0.引言
近年來，隨著建築業的蓬勃發展，機制砂的大規模使用，使得絮凝劑在水洗機制砂中的應用也得到了飛速的發展。砂石生產企業使用絮凝劑是因為機制砂大多為破碎石砂或山砂，它含有不同種類和數量的泥與粉，需要採用水洗除掉其中大部分的泥與粉，以免影響混凝土的使用。環保要求洗砂的水需淨化處理，不能亂排放，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澱，從而起到淨化水質的作用，因此目前砂石生產企業廣泛使用絮凝劑對洗砂水進行淨化、過濾水質，再次回收利用。但砂石生產企業只考慮了洗砂水的排放符合環保要求，卻未考慮回收利用的洗砂水中含有大量的絮凝劑會帶入機制砂中，對混凝土產生不利影響。
水洗砂帶入的絮凝劑對混凝土質量將產生怎樣的不利影響呢？本文作者對這個問題進行了系統的實驗研究分析，得出了比較明確的結論，提出了使用絮凝劑的建議。為政府主管部門加強砂石行業質量管理，規範砂石行業使用絮凝劑提供決策依據。
1.試驗原材料和儀器
1.1 水泥
所用水泥為紅獅P.O.42.5水泥，水泥性能指標檢測結果如表1所示。
1.2 砂石
細砂（S1）：Mx=1.4～1.8，含泥量3%；建德環城；機制砂（S2）：Mx=2.4～2.8，含泥量2%；建德環城。
小石（G1）：5～10mm, 石粉含量1%；建德環城；大石（G2）：5～31.5mm，石粉含量1%；建德環城。
1.3 外加劑
外加劑選用科之傑新材料集團浙江有限公司生產的聚羧酸泵送劑，其勻質性指標和混凝土性能指標檢測結果如表2和表3所示。
1.4 絮凝劑
本實驗選用了目前砂石行業比較普遍使用的幾種絮凝劑，分別是1200 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺 （PAM1）、分子量1800 萬的陰離子型聚丙烯酰胺 （PAM2）、非離子型聚丙烯酰胺（PAM3）、陽離子型聚丙烯酰胺（PAM4）和聚合氯化鋁（PAC）。實驗之前，根據實驗方案，將這些絮凝劑配製成不同的濃度。氯化鋁因會帶入氯離子嚴重影響混凝土質量，不列入研究範疇。
1.5 紅外光譜儀
PES pectrum Two，掃描範圍4000～400cm-1，掃描次數32次，光譜分辨率4cm-1。
2.試驗方案
2.1 水洗砂中絮凝劑的檢測
在實驗前，利用紅外光譜儀對某種絮凝劑和砂的沖洗水進行分析，分析結果如圖1、圖2。圖1為某種絮凝劑的紅外光譜圖，3433cm-1、2925cm-1附近為烷基（-C-H）的伸縮振動吸收峰，1634cm-1為羰基（-C=C-CO-O-）的伸縮振動吸收峰，1110cm-1為醚鍵（-C-O-C）的伸縮振動吸收峰，判斷該絮凝劑為含有羰基、醚基的有機物。圖2為某機制砂洗後水烘乾紅外光譜圖，可以看出，圖2與圖1比較相似，出峰位置基本吻合，表明砂的沖洗水中含有該類絮凝劑。因此，利用紅外光譜儀對水洗砂中是否殘留絮凝劑進行檢測是可行的。
圖1 某絮凝劑紅外光譜圖
圖2某機制砂洗後水烘乾紅外光譜圖
2.2 混凝土試驗配合比
試驗選用C30混凝土配合比，試驗前，模擬實際生產，將絮凝劑與砂攪拌均勻再進行混凝土試驗，試驗用混凝土配合比見表4。
3.試驗結果與分析
3.1 不同種類絮凝劑的試驗結果
本文作者對不同種類絮凝劑對水泥淨漿流動度的影響和不同種類不同濃度絮凝劑對混凝土性能的影響進行了試驗研究，試驗結果如表5、表6所示。
3.1.1 不同種類絮凝劑對水泥淨漿流動度的影響
從表5的試驗數據可知，摻入0.5‰濃度的5種絮凝劑，與基準相比，水泥淨漿流動度均不同程度減小，其中PAM2對水泥淨漿流動度的影響最大，其次為PAM1，PAC對水泥淨漿流動度的影響最小，PAM3和PAM4對水泥淨漿流動度的影響相當。
3.1.2 不同種類絮凝劑對混凝土流動性的影響
課題研究了不同種類不同濃度的絮凝劑對混凝土坍落度和擴展度的影響，初始坍落度、1h坍落度和初始擴展度、1h擴展度柱狀分析圖如圖3、圖4。
圖3 不同種類絮凝劑對混凝土坍落度的影響
圖4 不同種類絮凝劑對混凝土擴展度的影響
由表6和圖3、圖4可看出，外加劑摻量保持不變，絮凝劑加入後混凝土初始流動度均有一定程度的降低。具體分析結果如下：
（1）摻入不同濃度的PAM1混凝土初始流動度和1h流動度均小於基準混凝土，且隨著PAM1濃度增大，混凝土1h流動度損失也越大；濃度為1.0‰時，1h混凝土已無流動性；
（2）摻入不同濃度的PAC，與基準混凝土相比，混凝土初始坍落度和1h坍落度略有減小，相差不大，但混凝土初始擴展度和1h擴展度均減小，且PAC濃度越高，初始擴展度越小，1h擴展度損失越大；（3）摻入不同濃度的PAM2，與基準混凝土相比，混凝土初始坍落度和1h坍落度略有減小，相差不大，但混凝土初始擴展度和1h擴展度均減小，但不同濃度影響相差不大；
（4）摻入不同濃度的PAM3，與基準混凝土相比，混凝土初始坍落度度和1h坍落度基本相當，初始擴展度和1h擴展度也基本相當，並無明顯差別；
（5）摻入不同濃度的PAM4，與基準混凝土相比，初始坍落度和1h坍落度略有減小，相差不大，但混凝土初始擴展度和1h擴展度均減小，且PAM4濃度越高，初始擴展度越小，1h擴展度損失越大。
3.1.3 不同種類絮凝劑對混凝土抗壓強度的影響
課題研究了不同種類不同濃度絮凝劑對混凝土抗壓強度的影響。7d和28d抗壓強度柱狀分析圖如圖5。
圖5 不同種類絮凝劑對混凝土抗壓強度的影響
由表6和圖5試驗數據分析得出，加入不同種類不同濃度的絮凝劑，混凝土抗壓強度呈現以下規律：（1） 加入PAM1或PAC後，混凝土7d和28d抗壓強度與基準混凝土相比，均在試驗誤差範圍內，並無明顯差異；
（2）加入PAM2、PAM3、PAM4後，混凝土7d和28d抗壓強度均有所降低，且濃度越大，強度降低越明顯。三種絮凝劑在濃度為1.0‰，7d抗壓強度分別降低了3.19MPa、4.85MPa、4.27MPa，28d抗壓強度分別降低了4.09MPa、2.91MPa、3.36MPa。表明絮凝劑濃度較高時，對混凝土強度影響較大。
3.1.4 不同種類絮凝劑對外加劑摻量的影響
課題研究了不同種類絮凝劑對外加劑摻量的影響，試驗結果如表7所示。
由表7試驗結果可知，在PAM1濃度0.5‰時，需要將外加劑摻量從8.05kg/m³（2.3%）提高到10.15kg/m³（2.9%），才能達到與基準混凝土相當的流動性；PAC、PAM2、PAM3和PAM4濃度為0.5‰時，需將外加劑摻量從8.05kg/m³（2.3%）提高到8.75kg/m³（2.5%），才能達到與基準混凝土相當的流動性。由此可知，對外加劑摻量影響最大的是PAM1
3.2 不同濃度絮凝劑對混凝土性能的影響
作者選用不同濃度的PAM1對混凝土性能的影響進行試驗，試驗結果如表8所示。不同濃度PAM1對混凝土抗壓強度的影響如圖6所示。
圖6 不同濃度絮凝劑對混凝土抗壓強度的影響
從表8和圖6可以看出，加入不同濃度的PAM1，混凝土的流動度都有所降低，並且降低程度隨著PAM1濃度的增大而增大，PAM1濃度達到2.0‰時，混凝土初始坍落度就大大小於基準混凝土，且混凝土已無流動性；PAM1加入後對混凝土1h流動性影響很大，濃度為1.0‰時，1h後混凝土已無流動性。
從表8試驗數據可知，不同濃度的PAM1對混凝土強度的影響不大，與基準混凝土相比，7d和28d抗壓強度均在試驗允許的誤差範圍內。PAM1濃度為0.5‰時，混凝土28d抗壓強度最小，與基準相比，低了2.42MPa。
3.3 不同水泥的影響
為驗證不同水泥情況下不同濃度絮凝劑對混凝土性能的影響，作者對比了南方P.O42.5R水泥，選用不同濃度的PAM1進行對比試驗，試驗結果如表9所示。混凝土坍落度和擴展度的試驗結果如圖7、圖8所示，混凝土7d和28d抗壓強度試驗結果如圖9 所示。
圖7 不同濃度絮凝劑混凝土坍落度試驗結果
圖8 不同濃度絮凝劑混凝土擴展度試驗結果
由表9和圖7、圖8可以看出，摻入不同濃度的PAM1，與基準混凝土相比，混凝土流動度均變小，而混凝土1h流動度損失均變大，且隨著絮凝劑濃度增大，混凝土流動性損失越大。當絮凝劑濃度為1.0‰時，1h後的混凝土已無流動性。
圖9 不同濃度絮凝劑混凝土抗壓強度試驗結果
由表9和圖9可以看出，不同濃度的PAM1對混凝土強度的影響不大，與基準混凝土相比，7d和28d抗壓強度均在試驗允許的誤差範圍內。
從表9的數據可知，PAM1濃度為0.5‰時，需要將外加劑摻量從8.05 kg/m³（2.3%）提高到9.6 kg/m³（2.8%），才能達到與基準混凝土相當的流動性。
4.結論
本課題系統研究了不同種類不同濃度絮凝劑對摻聚羧酸減水劑的混凝土的流動性、抗壓強度及外加劑摻量的影響，從以上研究結果，可以得出以下結論：
（1）總體而言，無論加入何種絮凝劑，水洗砂中的絮凝劑對摻聚羧酸減水劑的混凝土質量均會造成一定程度的影響，且絮凝劑濃度越高，不利的影響越大；
（2）1800 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對水泥淨漿流動度影響最大，聚合氯化鋁對水泥淨漿流動度影響最小；
（3）1200萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對摻聚羧酸減水劑的混凝土流動性影響最大，且濃度越高影響越大；非離子型聚丙烯酰胺對混凝土的流動性影響最小；
（4）1200萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對聚羧酸減水劑摻量影響最大，且濃度越高，對聚羧酸減水劑摻量的影響越大；
（5）1200萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁對混凝土抗壓強度影響最小，與基準混凝土相比，均在試驗允許誤差範圍內，而1800 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、陽離子型聚丙烯酰胺對混凝土抗壓強度影響較大，且濃度越高，強度降低越多。
5.建議
針對以上研究成果，砂石生產企業使用絮凝劑進行水洗，需注意以下幾點：
（1）1200萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對摻聚羧酸減水劑的混凝土流動性影響最大，對聚羧酸減水劑摻量影響最大，1800 萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺對水泥淨漿流動度影響最大，應避免使用；
（2）非離子型聚丙烯酰胺對摻聚羧酸減水劑的混凝土流動性影響最小，但對混凝土的7d和28d抗壓強度有一定影響，使用時需控制濃度不得超過0.5‰，且需調整混凝土配合比，適當提高水泥用量以確保混凝土強度滿足要求，同時需適當提高外加劑摻量，確保混凝土流動性滿足施工要求；
（3）陽離子型聚丙烯酰胺對混凝土7d和28d抗壓強度均有一定程度影響，使用時需控制濃度不得超過0.5‰，且需調整混凝土配合比，適當提高水泥用量以確保混凝土強度滿足要求，同時需適當提高外加劑摻量，確保混凝土流動性滿足施工要求；（4）聚合氯化鋁對摻聚羧酸減水劑的水泥淨漿流動度影響最小，對混凝土抗壓強度影響最小，但摻入聚合氯化鋁對混凝土流動性有一定影響，使用時需控制濃度不得超過0.5‰，同時需適當提高聚羧酸減水劑摻量，以確保混凝土流動性滿足施工要求。
