含絮凝劑水洗砂對混凝土性能的影響分析

張永安

（中交四公局第九工程有限公司，北京 100102）

0 前言

近年來，環保管控愈加嚴格，天然砂石開采受到限制，建筑業使用機制砂勢在必行且已經大面積推廣和使用。制成的機制砂中通常還有部分石粉與泥，簡單的過篩很難使石粉和泥分離，影響機制砂的品質和混凝土質量，常常采用水洗的方式進行處理。洗砂后水直接排放既不經濟更不環保，洗砂石的水須凈化處理后，再次回收利用。因絮凝劑的特性能快速吸附水中溶質和懸浮物顆粒產生絮狀沉淀，從而起到凈化水質的作用，所以絮凝劑被砂石生產企業廣泛使用來對洗砂水進行凈化、過濾水質，再次回收利用。但砂石生產企業只考慮了經濟和排放水的環保要求，卻未考慮洗砂過程中會殘留少量絮凝劑在機制砂中，影響混凝土的各方面性能。通過多次調查與檢測，水洗機制砂中絮凝劑的殘留含量一般大約在0.20‰~0.80‰。

該文依托貴州貴黃項目，因項目前期使用機制砂拌制混凝土一直穩定，后因制砂場改變洗砂工藝后混凝土出現坍損過快的嚴重問題。混凝土拌好后出機坍落度達到200mm，經過40min后，坍落度只有120mm，嚴重影響混凝土澆筑施工，現場只能通過減水劑進行再調整。為了查找原因，檢測工作者對項目所使用的混凝土原材料進行全面檢測分析。

1 試驗原材料及方法

1.1 原材料

水泥采用貴定海螺盤江水泥有限公司P.O42.5水泥，水泥性能指標檢測結果見表1。

表1 水泥檢測結果

細骨料選用老草坪施秉牛大場廠生產的機制砂，檢測結果見表2。

表2 機制砂檢測結果

粉煤灰選用黔西中水發電有限公司生產的II級粉煤灰，檢測結果見表3。粗骨料選用老草坪施秉牛大場廠生產碎石，采用兩種級配5mm~10mm、10mm~20mm和20mm~31.5mm以2∶6∶2的比例混合使用。

表3 粉煤灰主要性能

外加劑采用山西永紅建材化工有限公司JS-1聚羧酸減水劑。減水率30%，含固量25%。

絮凝劑。市面銷售與砂采用相同的分析量為1200萬的陰離子型聚丙烯烷胺（PAM）。

1.2 試驗方法

該試驗將絮凝劑PMA按絮凝劑占砂的質量比值的0%、0.05‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰幾個濃度并分別拌制于選用的機制砂中，來模擬機制砂水洗后殘留絮凝劑的狀態，分別烘干后用于配制C30混凝土試驗。

根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG3420—2020）進行混凝土試驗，檢測混凝土的坍落度和擴展度，觀察工作性能和保坍性能。

混凝土試塊在標準養護室養護至不同齡期，根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG3420—2020）測試混凝土試件的7d、28d立方體抗壓強度。

2 配合比

該試驗配合比標號C30，配制強度不低于38.8MPa，坍落度（200±20）mm。基準配合比數據見表4。

表4 基準混凝土配合比（kg/m3）

3 結果與分析

根據原材料的質量情況，經過多輪驗證試驗，并對結果分析，采用排除法，最后鎖定在機制砂上。對制砂場進行調查，了解到制砂場改變洗砂工藝，由原來的單純清水洗砂變為在清洗水中摻有絮凝劑，洗砂后絮凝劑少量殘留在砂中，所以才會導致混凝土的坍落度損失加快，影響混凝土的質量。為此，筆者對不同濃度絮凝劑（PAM）拌制混凝土性能進行研究。

3.1 凈漿中不同濃度絮凝劑（PAM）的試驗結果

試驗對不同濃度絮凝劑（PAM）對水泥凈漿流動度和混凝土性能的影響進行了檢測對比，結果見表5、表6。

表5 不同濃度絮凝劑（PAM）對水泥凈漿流動度的影響

從表5數據可知，摻入5種不同濃度的PAM，與基準相比，水泥凈漿流動度均有不同程度減小，其中S-0.8濃度對水泥凈漿流動度影響最大，其次為S-0.5，其余濃度影響較小。

該試驗針對同種不同濃度的PAM對混凝土坍落度和擴展度的影響柱狀圖，如圖1、圖2所示。

表6、圖1和圖2試驗數據分析，外加劑摻量不變，加入不同濃度的PAM，混凝土初始流動度均不同程度地降低。試驗結果如下：1）PAM濃度≮0.1‰，混凝土初始流動度和1h流動度均比基準混凝土小。隨著PAM濃度不斷增大，初始流動度逐漸減小，1h流動度損失也逐漸增大；當濃度為0.8‰時，混凝土已表現為“黏性大、無流動”，無法施工。2）摻入PAM濃度達到0.3‰時，混凝土初始和易性已表現為“和易性尚可，略黏”，1h坍落度已接近基準混凝土配合比設計下線，此時尚可滿足設計需要。3）當PAM濃度≥0.5‰時，與基準混凝土相比，初始狀態嚴重下降，1h后混凝土已無流動性，無法達到設計要求。

圖1 不同濃度PAM對坍落度的影響

圖2 不同濃度PAM對混凝土擴展度的影響

該試驗針對同種不同濃度的絮凝劑對混凝土抗壓強度影響。7d和28d抗壓強度柱狀圖，如圖3所示。

圖3 不同濃度PAM對混凝土強度的影響

根據表6和圖3試驗數據分析可知，外加劑摻量不變，加入不同濃度的PAM，混凝土抗壓強度表現為加入PAM濃度不大于0.5‰混凝土7d和28d抗壓強度與基準混凝土相比，均在混凝土配合比設計范圍內；當PAM濃度到0.8‰時，抗壓強度降低越明顯，7d抗壓強度分別降低了4.4MPa、28d抗壓強度分別降低了6.5MPa。試驗數據表明，外加劑摻量不變的情況下，當PAM濃度＞0.5‰時，隨著PAM濃度增大，混凝土強度降低越明顯。

表6 水膠比不變不同的絮凝劑（PAM）混凝土性能試驗結果

3.2 外加劑摻量的變化與不同濃度絮凝劑（PAM）的試驗結果

采用調整外加劑摻量，保持混凝土初始坍落度不變的情況下，不同濃度絮凝劑（PAM）含量進行混凝土配制，檢測其各項性能。試驗結果見表7。

表7試驗采用調整外加劑摻量，保證混凝土初始坍落度和擴展度與基準基本一致，1h坍落度和1h擴展度變化如圖4、圖5所示。

圖4 1h坍落度

圖5 1h擴展度

通過表7、圖4和圖5增加外加劑摻量，保證混凝土初始坍落度和擴展度與基準基本一致，試驗數據分析可知：1）通過增加外加劑摻量，不同濃度PAM混凝土1h坍落度和1h擴展度都提高了，但0.8‰濃度的1h坍落度損失嚴重，已經無法滿足施工需要。2）主要是因為PAM作為絮凝劑，本身具有較強的增稠保水作用，增加外加劑雖然釋放了部分自由水，短時間內達到初始性能的要求，但是增加的外加劑和釋放部分自由水隨著時間的推移會被絮凝劑鎖住，使料黏性增大，表現為坍損過快，導致混凝土處于不穩定狀態，對混凝土工作性能造成不良影響。

表7、圖6試驗數據分析可以看出，通過增加外加劑摻量提高混凝土的各方面性能，使混凝土強度有所提高，但0.8‰濃度的28d強度仍無法滿足配制需要，說明隨著絮凝劑濃度的增加，只是單純提高外加劑的摻量仍不能解決混凝土強度問題。

圖6 外加劑調整后強度

通過表7、圖7試驗數據分析可以看出，當絮凝劑濃度為0.3‰、0.5‰及0.8‰時，需要將外加劑從3.84kg/m3（1.0%）分別提高到4.03kg/m3（1.05%）、4.42kg/m3（1.15%）和4.80kg/m3（1.25%）才能達到與基準混凝土相當的初始流動性，隨著絮凝劑濃度的增加，外加劑用量也隨之增加，混凝土性能也不一定能滿足施工需要且成本也隨之增加，不經濟。

圖7 外加劑增加量

表7 調整外加劑摻量，不同的PAM混凝土性能試驗結果

4 結論

對不同濃度絮凝劑（PAM）的水泥凈漿流動度、混凝土坍損與擴展度和混凝土強度的試驗，得出殘留有絮凝劑的混凝土用砂，將會對混凝土質量存在不利影響，從試驗中可以總結為以下4點：1）如建筑用砂中含有一定絮凝劑成分，無論是何種絮凝劑，將會對聚羧酸減水劑混凝土質量造成一定程度的不利影響，加大了泵送、施工的難度，出現堵管、爆管質量問題。2）目前制砂企業多采用分子量為1200萬的陰離子型聚丙烯烷胺（PAM）作為洗砂絮凝劑，應該將其殘留濃度控制在0.3‰以內，否則將會對混凝土質量產生較大影響。3）當絮凝劑濃度大于0.5‰時，不應隨意采取單一措施調節混凝土狀態，只為滿足施工需要，應通過科學的調查和試驗等多途徑論證找出問題所在，解決問題，保證工程質量。4）企業質量部門應加強與制砂廠的日常溝通與質量巡視，以便及時了解制砂原料、工藝和質量的狀態，已施工質量要求倒逼制砂企業通過改進制砂工藝滿足混凝土質量要求，保證工程質量。