不同分子量聚丙烯酰胺类絮凝剂对混凝土性能的影响研究

钟丽娜 方云辉 陈展华 王昭鹏 林泽宇 赖华珍

（科之杰新材料集团有限公司）

0 前言

近年来，机制砂逐渐取代天然砂成为了拌制混凝土的重要材料。研究表明，混凝土组成中砂骨料质量是影响混凝土产品质量的关键因素之一[1-2]。目前制砂企业多采用湿法机制砂石料生产工艺生产机制砂，机制砂湿法生产工艺可以洗去机制砂中的泥质物及超标石粉[3]，但需要消耗大量的水资源，一般生产1 吨砂需要耗水2～3.5m3，所产生的泥废水总量大、浓度高、处理成本高，严重制约着高品质机制砂石的大规模生产。

因絮凝剂能使水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀，从而起到净化水质的作用[4]。大量制砂厂的污水处理工艺采用聚丙烯酰胺类絮凝剂来加速污水中悬浊物的沉降，使其能够快速、有效地将洗砂后的污水进行沉淀处理后循环利用。回收的水被多次循环使用，其中残留的絮凝剂量越来越多，将这些水用于机制砂生产，生产出来的机制砂中也不可避免地含有数量不定的絮凝剂。当这些机制砂被用于生产混凝土时，其中含有的絮凝剂若达到一定的量，可能会对混凝土的工作性能和强度造成不利的影响[5-8]。

本试验研究了不同分子量阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺及阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂在不同掺量条件下，对混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 扩展度、以及抗压强度的影响。本研究有利于指导机制砂厂处理洗沙废水时选用对混凝土影响小的絮凝剂，对混凝土质量的控制具有重要的意义。

1 实验部分

1.1 原材料

试验采用闽福P.O42.5R 水泥，其性能指标见表1。

表1 水泥性能指标

试验用机制砂性能指标见表2。

表2 机制砂性能指标

试验用碎石性能指标见表3。

表3 碎石性能指标

试验用外加剂选用科之杰新材料集团高效减水剂。试验用絮凝剂类型主要包括：分子量分别为1200 万（X-2）、2000 万（X-3）及2500 万（X-4）的阴离子型聚丙烯酰胺，分子量分别为1000 万（X-6）、1500 万（X-7）及2000 万（X-8）的非离子型聚丙烯酰胺，分子量分别为1000 万（X-10）、1500 万（X-11）、2000 万（X-12）的阳离子型聚丙烯酰胺。

1.2 试验方法

1.2.1 新拌混凝土性能

新拌混凝土性能试验方法参照GB 8076-2008《混凝土外加剂》，GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物效果试验方法标准》进行，絮凝剂采用外掺方法加入，测试新拌混凝土初始和经时坍落度、扩展度，以及3d、7d 和28d 抗压强度。混凝土配合比见表4。

表4 C30 混凝土配合比

1.2.2 混凝土抗压强度

混凝土抗压强度的测定参照国家标准GB/T 50081-2019《普通混凝土力学效果试验方法标准》进行。

2 实验结果与讨论

2.1 不同分子量阴离子型聚丙烯酰胺对混凝土性能的影响

外加剂的掺量不变，考察分子量分别为1200、2000及2500 万的阴离子型聚丙烯酰胺在每15L 混凝土中掺量 分 别 为0g、0.12g、0.24g、0.48g、0.72g、0.96g、1.2g时对混凝土性能的影响，试验结果见表5。

表5 试验结果表明，随着阴离子型丙烯酰胺絮凝剂掺量的增大：

表5 不同分子量阴离子型聚丙烯酰胺对混凝土性能影响试验结果

⑴分子量1200 万（X-2）：混凝土0h 坍落度与基准相当，当X-2 的掺量达到0.96g/15L 及以上时，1h 坍落度急剧减小；混凝土0h 和1h 扩展度呈现先增大后降低的趋势，在掺量为0.96g/15L 及以上时，混凝土的0h 和1h 扩展度降低；掺入X-2 混凝土的3d、7d 和28d 与基准相当，无不利影响。

⑵分子量2000 万（X-3）：当X-3 的用量达到1.2g/15L 时，混凝土0h 坍落度降低，当X-3 的用量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土1h 坍落度逐渐降低；当X-3 掺量达到0.72g/15L 及以上时，混凝土的0h 扩展度逐渐降低，且X-3 的引入，对混凝土1h 扩展度影响大，扩展度逐渐减低；掺入X-3 混凝土3d、7d 及28d 抗压强度与基准相当，无不利影响。

⑶分子量2500 万（X-4）：当X-4 掺量达到0.96g/15L 及以上时，0h 坍落度逐渐减小，对混凝土1h坍落度影响大，使坍落度急剧缩小；混凝土0h 和1h 扩展度呈现降低的趋势，当X-4 掺量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土的0h 扩展度逐渐降低，且X-4 的引入，对混凝土1h 扩展度影响大，扩展度急剧缩小；掺入X-4 混凝土3d、7d 抗压强度与基准相当，掺量到0.96g/15L 及以上时，28d 强度降低。

2.2 不同分子量非离子型聚丙烯酰胺对混凝土性能的影响

外加剂的掺量不变，考察分子量分别为1000、1500及2000 万的非离子型聚丙烯酰胺在每15L 混凝土中掺量分别为0g、0.12g、0.24g、0.48g、0.72g、0.96g、1.2g、1.8g 时对混凝土性能的影响，试验结果见表6。

表6 试验结果表明，随着非离子型丙烯酰胺絮凝剂掺量的增大：

表6 不同分子量非离子型聚丙烯酰胺对混凝土性能影响试验结果

⑴分子量1000 万（X-6）：混凝土0h 坍落度与基准相当，当X-6 掺量达到0.96g/15L 及以上时，1h 坍落度逐渐变小；当X-6 掺量达到0.96g/15L 及以上时，混凝土的0h 扩展度逐渐减小，当X-6 掺量达到0.48g/15L及以上时，混凝土的1h 扩展度逐渐减小；3d 和7d 抗压强度抗压与基准相当，当X-6 掺量达到1.8g/15L 时，28d 抗压强度有较大幅度降低。

⑵分子量1500 万（X-7）：当X-7 掺量达到0.96g/15L 及以上时，混凝土0h 坍落度逐渐减小，当X-7 掺量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土1h 坍落度逐渐减小；当X-7 掺量达到0.24g/15L 及以上时，混凝土的0h 和1h 扩展度逐渐减小；当X-7 掺量达到0.96g/15L 及以上时，3d 抗压强度降低超过2MPa，7d 和28d 抗压强度随着掺量的增大有降低趋势，但差值在2MPa 以内。

⑶分子量2000 万（X-8）：当X-8 掺量达到0.72g/15L 及以上时，混凝土0h 坍落度降低，1h 坍落度随着掺量的增大而降低；混凝土0h 和1h 扩展度随掺量增加而降低；混凝土3d 抗压强度与基准相当，当掺入的X-8 掺量达到0.24g/15L 及以上时，7d 和28d 抗压强度呈逐渐降低趋势，且均超过2MPa，即对强度有不利影响。

2.3 不同分子量阳离子型聚丙烯酰胺对混凝土性能的影响

外加剂的掺量不变，考察分子量分别为1000、1500及2000 万的阳离子型聚丙烯酰胺在每15L 混凝土中掺量分别为0g、0.12g、0.24g、0.48g、0.72g、0.96g 时对混凝土性能的影响，试验结果见表7。

表7 不同分子量阳离子型聚丙烯酰胺对混凝土性能影响试验结果

表7 试验结果表明，随着阳离子型丙烯酰胺絮凝剂掺量的增大：

⑴分子量1000 万（X-10）：混凝土0h 坍落度与基准相当，在X-10 掺量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土1h 坍落度逐渐减小；当X-10 掺量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土的0h 扩展度逐渐减小，混凝土的1h 扩展度随着掺量增大而减小；混凝土3d、7d 和28d 抗压强度呈降低趋势，其中当X-10 掺量达到0.48g/15L 及以上时，对混凝土的3d、7d 和28d 抗压强度产生不利影响。

⑵分子量1500 万（X-11）：混凝土0h 坍落度与基准相当，在X-11 掺量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土1h 坍落度逐渐减小；当X-11 掺量达到0.48g/15L 及以上时，混凝土的0h 扩展度逐渐减小，当X-11 掺量达到0.24g/15L 及以上时，混凝土的1h 扩展度逐渐减小，当掺入的X-11 达到0.96g/15L 及以上时，混凝土的3d 抗压强度下降超过2 MPa，产生不利影响，当掺入的X-11达到0.72g/15L 及以上时，对混凝土的7d 和28d 抗压强度呈下降趋势，且抗压强度下降超过2MPa，产生不利影响。

⑶分子量2000 万（X-12）：混凝土0h 坍落度与基准相当，在X-12 掺量达到0.72g/15L 时，混凝土1h 坍落度逐渐减小；混凝土0h 扩展度与基准相当，混凝土1h扩展度随着掺量的增大先增大后减小，当X-12 掺量达到0.72g/15L 及以上时，混凝土1h 扩展度减小；随着X-12 用量的增大，混凝土的3d、7d、28d 抗压强度与基准相。

3 结论

将表5～表7 中不同分子量阴离子、非离子及阳离子型絮凝剂对混凝土的0h 和1h 坍落度、0h 和1h 扩展度、抗压强度（3d、7d、28d）明显开始变差的掺量点进行统计，统计结果见表8。

表8 絮凝剂掺量对混凝土性能影响汇总

得到如下结论：

⑴不同分子量絮凝剂对混凝土性能的影响：

①阴离子型PAM X-2、X-3、X-4 试验结果表明：随着分子量的增大，使混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 扩展度性能变差的掺量点降低，即超过一定的掺量，分子量越大，混凝土性能越差，其中，分子量为1200 万（X-2）的阴离子型聚丙烯酰胺影响相对较小；X-2 和X-3 在试验掺量范围内对强度无不利影响。

②非离子型PAM X-6、X-7、X-8 试验结果表明：随着分子量的增大，使混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 扩展度、抗压强度性能变差的掺量点降低，即超过一定的掺量，分子量越大，混凝土性能越差，其中，分子量为1000 万（X-6）的非离子型聚丙烯酰胺影响相对较小。

③阳离子型PAM X-10、X-11、X-12 试验结果表明：随着分子量的增大，使混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h扩展度性能、抗压强度性能变差的掺量点增大，即超过一定的掺量，分子量越小，混凝土性能越差，其中，分子量为2000 万的X-12 影响相对较小。

⑵不同类型絮凝剂对混凝土性能的影响：

对比阴离子、非离子、阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂中对混凝土性能影响相对较小的X-2、X-6、X-12，发现阴离子型的X-2 对混凝土0h 和1h 坍落度、0h 和1h 扩展度以及抗压强度性能影响相对较小，且对强度无明显不利影响。