不同分子量聚丙烯酰胺類絮凝劑對混凝土性能的影響研究

鐘麗娜 方云輝 陳展華 王昭鵬 林澤宇 賴華珍

（科之杰新材料集團有限公司）

0 前言

近年來，機制砂逐漸取代天然砂成為了拌制混凝土的重要材料。研究表明，混凝土組成中砂骨料質量是影響混凝土產品質量的關鍵因素之一[1-2]。目前制砂企業多采用濕法機制砂石料生產工藝生產機制砂，機制砂濕法生產工藝可以洗去機制砂中的泥質物及超標石粉[3]，但需要消耗大量的水資源，一般生產1 噸砂需要耗水2～3.5m3，所產生的泥廢水總量大、濃度高、處理成本高，嚴重制約著高品質機制砂石的大規模生產。

因絮凝劑能使水溶液中的溶質、膠體或者懸浮物顆粒產生絮狀沉淀，從而起到凈化水質的作用[4]。大量制砂廠的污水處理工藝采用聚丙烯酰胺類絮凝劑來加速污水中懸濁物的沉降，使其能夠快速、有效地將洗砂后的污水進行沉淀處理后循環利用。回收的水被多次循環使用，其中殘留的絮凝劑量越來越多，將這些水用于機制砂生產，生產出來的機制砂中也不可避免地含有數量不定的絮凝劑。當這些機制砂被用于生產混凝土時，其中含有的絮凝劑若達到一定的量，可能會對混凝土的工作性能和強度造成不利的影響[5-8]。

本試驗研究了不同分子量陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺及陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑在不同摻量條件下，對混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 擴展度、以及抗壓強度的影響。本研究有利于指導機制砂廠處理洗沙廢水時選用對混凝土影響小的絮凝劑，對混凝土質量的控制具有重要的意義。

1 實驗部分

1.1 原材料

試驗采用閩福P.O42.5R 水泥，其性能指標見表1。

表1 水泥性能指標

試驗用機制砂性能指標見表2。

表2 機制砂性能指標

試驗用碎石性能指標見表3。

表3 碎石性能指標

試驗用外加劑選用科之杰新材料集團高效減水劑。試驗用絮凝劑類型主要包括：分子量分別為1200 萬（X-2）、2000 萬（X-3）及2500 萬（X-4）的陰離子型聚丙烯酰胺，分子量分別為1000 萬（X-6）、1500 萬（X-7）及2000 萬（X-8）的非離子型聚丙烯酰胺，分子量分別為1000 萬（X-10）、1500 萬（X-11）、2000 萬（X-12）的陽離子型聚丙烯酰胺。

1.2 試驗方法

1.2.1 新拌混凝土性能

新拌混凝土性能試驗方法參照GB 8076-2008《混凝土外加劑》，GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物效果試驗方法標準》進行，絮凝劑采用外摻方法加入，測試新拌混凝土初始和經時坍落度、擴展度，以及3d、7d 和28d 抗壓強度。混凝土配合比見表4。

表4 C30 混凝土配合比

1.2.2 混凝土抗壓強度

混凝土抗壓強度的測定參照國家標準GB/T 50081-2019《普通混凝土力學效果試驗方法標準》進行。

2 實驗結果與討論

2.1 不同分子量陰離子型聚丙烯酰胺對混凝土性能的影響

外加劑的摻量不變，考察分子量分別為1200、2000及2500 萬的陰離子型聚丙烯酰胺在每15L 混凝土中摻量 分 別 為0g、0.12g、0.24g、0.48g、0.72g、0.96g、1.2g時對混凝土性能的影響，試驗結果見表5。

表5 試驗結果表明，隨著陰離子型丙烯酰胺絮凝劑摻量的增大：

表5 不同分子量陰離子型聚丙烯酰胺對混凝土性能影響試驗結果

⑴分子量1200 萬（X-2）：混凝土0h 坍落度與基準相當，當X-2 的摻量達到0.96g/15L 及以上時，1h 坍落度急劇減小；混凝土0h 和1h 擴展度呈現先增大后降低的趨勢，在摻量為0.96g/15L 及以上時，混凝土的0h 和1h 擴展度降低；摻入X-2 混凝土的3d、7d 和28d 與基準相當，無不利影響。

⑵分子量2000 萬（X-3）：當X-3 的用量達到1.2g/15L 時，混凝土0h 坍落度降低，當X-3 的用量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土1h 坍落度逐漸降低；當X-3 摻量達到0.72g/15L 及以上時，混凝土的0h 擴展度逐漸降低，且X-3 的引入，對混凝土1h 擴展度影響大，擴展度逐漸減低；摻入X-3 混凝土3d、7d 及28d 抗壓強度與基準相當，無不利影響。

⑶分子量2500 萬（X-4）：當X-4 摻量達到0.96g/15L 及以上時，0h 坍落度逐漸減小，對混凝土1h坍落度影響大，使坍落度急劇縮小；混凝土0h 和1h 擴展度呈現降低的趨勢，當X-4 摻量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土的0h 擴展度逐漸降低，且X-4 的引入，對混凝土1h 擴展度影響大，擴展度急劇縮小；摻入X-4 混凝土3d、7d 抗壓強度與基準相當，摻量到0.96g/15L 及以上時，28d 強度降低。

2.2 不同分子量非離子型聚丙烯酰胺對混凝土性能的影響

外加劑的摻量不變，考察分子量分別為1000、1500及2000 萬的非離子型聚丙烯酰胺在每15L 混凝土中摻量分別為0g、0.12g、0.24g、0.48g、0.72g、0.96g、1.2g、1.8g 時對混凝土性能的影響，試驗結果見表6。

表6 試驗結果表明，隨著非離子型丙烯酰胺絮凝劑摻量的增大：

表6 不同分子量非離子型聚丙烯酰胺對混凝土性能影響試驗結果

⑴分子量1000 萬（X-6）：混凝土0h 坍落度與基準相當，當X-6 摻量達到0.96g/15L 及以上時，1h 坍落度逐漸變小；當X-6 摻量達到0.96g/15L 及以上時，混凝土的0h 擴展度逐漸減小，當X-6 摻量達到0.48g/15L及以上時，混凝土的1h 擴展度逐漸減小；3d 和7d 抗壓強度抗壓與基準相當，當X-6 摻量達到1.8g/15L 時，28d 抗壓強度有較大幅度降低。

⑵分子量1500 萬（X-7）：當X-7 摻量達到0.96g/15L 及以上時，混凝土0h 坍落度逐漸減小，當X-7 摻量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土1h 坍落度逐漸減小；當X-7 摻量達到0.24g/15L 及以上時，混凝土的0h 和1h 擴展度逐漸減小；當X-7 摻量達到0.96g/15L 及以上時，3d 抗壓強度降低超過2MPa，7d 和28d 抗壓強度隨著摻量的增大有降低趨勢，但差值在2MPa 以內。

⑶分子量2000 萬（X-8）：當X-8 摻量達到0.72g/15L 及以上時，混凝土0h 坍落度降低，1h 坍落度隨著摻量的增大而降低；混凝土0h 和1h 擴展度隨摻量增加而降低；混凝土3d 抗壓強度與基準相當，當摻入的X-8 摻量達到0.24g/15L 及以上時，7d 和28d 抗壓強度呈逐漸降低趨勢，且均超過2MPa，即對強度有不利影響。

2.3 不同分子量陽離子型聚丙烯酰胺對混凝土性能的影響

外加劑的摻量不變，考察分子量分別為1000、1500及2000 萬的陽離子型聚丙烯酰胺在每15L 混凝土中摻量分別為0g、0.12g、0.24g、0.48g、0.72g、0.96g 時對混凝土性能的影響，試驗結果見表7。

表7 不同分子量陽離子型聚丙烯酰胺對混凝土性能影響試驗結果

表7 試驗結果表明，隨著陽離子型丙烯酰胺絮凝劑摻量的增大：

⑴分子量1000 萬（X-10）：混凝土0h 坍落度與基準相當，在X-10 摻量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土1h 坍落度逐漸減小；當X-10 摻量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土的0h 擴展度逐漸減小，混凝土的1h 擴展度隨著摻量增大而減小；混凝土3d、7d 和28d 抗壓強度呈降低趨勢，其中當X-10 摻量達到0.48g/15L 及以上時，對混凝土的3d、7d 和28d 抗壓強度產生不利影響。

⑵分子量1500 萬（X-11）：混凝土0h 坍落度與基準相當，在X-11 摻量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土1h 坍落度逐漸減小；當X-11 摻量達到0.48g/15L 及以上時，混凝土的0h 擴展度逐漸減小，當X-11 摻量達到0.24g/15L 及以上時，混凝土的1h 擴展度逐漸減小，當摻入的X-11 達到0.96g/15L 及以上時，混凝土的3d 抗壓強度下降超過2 MPa，產生不利影響，當摻入的X-11達到0.72g/15L 及以上時，對混凝土的7d 和28d 抗壓強度呈下降趨勢，且抗壓強度下降超過2MPa，產生不利影響。

⑶分子量2000 萬（X-12）：混凝土0h 坍落度與基準相當，在X-12 摻量達到0.72g/15L 時，混凝土1h 坍落度逐漸減小；混凝土0h 擴展度與基準相當，混凝土1h擴展度隨著摻量的增大先增大后減小，當X-12 摻量達到0.72g/15L 及以上時，混凝土1h 擴展度減小；隨著X-12 用量的增大，混凝土的3d、7d、28d 抗壓強度與基準相。

3 結論

將表5～表7 中不同分子量陰離子、非離子及陽離子型絮凝劑對混凝土的0h 和1h 坍落度、0h 和1h 擴展度、抗壓強度（3d、7d、28d）明顯開始變差的摻量點進行統計，統計結果見表8。

表8 絮凝劑摻量對混凝土性能影響匯總

得到如下結論：

⑴不同分子量絮凝劑對混凝土性能的影響：

①陰離子型PAM X-2、X-3、X-4 試驗結果表明：隨著分子量的增大，使混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 擴展度性能變差的摻量點降低，即超過一定的摻量，分子量越大，混凝土性能越差，其中，分子量為1200 萬（X-2）的陰離子型聚丙烯酰胺影響相對較小；X-2 和X-3 在試驗摻量范圍內對強度無不利影響。

②非離子型PAM X-6、X-7、X-8 試驗結果表明：隨著分子量的增大，使混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 擴展度、抗壓強度性能變差的摻量點降低，即超過一定的摻量，分子量越大，混凝土性能越差，其中，分子量為1000 萬（X-6）的非離子型聚丙烯酰胺影響相對較小。

③陽離子型PAM X-10、X-11、X-12 試驗結果表明：隨著分子量的增大，使混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h擴展度性能、抗壓強度性能變差的摻量點增大，即超過一定的摻量，分子量越小，混凝土性能越差，其中，分子量為2000 萬的X-12 影響相對較小。

⑵不同類型絮凝劑對混凝土性能的影響：

對比陰離子、非離子、陽離子聚丙烯酰胺類絮凝劑中對混凝土性能影響相對較小的X-2、X-6、X-12，發現陰離子型的X-2 對混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 擴展度以及抗壓強度性能影響相對較小，且對強度無明顯不利影響。