含絮凝剂水洗砂对混凝土性能的影响分析

张永安

（中交四公局第九工程有限公司，北京 100102）

0 前言

近年来，环保管控愈加严格，天然砂石开采受到限制，建筑业使用机制砂势在必行且已经大面积推广和使用。制成的机制砂中通常还有部分石粉与泥，简单的过筛很难使石粉和泥分离，影响机制砂的品质和混凝土质量，常常采用水洗的方式进行处理。洗砂后水直接排放既不经济更不环保，洗砂石的水须净化处理后，再次回收利用。因絮凝剂的特性能快速吸附水中溶质和悬浮物颗粒产生絮状沉淀，从而起到净化水质的作用，所以絮凝剂被砂石生产企业广泛使用来对洗砂水进行净化、过滤水质，再次回收利用。但砂石生产企业只考虑了经济和排放水的环保要求，却未考虑洗砂过程中会残留少量絮凝剂在机制砂中，影响混凝土的各方面性能。通过多次调查与检测，水洗机制砂中絮凝剂的残留含量一般大约在0.20‰~0.80‰。

该文依托贵州贵黄项目，因项目前期使用机制砂拌制混凝土一直稳定，后因制砂场改变洗砂工艺后混凝土出现坍损过快的严重问题。混凝土拌好后出机坍落度达到200mm，经过40min后，坍落度只有120mm，严重影响混凝土浇筑施工，现场只能通过减水剂进行再调整。为了查找原因，检测工作者对项目所使用的混凝土原材料进行全面检测分析。

1 试验原材料及方法

1.1 原材料

水泥采用贵定海螺盘江水泥有限公司P.O42.5水泥，水泥性能指标检测结果见表1。

表1 水泥检测结果

细骨料选用老草坪施秉牛大场厂生产的机制砂，检测结果见表2。

表2 机制砂检测结果

粉煤灰选用黔西中水发电有限公司生产的II级粉煤灰，检测结果见表3。粗骨料选用老草坪施秉牛大场厂生产碎石，采用两种级配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

外加剂采用山西永红建材化工有限公司JS-1聚羧酸减水剂。减水率30%，含固量25%。

絮凝剂。市面销售与砂采用相同的分析量为1200万的阴离子型聚丙烯烷胺（PAM）。

1.2 试验方法

该试验将絮凝剂PMA按絮凝剂占砂的质量比值的0%、0.05‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰几个浓度并分别拌制于选用的机制砂中，来模拟机制砂水洗后残留絮凝剂的状态，分别烘干后用于配制C30混凝土试验。

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG3420—2020）进行混凝土试验，检测混凝土的坍落度和扩展度，观察工作性能和保坍性能。

混凝土试块在标准养护室养护至不同龄期，根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG3420—2020）测试混凝土试件的7d、28d立方体抗压强度。

2 配合比

该试验配合比标号C30，配制强度不低于38.8MPa，坍落度（200±20）mm。基准配合比数据见表4。

表4 基准混凝土配合比（kg/m³）

3 结果与分析

根据原材料的质量情况，经过多轮验证试验，并对结果分析，采用排除法，最后锁定在机制砂上。对制砂场进行调查，了解到制砂场改变洗砂工艺，由原来的单纯清水洗砂变为在清洗水中掺有絮凝剂，洗砂后絮凝剂少量残留在砂中，所以才会导致混凝土的坍落度损失加快，影响混凝土的质量。为此，笔者对不同浓度絮凝剂（PAM）拌制混凝土性能进行研究。

3.1 净浆中不同浓度絮凝剂（PAM）的试验结果

试验对不同浓度絮凝剂（PAM）对水泥净浆流动度和混凝土性能的影响进行了检测对比，结果见表5、表6。

表5 不同浓度絮凝剂（PAM）对水泥净浆流动度的影响

从表5数据可知，掺入5种不同浓度的PAM，与基准相比，水泥净浆流动度均有不同程度减小，其中S-0.8浓度对水泥净浆流动度影响最大，其次为S-0.5，其余浓度影响较小。

该试验针对同种不同浓度的PAM对混凝土坍落度和扩展度的影响柱状图，如图1、图2所示。

表6、图1和图2试验数据分析，外加剂掺量不变，加入不同浓度的PAM，混凝土初始流动度均不同程度地降低。试验结果如下：1）PAM浓度≮0.1‰，混凝土初始流动度和1h流动度均比基准混凝土小。随着PAM浓度不断增大，初始流动度逐渐减小，1h流动度损失也逐渐增大；当浓度为0.8‰时，混凝土已表现为“黏性大、无流动”，无法施工。2）掺入PAM浓度达到0.3‰时，混凝土初始和易性已表现为“和易性尚可，略黏”，1h坍落度已接近基准混凝土配合比设计下线，此时尚可满足设计需要。3）当PAM浓度≥0.5‰时，与基准混凝土相比，初始状态严重下降，1h后混凝土已无流动性，无法达到设计要求。

图1 不同浓度PAM对坍落度的影响

图2 不同浓度PAM对混凝土扩展度的影响

该试验针对同种不同浓度的絮凝剂对混凝土抗压强度影响。7d和28d抗压强度柱状图，如图3所示。

图3 不同浓度PAM对混凝土强度的影响

根据表6和图3试验数据分析可知，外加剂掺量不变，加入不同浓度的PAM，混凝土抗压强度表现为加入PAM浓度不大于0.5‰混凝土7d和28d抗压强度与基准混凝土相比，均在混凝土配合比设计范围内；当PAM浓度到0.8‰时，抗压强度降低越明显，7d抗压强度分别降低了4.4MPa、28d抗压强度分别降低了6.5MPa。试验数据表明，外加剂掺量不变的情况下，当PAM浓度＞0.5‰时，随着PAM浓度增大，混凝土强度降低越明显。

表6 水胶比不变不同的絮凝剂（PAM）混凝土性能试验结果

3.2 外加剂掺量的变化与不同浓度絮凝剂（PAM）的试验结果

采用调整外加剂掺量，保持混凝土初始坍落度不变的情况下，不同浓度絮凝剂（PAM）含量进行混凝土配制，检测其各项性能。试验结果见表7。

表7试验采用调整外加剂掺量，保证混凝土初始坍落度和扩展度与基准基本一致，1h坍落度和1h扩展度变化如图4、图5所示。

图4 1h坍落度

图5 1h扩展度

通过表7、图4和图5增加外加剂掺量，保证混凝土初始坍落度和扩展度与基准基本一致，试验数据分析可知：1）通过增加外加剂掺量，不同浓度PAM混凝土1h坍落度和1h扩展度都提高了，但0.8‰浓度的1h坍落度损失严重，已经无法满足施工需要。2）主要是因为PAM作为絮凝剂，本身具有较强的增稠保水作用，增加外加剂虽然释放了部分自由水，短时间内达到初始性能的要求，但是增加的外加剂和释放部分自由水随着时间的推移会被絮凝剂锁住，使料黏性增大，表现为坍损过快，导致混凝土处于不稳定状态，对混凝土工作性能造成不良影响。

表7、图6试验数据分析可以看出，通过增加外加剂掺量提高混凝土的各方面性能，使混凝土强度有所提高，但0.8‰浓度的28d强度仍无法满足配制需要，说明随着絮凝剂浓度的增加，只是单纯提高外加剂的掺量仍不能解决混凝土强度问题。

图6 外加剂调整后强度

通过表7、图7试验数据分析可以看出，当絮凝剂浓度为0.3‰、0.5‰及0.8‰时，需要将外加剂从3.84kg/m³（1.0%）分别提高到4.03kg/m³（1.05%）、4.42kg/m³（1.15%）和4.80kg/m³（1.25%）才能达到与基准混凝土相当的初始流动性，随着絮凝剂浓度的增加，外加剂用量也随之增加，混凝土性能也不一定能满足施工需要且成本也随之增加，不经济。

图7 外加剂增加量

表7 调整外加剂掺量，不同的PAM混凝土性能试验结果

4 结论

对不同浓度絮凝剂（PAM）的水泥净浆流动度、混凝土坍损与扩展度和混凝土强度的试验，得出残留有絮凝剂的混凝土用砂，将会对混凝土质量存在不利影响，从试验中可以总结为以下4点：1）如建筑用砂中含有一定絮凝剂成分，无论是何种絮凝剂，将会对聚羧酸减水剂混凝土质量造成一定程度的不利影响，加大了泵送、施工的难度，出现堵管、爆管质量问题。2）目前制砂企业多采用分子量为1200万的阴离子型聚丙烯烷胺（PAM）作为洗砂絮凝剂，应该将其残留浓度控制在0.3‰以内，否则将会对混凝土质量产生较大影响。3）当絮凝剂浓度大于0.5‰时，不应随意采取单一措施调节混凝土状态，只为满足施工需要，应通过科学的调查和试验等多途径论证找出问题所在，解决问题，保证工程质量。4）企业质量部门应加强与制砂厂的日常沟通与质量巡视，以便及时了解制砂原料、工艺和质量的状态，已施工质量要求倒逼制砂企业通过改进制砂工艺满足混凝土质量要求，保证工程质量。