水的净化中絮凝剂的作用(水洗砂中絮凝剂对混凝土质量的影响分析)

Posted 2023-05-30

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水的净化中絮凝剂的作用(水洗砂中絮凝剂对混凝土质量的影响分析)

0.引言

近年来，随着建筑业的蓬勃发展，机制砂的大规模使用，使得絮凝剂在水洗机制砂中的应用也得到了飞速的发展。砂石生产企业使用絮凝剂是因为机制砂大多为破碎石砂或山砂，它含有不同种类和数量的泥与粉，需要采用水洗除掉其中大部分的泥与粉，以免影响混凝土的使用。环保要求洗砂的水需净化处理，不能乱排放，因絮凝剂能使水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀，从而起到净化水质的作用，因此目前砂石生产企业广泛使用絮凝剂对洗砂水进行净化、过滤水质，再次回收利用。但砂石生产企业只考虑了洗砂水的排放符合环保要求，却未考虑回收利用的洗砂水中含有大量的絮凝剂会带入机制砂中，对混凝土产生不利影响。

水洗砂带入的絮凝剂对混凝土质量将产生怎样的不利影响呢？本文作者对这个问题进行了系统的实验研究分析，得出了比较明确的结论，提出了使用絮凝剂的建议。为政府主管部门加强砂石行业质量管理，规范砂石行业使用絮凝剂提供决策依据。

1.试验原材料和仪器

1.1 水泥

所用水泥为红狮P.O.42.5水泥，水泥性能指标检测结果如表1所示。

1.2 砂石

细砂（S1）：Mx=1.4～1.8，含泥量3%；建德环城；机制砂（S2）：Mx=2.4～2.8，含泥量2%；建德环城。

小石（G1）：5～10mm, 石粉含量1%；建德环城；大石（G2）：5～31.5mm，石粉含量1%；建德环城。

1.3 外加剂

外加剂选用科之杰新材料集团浙江有限公司生产的聚羧酸泵送剂，其匀质性指标和混凝土性能指标检测结果如表2和表3所示。

1.4 絮凝剂

本实验选用了目前砂石行业比较普遍使用的几种絮凝剂，分别是1200 万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺（PAM1）、分子量1800 万的阴离子型聚丙烯酰胺（PAM2）、非离子型聚丙烯酰胺（PAM3）、阳离子型聚丙烯酰胺（PAM4）和聚合氯化铝（PAC）。实验之前，根据实验方案，将这些絮凝剂配制成不同的浓度。氯化铝因会带入氯离子严重影响混凝土质量，不列入研究范畴。

1.5 红外光谱仪

PES pectrum Two，扫描范围4000～400cm-1，扫描次数32次，光谱分辨率4cm-1。

2.试验方案

2.1 水洗砂中絮凝剂的检测

在实验前，利用红外光谱仪对某种絮凝剂和砂的冲洗水进行分析，分析结果如图1、图2。图1为某种絮凝剂的红外光谱图，3433cm-1、2925cm-1附近为烷基（-C-H）的伸缩振动吸收峰，1634cm-1为羰基（-C=C-CO-O-）的伸缩振动吸收峰，1110cm-1为醚键（-C-O-C）的伸缩振动吸收峰，判断该絮凝剂为含有羰基、醚基的有机物。图2为某机制砂洗后水烘干红外光谱图，可以看出，图2与图1比较相似，出峰位置基本吻合，表明砂的冲洗水中含有该类絮凝剂。因此，利用红外光谱仪对水洗砂中是否残留絮凝剂进行检测是可行的。

图1 某絮凝剂红外光谱图

图2某机制砂洗后水烘干红外光谱图

2.2 混凝土试验配合比

试验选用C30混凝土配合比，试验前，模拟实际生产，将絮凝剂与砂搅拌均匀再进行混凝土试验，试验用混凝土配合比见表4。

3.试验结果与分析

3.1 不同种类絮凝剂的试验结果

本文作者对不同种类絮凝剂对水泥净浆流动度的影响和不同种类不同浓度絮凝剂对混凝土性能的影响进行了试验研究，试验结果如表5、表6所示。

3.1.1 不同种类絮凝剂对水泥净浆流动度的影响

从表5的试验数据可知，掺入0.5‰浓度的5种絮凝剂，与基准相比，水泥净浆流动度均不同程度减小，其中PAM2对水泥净浆流动度的影响最大，其次为PAM1，PAC对水泥净浆流动度的影响最小，PAM3和PAM4对水泥净浆流动度的影响相当。

3.1.2 不同种类絮凝剂对混凝土流动性的影响

课题研究了不同种类不同浓度的絮凝剂对混凝土坍落度和扩展度的影响，初始坍落度、1h坍落度和初始扩展度、1h扩展度柱状分析图如图3、图4。

图3 不同种类絮凝剂对混凝土坍落度的影响

图4 不同种类絮凝剂对混凝土扩展度的影响

由表6和图3、图4可看出，外加剂掺量保持不变，絮凝剂加入后混凝土初始流动度均有一定程度的降低。具体分析结果如下：

（1）掺入不同浓度的PAM1混凝土初始流动度和1h流动度均小于基准混凝土，且随着PAM1浓度增大，混凝土1h流动度损失也越大；浓度为1.0‰时，1h混凝土已无流动性；

（2）掺入不同浓度的PAC，与基准混凝土相比，混凝土初始坍落度和1h坍落度略有减小，相差不大，但混凝土初始扩展度和1h扩展度均减小，且PAC浓度越高，初始扩展度越小，1h扩展度损失越大；

（3）掺入不同浓度的PAM2，与基准混凝土相比，混凝土初始坍落度和1h坍落度略有减小，相差不大，但混凝土初始扩展度和1h扩展度均减小，但不同浓度影响相差不大；

（4）掺入不同浓度的PAM3，与基准混凝土相比，混凝土初始坍落度度和1h坍落度基本相当，初始扩展度和1h扩展度也基本相当，并无明显差别；

（5）掺入不同浓度的PAM4，与基准混凝土相比，初始坍落度和1h坍落度略有减小，相差不大，但混凝土初始扩展度和1h扩展度均减小，且PAM4浓度越高，初始扩展度越小，1h扩展度损失越大。

3.1.3 不同种类絮凝剂对混凝土抗压强度的影响

课题研究了不同种类不同浓度絮凝剂对混凝土抗压强度的影响。7d和28d抗压强度柱状分析图如图5。

图5 不同种类絮凝剂对混凝土抗压强度的影响

由表6和图5试验数据分析得出，加入不同种类不同浓度的絮凝剂，混凝土抗压强度呈现以下规律：

（1）加入PAM1或PAC后，混凝土7d和28d抗压强度与基准混凝土相比，均在试验误差范围内，并无明显差异；

（2）加入PAM2、PAM3、PAM4后，混凝土7d和28d抗压强度均有所降低，且浓度越大，强度降低越明显。三种絮凝剂在浓度为1.0‰，7d抗压强度分别降低了3.19MPa、4.85MPa、4.27MPa，28d抗压强度分别降低了4.09MPa、2.91MPa、3.36MPa。表明絮凝剂浓度较高时，对混凝土强度影响较大。

3.1.4 不同种类絮凝剂对外加剂掺量的影响

课题研究了不同种类絮凝剂对外加剂掺量的影响，试验结果如表7所示。

由表7试验结果可知，在PAM1浓度0.5‰时，需要将外加剂掺量从8.05kg/m³（2.3%）提高到10.15kg/m³（2.9%），才能达到与基准混凝土相当的流动性；PAC、PAM2、PAM3和PAM4浓度为0.5‰时，需将外加剂掺量从8.05kg/m³（2.3%）提高到8.75kg/m³（2.5%），才能达到与基准混凝土相当的流动性。由此可知，对外加剂掺量影响最大的是PAM1

3.2 不同浓度絮凝剂对混凝土性能的影响

作者选用不同浓度的PAM1对混凝土性能的影响进行试验，试验结果如表8所示。不同浓度PAM1对混凝土抗压强度的影响如图6所示。

图6 不同浓度絮凝剂对混凝土抗压强度的影响

从表8和图6可以看出，加入不同浓度的PAM1，混凝土的流动度都有所降低，并且降低程度随着PAM1浓度的增大而增大，PAM1浓度达到2.0‰时，混凝土初始坍落度就大大小于基准混凝土，且混凝土已无流动性；PAM1加入后对混凝土1h流动性影响很大，浓度为1.0‰时，1h后混凝土已无流动性。

从表8试验数据可知，不同浓度的PAM1对混凝土强度的影响不大，与基准混凝土相比，7d和28d抗压强度均在试验允许的误差范围内。PAM1浓度为0.5‰时，混凝土28d抗压强度最小，与基准相比，低了2.42MPa。

3.3 不同水泥的影响

为验证不同水泥情况下不同浓度絮凝剂对混凝土性能的影响，作者对比了南方P.O42.5R水泥，选用不同浓度的PAM1进行对比试验，试验结果如表9所示。混凝土坍落度和扩展度的试验结果如图7、图8所示，混凝土7d和28d抗压强度试验结果如图9 所示。

图7 不同浓度絮凝剂混凝土坍落度试验结果

图8 不同浓度絮凝剂混凝土扩展度试验结果

由表9和图7、图8可以看出，掺入不同浓度的PAM1，与基准混凝土相比，混凝土流动度均变小，而混凝土1h流动度损失均变大，且随着絮凝剂浓度增大，混凝土流动性损失越大。当絮凝剂浓度为1.0‰时，1h后的混凝土已无流动性。

图9 不同浓度絮凝剂混凝土抗压强度试验结果

由表9和图9可以看出，不同浓度的PAM1对混凝土强度的影响不大，与基准混凝土相比，7d和28d抗压强度均在试验允许的误差范围内。

从表9的数据可知，PAM1浓度为0.5‰时，需要将外加剂掺量从8.05 kg/m³（2.3%）提高到9.6 kg/m³（2.8%），才能达到与基准混凝土相当的流动性。

4.结论

本课题系统研究了不同种类不同浓度絮凝剂对掺聚羧酸减水剂的混凝土的流动性、抗压强度及外加剂掺量的影响，从以上研究结果，可以得出以下结论：

（1）总体而言，无论加入何种絮凝剂，水洗砂中的絮凝剂对掺聚羧酸减水剂的混凝土质量均会造成一定程度的影响，且絮凝剂浓度越高，不利的影响越大；

（2）1800 万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺对水泥净浆流动度影响最大，聚合氯化铝对水泥净浆流动度影响最小；

（3）1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺对掺聚羧酸减水剂的混凝土流动性影响最大，且浓度越高影响越大；非离子型聚丙烯酰胺对混凝土的流动性影响最小；

（4）1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺对聚羧酸减水剂掺量影响最大，且浓度越高，对聚羧酸减水剂掺量的影响越大；

（5）1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和聚合氯化铝对混凝土抗压强度影响最小，与基准混凝土相比，均在试验允许误差范围内，而1800 万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺对混凝土抗压强度影响较大，且浓度越高，强度降低越多。

5.建议

针对以上研究成果，砂石生产企业使用絮凝剂进行水洗，需注意以下几点：

（1）1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺对掺聚羧酸减水剂的混凝土流动性影响最大，对聚羧酸减水剂掺量影响最大，1800 万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺对水泥净浆流动度影响最大，应避免使用；

（2）非离子型聚丙烯酰胺对掺聚羧酸减水剂的混凝土流动性影响最小，但对混凝土的7d和28d抗压强度有一定影响，使用时需控制浓度不得超过0.5‰，且需调整混凝土配合比，适当提高水泥用量以确保混凝土强度满足要求，同时需适当提高外加剂掺量，确保混凝土流动性满足施工要求；

（3）阳离子型聚丙烯酰胺对混凝土7d和28d抗压强度均有一定程度影响，使用时需控制浓度不得超过0.5‰，且需调整混凝土配合比，适当提高水泥用量以确保混凝土强度满足要求，同时需适当提高外加剂掺量，确保混凝土流动性满足施工要求；

（4）聚合氯化铝对掺聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度影响最小，对混凝土抗压强度影响最小，但掺入聚合氯化铝对混凝土流动性有一定影响，使用时需控制浓度不得超过0.5‰，同时需适当提高聚羧酸减水剂掺量，以确保混凝土流动性满足施工要求。