0 前言
絮凝劑的機理主要是帶有正(負)電性的基團和水中帶有負(正)電性的難于分離的一些粒子或者顆粒相互靠近,降低其電勢,使其處于不穩定狀態,并利用其聚合性質使得這些顆粒集中,并通過物理或者化學方法分離出來。
從 2018 年 1 月起,多部環境法與環境保護方案開始實行,明確要求砂石廠廢水嚴禁外排,須循環利用,故大量砂石廠在污水處理工藝中采用絮凝劑(大多以陰離子分子量為 1200 萬的聚丙烯酰胺絮凝劑為主)去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沉淀處理進行循環利用。
在前期,為達到效果,砂石廠使用的絮凝劑用量較高,出廠砂中殘留的絮凝劑量很高,對混凝土拌合物性能影響明顯,因各預拌混凝土企業提議,最近砂石廠使用絮凝劑做循環水處理更注重科學使用,精細控制,出廠砂中殘留絮凝劑較少,對混凝土拌合物性能影響有所降低。
張鳴等[1] 使用分子量為 600 萬~1000 萬絮凝劑,研究絮凝劑對水泥凈漿的剪切應力與粘度的影響,結果表明,水泥漿體的剪切應力和粘度隨摻量的增加而線性增加;同時張鳴等[2] 使用分子量為 600 萬~1000 萬絮凝劑,研究絮凝劑對水泥凈漿流動度的影響,試驗發現水泥凈漿流動度隨著絮凝劑摻量的增加而降低。
混凝土用砂中殘留的絮凝劑對混凝土拌合物性能影響,目前尚沒有文獻研究。故本次試驗將以強度等級為 C30 的混凝土進行試驗,研究絮凝劑對混凝土和易性和強度的影響。
1 原材料
1.1 水泥
使用都江堰拉法基水泥有限公司生產的 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥,其性能如表 1 所示。
表 1 水泥的物理力學性能
1.2 粉煤灰
粉煤灰選用成都博磊粉煤灰綜合開發有限公司的 Ⅰ 級粉煤灰,其性能如表 2 所示。
表 2 粉煤灰的主要指標 %
1.3 磨細礦渣粉
礦粉選用峨眉山宏源資源循環開發有限公司 S75 級礦粉,其性能如表 3 所示。
表 3 礦粉的主要指標比表面積(m2/kg)
1.4 泵送劑
選用某公司生產的聚羧酸高性能泵送劑,其性能指標見表 4。
表 4 泵送劑主要性能指標
1.5 絮凝劑
選用某公司生產的聚丙烯酰胺(PAM)陰離子 1200 萬分子量和 800 萬分子量,以及聚氯化鋁(PAC)。
2 試驗方案
選用陰離子 1200 萬分子量的聚丙烯酰胺(PAM1)、陰離子分子量為 800 萬的聚丙烯酰胺(PAM2)、聚氯化鋁(PAC)按不同摻量加入 C30 混凝土中進行試驗,配合比如表 5 所示。
表 5 絮凝劑不同摻量試驗配合比 kg/m3
3 試驗結果與討論
3.1 不同絮凝劑品種的試驗結果
按方案進行試驗,混凝土合易性及強度檢測結果如表 6,對比曲線如圖 1、2。
表 6 不同品種絮凝劑試驗結果
圖 1 摻不同種類絮凝劑混凝土工作性能
數據分析可知,加入 PAM1 后混凝土泵送劑用量保持不變,初始和易性變差,3h 和易性與基準相差不大;PAC 的摻入會影響泵送劑的摻量,使混凝土和易性下降,且經時損失大;PAM2 摻量為 0.01‰ 時,泵送劑摻量不變,混凝土和易性稍有下降,當 PAM2 摻量為 0.02‰ 時,會提高泵送劑摻量,混凝土和易性下降,經時損失較大。
加入 PAM1 后混凝土強度有所提高,當其摻量為 0.02‰ 時,28d 強度較基準提高 3.2MPa;當 PAC 摻量低于 0.01‰ 時,其 28d 強度與不摻絮凝劑混凝土強度相當,當高于 0.01‰ 時,會使混凝土強度降低;PAM2 摻入會影響混凝土強度,使混凝土強度降低,PAM2 摻量為 0.01‰ 時,其 28d 強度比不摻絮凝劑混凝土強度低 4.3MPa,PAM2 摻量為 0.02‰ 時,其 28d 強度比不摻絮凝劑混凝土強度低 8.6MPa。
圖 2 摻不同種類絮凝劑混凝土強度
3.2 絮凝劑不同摻量的試驗結果
按方案進行試驗,混凝土和易性及強度檢測結果如表 7,對比曲線如圖 3、4。
表 7 不同摻量 PAM1 試驗結果
數據分析可知,絮凝劑作用在混凝土中,當絮凝劑摻量低于 0.02‰(與砂的比例)時,泵送劑摻量不會發生變化,同時能夠提高混凝土的粘聚性;當絮凝劑摻量高于 0.02%(與砂的比例)時,泵送劑摻量會隨絮凝劑摻量的增加而增大,初始坍落度與擴展度會隨著絮凝劑摻量的增加而降低,且混凝土粘聚性不佳。絮凝劑摻量越大,混凝土 3h 坍落度與擴展度經時損失越大。
絮凝劑摻量在 0.02‰、0.03‰、0.05‰ 時,混凝土 28d 強度比不摻絮凝劑的混凝土強度高,摻量在 0.03‰ 時,混凝土 28d 強度最高,為 40.8MPa,比不摻絮凝劑的混凝土 28d 強度高 3.7MPa;當絮凝劑摻量高于 0.1‰ 時,混凝土 28d 強度呈下降的趨勢。
圖 3 PAM1 不同摻量混凝土工作性能
圖 4 PAM1 不同摻量混凝土強度
4 分析與討論
低摻量的絮凝劑能夠提升混凝土的強度,造成這一現象的原因主要是在混凝土中摻入低濃度的聚丙烯酰胺后,聚丙烯酰胺中的酰胺基團會在堿性條件下發生水解反應,導致酰胺基團分解為羧基和氨基兩種官能團,其中氨基的引入在一定程度上會促進水泥的水化反應,提高混凝土早期和后期強度。而且適當的引入聚丙烯酰胺,其本身還能夠起到一定的保水作用,能夠較好地解決混凝土泌漿和泌水現象,提高混凝土和易性,但引入的聚丙烯酰胺濃度不易過大,因為如果聚丙烯酰胺摻入量過大,此時其本身具有極強的保水作用,會將大量自由水鎖住,導致混凝土中的用水量不夠,混凝土一方面損失會加快,另一方面沒有足夠的水供水泥水化反應,會直接導致混凝土強度受到較大的影響。
5 結論
(1)絮凝劑會影響外泵送劑量以及混凝土的和易性,絮凝劑摻量越大對泵送劑摻量及混凝土和易性的影響越嚴重。
(2)低摻量的絮凝劑能夠提高混凝土的粘聚性及強度。
(3)當陰離子分子量為 1200 萬的聚丙烯酰胺摻量小于砂摻量的 0.02‰ 時,不會影響泵送劑摻量及混凝土和易性,3h 經時損失正常,還會改善混凝土和易性;低摻量的絮凝劑還能夠提高混凝土強度。
(4)當陰離子分子量為 1200 萬的聚丙烯酰胺摻量高于 0.02‰ 時,泵送劑摻量會隨著其摻量的升高而增大,混凝土的和易性會隨著其摻量的升高而下降。
(5)陰離子分子量為 800 萬的聚丙烯酰胺摻入會影響泵送劑摻量及混凝土和易性。
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