔn)混凝土，且隨著PAM1 濃度增大，混凝土 1h 流動度損失也越大；當(dāng)濃度為 1.0‰ 時(shí)，1h 混凝土已無流動性；（2）摻入不同濃度的 PAM2，與基準(zhǔn)混凝土相比，混凝土初始坍落度和 1h 坍落度略有減小，但混凝土初始擴(kuò)展度和 1h 擴(kuò)展度均減小，但不同濃度影響相差不大；（3）摻入不同濃度 PAM3，與基準(zhǔn)混凝土相比，混凝土初始坍落度和1h 坍落度基本相當(dāng)，初始擴(kuò)展度和 1h 擴(kuò)展度均減??；（4）PAM4 濃度越高，初始擴(kuò)展度越小，1h 擴(kuò)展度損失越大。

圖 5 不同種類絮凝劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

4.3 不同種類絮凝劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

不同種類不同濃度絮凝劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度柱狀分析圖如圖 5。

通過表 9 和圖 5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，加入不同種類不同濃度的絮凝劑，混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)以下規(guī)律：（1）加入 PAM1 混凝土 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，均在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，并無明顯差異；（2）加入 PAM2、PAM3、PAM4 后，混凝土 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均有所降低，且濃度越大，抗壓強(qiáng)度降低越明顯。三種絮凝劑在濃度為 1.0‰，7d 抗壓強(qiáng)度分別降低了 3.0MPa、2.5MPa、2.9MPa，28d 抗壓強(qiáng)度分別降低了 4.3MPa、4.2MPa、4.8MPa。試驗(yàn)證明絮凝劑濃度越高，對混凝土強(qiáng)度影響越大。

5 結(jié)論

通過與水泥凈漿流動度、混凝土坍損與擴(kuò)展度、混凝土 7d、28d 的強(qiáng)度試驗(yàn)，砂石絮凝劑在混凝土中運(yùn)用，對混凝土質(zhì)量還是有很大影響，很多企業(yè)利用提高減水劑摻量來控制，效果并不明顯。尤其是聚羧酸外加劑，混凝土的流動性差，坍損大，抗壓強(qiáng)度影響大；對于萘系與脂肪族減水劑而言，影響相對要小。從試驗(yàn)中可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）無論加入何種絮凝劑，水洗砂石中的絮凝劑對摻聚羧酸減水劑的混凝土質(zhì)量會造成一定程度的影響，且絮凝劑濃度越高，不利的影響越大。

（2）1800 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對水泥凈漿流動度影響最大。

（3）1200 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對摻聚羧酸減水劑的混凝土流動性影響最大；且濃度越高，對聚羧酸減水劑摻量的影響越大。

（4）1800 萬分子的陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、陽離子型聚丙烯酰胺對混凝土抗壓強(qiáng)度有一定影響，且濃度越高，強(qiáng)度降低越多。

（5）加強(qiáng)與機(jī)制砂石企業(yè)的溝通，1200 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對摻聚羧酸減水劑的混凝土流動性影響最大，1800 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對水泥凈漿流動度影響最大，應(yīng)避免使用該產(chǎn)品。

（6）降低絮凝劑的濃度，濃度不大于 0.5‰，在拌制混凝土?xí)r應(yīng)該增加水泥用量與減水劑摻量來保證混凝土的工作性與強(qiáng)度，切不可在現(xiàn)場隨意加水來改變工作性能。