絮凝劑在機制砂中的應用及其對減水劑分散性的影響

吳井志，單廣程，陳健，王園，朱伯淞，高南簫，喬敏

（1.高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京211103；2.博特新材料泰州有限公司，江蘇 泰州225474）

0 前言

隨著我國經濟的快速發展，建筑工程不斷增加，混凝土作為建筑行業中最主要的工程材料之一得到廣泛應用[1－2]。但天然砂石材料需求的增加，導致一些含泥、含粉量較高的機制砂也被使用[3]，水洗是機制砂石除泥、控制石粉含量的有效方式之一，然而該工藝會產生大量含黏土、石粉的工業污水，須經沉淀處理后才能循環利用或向環境排放[4]。

絮凝劑是一種線狀高分子聚合物，相對分子質量在600×104～2500×104之間，常規為固體粉末產品，溶于水（需要緩慢溶解）[5]。因為絮凝劑能夠顯著加速水溶液中的溶質、膠體或懸浮液顆粒聚集沉降，從而凈化水質，因此已被機制砂石企業大量使用[6]。但是，由于行業對絮凝劑產品和絮凝沉淀相關技術了解較少，使用過程中只是簡單調節用量，投放量控制也較粗放，因此會使過量的絮凝劑殘留在機制砂石中，造成混凝土流動性差、流動性損失大等應用問題。

本文對不同絮凝劑的使用情況進行研究，分別對污泥的絮凝效果和對減水劑的影響進行了相關試驗研究，以期開發對新拌混凝土施工性能無影響或影響較小的絮凝劑新產品，對機制砂石行業使用新工藝有一定的借鑒意義，并為規范絮凝劑在機制砂石行業科學、高效使用提供一定的技術支持。

1 試驗

1.1 試驗材料

水泥：P·O52.5，南京江南小野田水泥有限公司；聚羧酸高性能減水劑：PCA，減水率大于30%，固含量50%，江蘇蘇博特新材料股份有限公司；聚丙烯酰胺絮凝劑：其中陽離子型的相對分子質量為800×104～1000×104，離子度含量分別為5%、20%、35%、55%，陰離子型的相對分子質量分別為800×104、1000×104、1200×104、1800×104，非離子型的相對分子質量為1000×104，愛森（中國）絮凝劑有限公司。污水：由50 g烘干泥土加入到1000 mL水中配成的5%懸濁液，自制。

1.2 試驗方法

1.2.1 污泥絮凝效果測試

將不同的絮凝劑分別配制成0.1%的濃度，然后取100 mL污水放置于具塞量筒中，加入配制好的絮凝劑溶液（絮凝劑摻量按占污泥質量百分比計），然后上下顛倒3次后放置于平面上靜置，觀察污泥變化，根據上層清液透明度來判斷絮凝效果。根據上層清液透明度的大小，將絮凝等級劃分為1～10級，級別越高，則絮凝能力越強。

1.2.2 水泥凈漿流動度測試

水泥凈漿流動度參照GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行，PCA摻量（折固）為0.15%。

2 試驗結果與討論

2.1 不同離子度陽離子型絮凝劑的絮凝效果（見圖1）

圖1 不同離子度陽離子型絮凝劑的絮凝效果比較

由圖1可以看出，隨著絮凝劑摻量的增加，對污泥的絮凝等級先較快提高，達到最佳絮凝效果后又逐漸降低，并且隨著陽離子度的增大，絮凝效果逐漸增大。這是因為在相似分子質量下，離子度的增大會增加產品的電荷，提高絮凝能力。

2.2 不同分子質量陰離子型絮凝劑的絮凝效果（見圖2）

圖2 不同分子質量絮凝劑的絮凝效果比較

由圖2可見，隨著絮凝劑分子質量的增大，絮凝效果越來越好，即絮凝能力提高。但對于同一個產品而言，絮凝效果隨著絮凝劑摻量的增加呈先增大，當達到最佳絮凝效果后再逐漸降低。這是因為隨著絮凝劑分子質量的增大，絮凝劑更容易與溶液中的物質進行絮凝，而且絮凝后能更快地沉淀。

2.3 不同離子基團絮凝劑的絮凝效果

試驗所用不同離子基團絮凝劑的相對分子質量均為1000×104，不同離子基團絮凝劑對污泥絮凝效果的影響如圖3所示。

圖3 不同離子基團絮凝劑的絮凝效果比較

由圖3可見：絮凝效果隨著絮凝劑摻量的增加先增大，達到最佳絮凝效果后再逐漸降低；而且以陽離子型絮凝劑的絮凝效果最優，在低摻量下即可獲得良好的絮凝效果，陰離子型次之，非離子型最差。這是因為非離子絮凝劑的分子鏈含有極性基團，它能吸附水中懸浮的顆粒，使顆粒之間架橋，從而形成較大的絮團，而離子型絮凝劑具有多個電荷，是通過電荷之間的吸附作用使溶液中的物質快速的聚集在一起形成大顆粒而沉降。

2.4 不同離子度陽離子型絮凝劑對減水劑分散性的影響（見圖4）

由圖4可以看出：隨著絮凝劑摻量的增加，水泥凈漿流動度逐漸減??；在低摻量下，不同離子度的陽離子型絮凝劑對減水劑的影響差不多，而在高摻量下，離子度高的影響較大。這是因為絮凝劑的增稠效果影響了減水劑對水泥的分散作用，減小了水泥凈漿流動度，且離子度越高，流動度減幅越大。

圖4 不同離子度陽離子型絮凝劑對減水劑分散性的影響

2.5 不同分子質量陰離子型絮凝劑對減水劑分散性的影響（見圖5）

圖5 不同分子質量陰離子型絮凝劑對減水劑分散性的影響

由圖5可以看出，隨著陰離子型絮凝劑摻量的增加，水泥凈漿流動度逐漸減小，且陰離子絮凝劑的分子質量越高，對減水劑的分散性影響越大。這是因為絮凝劑通過分子鏈的纏繞來實現黏度的增大，分子質量越高，黏度越大，增稠效果越明顯，因此導致水泥凈漿流動度越小。

2.6 不同離子基團絮凝劑對減水劑分散性的影響

試驗所用不同離子基團絮凝劑的相對分子質量均為1000×104，不同離子基團絮凝劑摻量對減水劑分散性的影響如圖6所示。

圖6 不同離子基團對減水劑分散性的影響

由圖6可以看出，水泥凈漿流動度隨著絮凝劑摻量的增加而逐漸減小，并且相同摻量下陽離子型絮凝劑對減水劑分散性的影響較大，陰離子型的次之，非離子型的對減水劑影響最小，這是因為陰離子型和陽離子型絮凝劑主要通過親水基團作用，而非離子型通過氫鍵作用，都會使溶液中的自由水含量降低，從而達到增稠的目的，進而影響水泥凈漿的流動度。

3 結論

（1）不同絮凝劑對污泥的絮凝效果對比試驗結果表明：陰離子型絮凝劑的分子質量越大，絮凝效果越好；陽離子型絮凝劑的離子度越高，絮凝效果越好；相似分子質量條件下，以陽離子型絮凝劑的絮凝效果最好，在低摻量下即可獲得良好的絮凝效果，陰離子型絮凝劑的效果次之，非離子型絮凝劑的效果最差。

（2）絮凝劑對減水劑分散性的影響試驗結果表明，不同離子基團的絮凝劑都會對減水劑的分散性產生影響。相同摻量下，陽離子型絮凝劑對于減水劑的分散性影響最大，陰離子型絮凝劑的影響次之，非離子型絮凝劑對于減水劑的分散性影響最小。