水洗砂残留絮凝剂对混凝土性能影响

水洗砂残留絮凝剂对混凝土性能影响

袁帅辉

中铁六局集团呼和铁建公司    010010

【摘要】近年来，加强生态文明建设，推进绿色低碳的发展理念逐渐深入人心，部分砂厂企业为进一步节约水资源，提高生产效率，增加循环水的利用次数，在水洗砂中加入絮凝剂使循环用水达到快速澄清的目的，然而，絮凝剂的加入使得工程用砂中存在部分残留，本文通过对不同循环用水次数产生的残留量分析对混凝土的和易性和力学性能产生的不同影响，为水洗砂企业开展工作提供参考。

【关键词】混凝土；絮凝剂；性能

1 前言

絮凝剂是一种常用于废水处理领域的化学药剂，它的主要功能是通过改变水中颗粒的物理和化学性质，促使其凝聚成易于沉降的大颗粒。其工作原理是基于“聚并”理论，通常含有正（或负）电性的基团，这些基团能中和水中的带电粒子，降低它们的电势，使它们处于不稳定的状态，然后通过絮凝剂的聚合性质，使这些粒子集中，最终通过化学或物理的方法分离出来。

通过调查我们得出，絮凝剂对混凝土外加剂中的减水和保坍成分有很大的影响，从而导致混凝土的各项性能指标不满足施工要求，如出机混凝土无流动性或出机混凝土流动性尚可，但在很短的时间之内，混凝土的流动性会迅速降低，甚至在很短的时间内不能从搅拌车内顺利卸出，这就导致施工现场无法正常施工。

通过对水洗砂生产工艺的深入了解，发现问题出现在洗砂过程中水循环利用环节。一方面，洗砂后的水有较多的颗粒，为浑浊状，应环保要求不能直接排出，会污染环境；另一方面，砂厂为节约水的成本，这些水通常会循环使用，通过长时间静置使水中微粒沉淀后抽取上清液继续使用。由于常规的静置分层时间过长，为了加快浑浊液分层，通常会加入一定量的絮凝剂进行快速分层，进而提高效率。使用回收的水再次进行洗砂，这就导致砂中会有絮凝剂残留，使用循环后的水还会加入絮凝剂以加速水的快速沉淀，循环次数越多，水洗砂中絮凝剂的残留量将越多。如下图2为掺加絮凝剂与不掺加絮凝剂水澄清速度对比。

图2 是否掺加絮凝剂沉淀速度比对

2 原材料与试验方法

2.1原材料

本次试验选用的原材料都是经过自检合格并出具合格的试验报告，各项试验检测结果均符合TB10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》的要求，并对原材料的情况原材料的具体质量情况实施不同频次的试验对比，确保整个试验期间原材料情况相对稳定。

（1）水泥：选用同批次宁夏赛马水泥有限公司的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，比表面积343m²/kg，3天抗压强度为27.6MPa，28天抗压强度为48.0 MPa。

（2）粉煤灰：选用同批次神华国能鸳鸯湖发电有限公司的F类Ⅱ级粉煤灰，需水量比103%，烧失量2.92%，细度（45μm方孔筛筛余）17.2%。

（3）砂子：选用同批次昱晟吴砂厂的水洗砂，细度模数2.7，颗粒级配见下图1，为进一步准确控制砂子中絮凝剂的含量，此次试验用砂采用饮用水清洗，模拟厂家生产工艺，并对砂中掺入了0.01%，0.02%，0.03%和0.04%的絮凝剂（理论计算最大残余量），并保留一份用饮用水的清洗砂作为比对。

（4）石子：选用同批次太阳山成新矿业有限公司的玄武岩，用5~10mm和10~20mm两种规格进行掺配使用，掺配比例为5~10mm：10~20mm=30%：70%，最大粒径26.5mm，压碎指标Qe为10%。

（5）外加剂：选用同批次北京中安远大科技发展有限公司的聚羧酸系高性能减水剂，减水率为27%，含固量为24.92%，含气量为2.8%，掺量1.0%。

（6）水：预先备好足够的饮用水。

2.2试验方法

首先收集基准配合比的各项参数，从而能够准确判断出基准配合比的各项性能指标能够满足设计要求，本次试验采用工程中C30混凝土配合比，设计混凝土坍落度为（180±20）mm，配置强度为38.2MPa，每方混凝土原材料用量（kg）如下表1。混凝土拌合物的和易性和力学性能依据GB/T50080-2016《混凝土拌合物性能试验方法》对混凝土进行试验，检测的主要项目包括混凝土坍落度、含气量、强度等。

其次，在水中掺入一定量的絮凝剂对已备好的砂进行清洗，模拟砂厂清洗时的生产工艺，使砂中絮凝剂的残留量控制在0.01%，0.02%，0.03%和0.04%（通过理论计算最大残余量，即用掺入絮凝剂的水清洗1遍、2遍、3遍、4遍时的最大残余量，为保证试验数据的准确性，确保清洗后水洗砂的含水率控制在5%±0.1%），用清洗过的样品进行混凝土试配，进而分析砂中絮凝剂的残留量对混凝土性能的影响情况。

表1 基准C30混凝土配合比         单位：kg

3 试验过程

（1）在试验开始之前，调整好混凝土室的温湿度，确保试验的全过程温度控制在20℃±5℃，湿度大于等于50%，并计算试配25L的各材料用量，首先使用不含残留絮凝剂的砂子按C30配合比进行两次试配，注意每次称量的准确性，从而确定混凝土的各项基准指标满足配合比的设计要求，并将每次试验的数据整理做好统计，具体试验结果如下表2

表2 基准配合比试验结果统计表

（2）用基准C30混凝土配合比分别将清洗不同遍数的砂进行试配，注意试配过程中，保证配合比的水胶比和用水量不变，各种材料质量偏差符合TB3275-2018《铁路混凝土》中的要求，记录试配后混凝土的工作性能和力学性能如下表3。

表3不同清洗遍数水洗砂的试配结果统计表

（3）用清洗第3遍的水洗砂按照C30配合比继续进行试配，在其他原材料不变的情况下，将外加剂的掺量分别提高到1.1%（即370kg×1.1%=4.07kg）和1.2%（即370kg×1.2%=4.44 kg），试验结果统计如下表4。

表4不同外加剂掺量试配结果统计表

4 试验结果分析

4.1 基准配合比结果分析

通过上述两次基准配合比试配参数可以看出，水洗砂中无残留的絮凝剂时，混凝土流动性特别好，初始坍落度和含气量等指标均能符合配合比的设计要求，混凝土在放置1h后几乎无坍损，流动性和含气量均无损失，通过表2我们还可以看出，混凝土的7天强度分别为21.6MPa 和21.7MPa，均达到设计强度的72%，属于正常情况，基准配合比56天强度均为39.6MPa，达到设计强度的132%，达到试配强度的104%，满足《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011的相关要求。基准配合比的和易性和力学性能指标稳定，能够为作为后续改变试验材料后，混凝土性能指标变化的判别依据。

4.2 清洗不同遍数的水洗砂试配分析

（1）当采用含絮凝剂的水清洗1遍（即通过理论计算水洗砂中絮凝剂的最大残留量控制在0.01%）的水洗砂试配时，我们可以看出，初始混凝土坍落度、含气量、流动性均正常，混凝土在放置1h后存在轻微的坍落度损失，含气量和流动性均正常，混凝土的7天强度为21.2MPa，比基准配合比的21.7MPa降低0.5MPa，但仍达到设计强度的71%，属于正常，56天强度与基准配合比相比略微降低，但均能满足试配强度38.2 MPa的要求。

（2）当采用含絮凝剂的水清洗2遍（即通过理论计算水洗砂中絮凝剂的最大残留量控制在0.02%）的水洗砂试配时，我们可以看出，初始混凝土坍落度、含气量、流动性均正常，混凝土在放置1h后存在20mm的坍落度损失，含气量正常，流动性略微降低，混凝土的7天强度为20.7MPa，比基准配合比的21.7MPa降低1MPa，但仍达到设计强度的69%，属于正常，56天强度为38.8MPa，与基准配合比相比降低0.8MPa，但仍能满足试配强度38.2 MPa的要求。

（3）当采用含絮凝剂的水清洗3遍（即通过理论计算水洗砂中絮凝剂的最大残留量控制在0.03%）的水洗砂试配时，我们可以看出，初始混凝土坍落度和流动性略微降低，但能够满足配合比设计要求，混凝土在放置1h后坍落度明显降低，流动性也较差，已不能满足现场的正常施工生产，然而含气量的明显提高，可能是由于混凝土流动性差，混凝土在按照规范装入模具时难以振捣密实导致的，混凝土的7天强度为20.1MPa，比基准配合比的21.7MPa降低1.6MPa，56天强度为38.1MPa，与基准配合比相比降低1.5MPa，虽然超过设计强度C30，但低于试配强度38.2MPa，不满足要求。

（4）当采用含絮凝剂的水清洗4遍（即通过理论计算水洗砂中絮凝剂的最大残留量控制在0.04%）的水洗砂试配时，我们可以看出，混凝土初始流动度较差，混凝土在放置1h后无任何流动性，7天和56天的混凝土强度也明显降低，说明水洗砂中絮凝剂的含量较大时会完全影响混凝土的工作性能，甚至影响强度。

针对上述的情况不难看出，水洗砂中絮凝剂的残留量增加，会直接影响混凝土的各项性能指标，建议水洗砂在生产过程中，应控制循环用水的使用次数不能超过2次，在水中掺加絮凝剂时更应该控制絮凝剂的用量，不能为了加快生产速度而忽略了产品质量。

4.3 不同外加剂掺量试配结果分析

（1）当外加剂掺量为1.1%时即外加剂用量为4.07kg/m³，相对准配合比外加剂用量增加了0.37kg/m³，出机混凝土坍落度210mm，出现泌浆的情况，黏聚性较差，然而1h后，混凝土坍落度只有155mm，坍损比较严重，混凝土7天强度为20MPa，56天强度为37.6 MPa，相对于未提高外加剂掺量时，用同样的原材料强度降低0.5 MPa，此时混凝土流动性较差，并且根据经验判断，此时混凝土如果用于泵送施工，很容易出现堵管的情况。

（2）当外加剂掺量为1.2%时，即外加剂用量为4.44kg/m³，相对准配合比外加剂用量增加了0.74kg/m³，出机混凝土离析较为严重，然而1h后，混凝土坍落度为160mm，虽然具有一定的流动性，但是坍损依然很严重，混凝土7天强度为19.9MPa，56天强度为37.2 MPa，相对于未提高外加剂掺量时，用同样的原材料强度降低0.9 MPa，混凝土的性能不利于现场施工。

由此我们可以看出，水洗砂中絮凝剂的残留量过大会严重影响混凝土的工作性能，又因混凝土从出厂到运输至浇筑现场需要一定的时间。因此，不能单纯的靠提高外加剂的用量来解决混凝土和易性较差的问题，这样反而会使得混凝土后期强度降低，并且，提高外加剂的用量会明显的增加单方混凝土的成本，不利于项目施工成本的节约，而且在混凝土施工过程中，很容易造成堵管的问题，既耽误了施工的进度，又给项目施工生产带来不必要的阻碍。

5 结论

通过以上试验研究，施工企业在选择水洗砂时要关注是否有絮凝剂的残留，施工过程中加强对水洗砂质量的监控，如果遇到水洗砂中含有絮凝剂的残留，不能靠提高外加剂的用量来改善混凝土到达施工现场后的工作性能。另外水洗砂企业在生产时，用于清洗砂子的水循环次数不得超过两次，还需要控制好絮凝剂的用量，合理地使用絮凝剂，不能为了生产速度而降低产品的质量。

【参考文献】

1、JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》

中国建筑工业出版社，2011

2、GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》

中国建筑工业出版社，2009

3、TB10424-2018 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》

中国铁道出版社，2019

4、GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》

中国建筑工业出版社，2016

5、TB3275-2018《铁路混凝土》

中国铁道出版社，2019