0 前言

近几年，随着建筑行业快速发展，对砂石的需求越来越大，河砂的储量一直在减少，由于河砂的过度开采，国家对河砂的开采进行严格管控。且由于环境保护的影响，河砂的开采成本越来越高，综上所述，机制砂代替河砂已成为必然的趋势。环保部门对砂石料厂生产企业污水排放的要求非常严格，根据规定，砂石料生产企业的污水必须经过处理，达到根据规定的排放标准后才能排放。所以大量砂石生产企业采用絮凝剂来处理污水中的悬浮物、有机物等有害物质，使处理后的水质达到排放标准或回收利用的要求。但是砂石生产企业只考虑了环保和经济的要求，未考虑洗砂后机制砂中残留的少量絮凝剂对混凝土工作性的不良影响。通过实地调查和研究得知，砂石料生产企业在清洗机制砂的水中加入絮凝剂的含量一般控制在0.2‰~0.8‰之间^[1-2]。

本试验研究依托四川省某高速公路项目，该项目前期拌制的混凝土状态比较稳定，但在后期的施工过程中出现混凝土坍损过快的现象，混凝土的初始坍落度为220mm，放置1h后，坍落度只有150mm，坍损较快，严重影响现场施工。为了查找原因，项目试验检测人员对使用的砂石料、水泥、粉煤灰、减水剂、水进行了全面的分析，最终将问题锁定在机制砂上。本文通过大量的系统试验，研究了阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂对玄武岩机制砂亚甲蓝值MB和混凝土工作性能的影响，以期对拌合站使用类似的机制砂起到一定的指导作用。

1 原材料及配合比

1.1原材料

（1）水泥：四川峨眉山西南水泥有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥。

（2）粉煤灰：四川华电珙县发电有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰， 密度2.30g/cm³，细度（筛析法）24.4%，需水量比101%，游离氧化钙含量0.13%，烧失量5.94%。

（3）砂：四川省乐山市沐川县恒安矿业有限公司生产的机制砂，细度模数2.9，亚甲蓝值1.0g/Kg，石粉含量7.8%。

（4）碎石：四川省乐山市沐川县恒安矿业有限公司生产的碎石，选用三级配5~10mm、10~20mm、16~31.5mm，掺配比例为1.5：6.5：2。

（5）减水剂：四川某公司生产的缓凝型高性能减水剂/HPWR-R型，减水率28%，含气量2.3%，坍落度1h经时变化量15mm，收缩比90%。

（6）絮凝剂：江苏恒峰精细化学股份有限公司生产的聚丙烯酰胺阴离子干粉，固含量91.3%，相对分子质量1500*10⁴，阴离子度35.3%。使用时，需提前24h与蒸馏水配置成0.1%浓度的水溶液。

1.2配合比

采用四川省某高速公路项目设计的C40混凝土配合比，主要用于空心墩施工，混凝土基准配合比见表1.6。

表1.1 C40混凝土基准配合比

2 试验方法

2.1絮凝剂对玄武岩机制砂亚甲蓝MB值影响的试验方法

为了探究残留不同浓度絮凝剂的玄武岩机制砂对亚甲蓝值MB的影响，从两个角度开展试验：一是对含有不同浓度絮凝剂溶液清洗后的玄武岩机制砂进行烘干，依据《建设用砂》（GB/T14684-2022）^[3]中的相关要求进行试验，分析烘干后机制砂中残留不同浓度的絮凝剂溶液对玄武岩机制砂亚甲蓝值MB的影响；二是对含有不同浓度絮凝剂溶液水洗后的玄武岩机制砂不进行烘干，保持机制砂中含有8%的絮凝剂溶液，参照《建设用砂》中的相关要求进行试验，检验未烘干状态下的机制砂残留的絮凝剂是否对亚甲蓝值MB有影响。具体方法如下：

分别配置浓度为0‰、0.1‰、0.2‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰的阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂溶液，将不同浓度的絮凝剂溶液分别加入选用的机制砂中，加入溶液质量为机制砂质量的8%，拌合均匀，来模拟玄武岩机制砂被含有絮凝剂的水清洗后的状态，分成两份备用，一份烘干后依据《建设用砂》中的相关要求进行试验，测的亚甲蓝值MB，分析不同浓度的絮凝剂溶液对亚甲蓝值的影响；另一份不进行烘干，保持砂中含有约8%含水，参考《建设用砂》中的相关方法进行试验，检验干湿状态下的残留絮凝剂的机制砂是否对亚甲蓝值MB有影响^[4]。

2.2机制砂中絮凝剂对混凝土性能影响的试验方法

在水洗并风干的等量机制砂中分别加入浓度为0‰、0.1‰、0.2‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰的絮凝剂溶液，溶液质量约为机制砂质量的8%左右，拌合均匀，分别依照C40配合比进行配置，依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 ^[5]中的相关试验方法，检测混凝土的和易性、坍落度、扩展度、1h经时损失，分析残留不同浓度絮凝剂的机制砂对混凝土工作性能的影响；依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》 ^[6]中的相关试验方法，分别测得7d强度和28d强度,分析残留不同浓度絮凝剂的机制砂对混凝土强度的影响^[7-8]。

3 试验结果与分析

3.1絮凝剂对玄武岩机制砂亚甲蓝值MB的影响

将絮凝剂分别按0‰、0.1‰、0.2‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰几个浓度进行溶解，在保持水洗机制砂各性能指标不变情况下，配置不同浓度的絮凝剂溶液与选用的机制砂进行拌合，来研究机制砂中残留的絮凝剂是否会对亚甲蓝值MB产生影响，测定结果如表3.1所示。

表3.1 絮凝剂浓度对亚甲蓝值MB的影响

分析表3.1可以得出，1）残留不同浓度絮凝剂溶液的机制砂烘干后进行亚甲蓝值MB试验，与基准砂相比，其亚甲蓝值MB随着水洗机制砂絮凝剂浓度的增加而基本保持不变；2）残留不同浓度絮凝剂溶液的机制砂，在保持8%含水状态下进行亚甲蓝值MB试验，与基准试样相比，其亚甲蓝值MB不随着水洗机制砂中絮凝剂残留浓度的增加而改变；3）烘干后与未烘干试样相比，亚甲蓝指标无明显变化。故在机制砂检测过程中无法通过亚甲蓝试验检测絮凝剂浓度。

3.2絮凝剂对混凝土拌合物工作性能、强度的影响

将絮凝剂PAM分别按0‰、0.1‰、0.2‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰几个浓度进行溶解，在保持水洗机制砂各性能指标不变情况下，分别将不同浓度的絮凝剂溶液与选用的机制砂进行拌合均匀，用絮凝剂残留不同的机制砂依照表1.6所示的C30配合比拌合混凝土并制作试件，在标样室中养护到一定龄期，依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》分别进行 7 d 强度和 28 d强度试验，测定结果见表3.2。

表3.2絮凝剂浓度对混凝土工作性及强度的影响

3.2.1絮凝剂对混凝土流动性的影响

该试验针对残留不同浓度絮凝剂的玄武岩机制砂对混凝土坍落度的影响，如图3.1所示。

图3.1 不同浓度絮凝剂对混凝凝土坍落度的影响

该试验针对残留不同浓度絮凝剂的机制砂对混凝土扩展度的影响，如图3.2所示

图3.2 不同浓度絮凝剂对混凝土扩展度的影响

分析表8、图3.1和图3.2试验数据分析，减水剂掺量不变，掺入含有不同浓度絮凝剂的机制砂，随着絮凝剂浓度的增加，混凝土的初始流动度也随之降低。试验结果如下：1）当使用含有絮凝剂的机制砂后，混凝土的初始流动度（坍落度、扩展度）和1h流动度随着絮凝剂浓度的不断增大而逐渐减小，1h流动度损失也逐渐加快。当絮凝剂浓度达到0.7‰时，混凝土粘度大，初始流动性差，包裹性差，露石严重，已无法满足现场施工需要；2）掺入絮凝剂浓度为0.3‰时，混凝土的初始流动度尚满足规范要求，1h扩展度已低于规范要求，不能满足现场施工需要；3）掺入絮凝剂浓度为0.5‰时，与基准混凝土相比，混凝土较黏，初始流动度性能较差，混凝土1h扩展度已严重低于规范要求，不能满足现场施工需要。

究其原因：1）混凝土中存在的絮凝剂具有一定的增稠保水作用，随着机制砂中絮凝剂残留量的升高，使大量自由水稠度增加，从而导致混凝土黏度提高，流动性降低。随着时间推移，混凝土中的部分自由水与水泥产生水化反应，使混凝土流动性降低，坍落度及扩展度损失加快，对混凝土的工作性能造成不利影响；2）水泥、粉煤灰、石粉等颗粒在絮凝剂电解质的作用下，中和颗粒表面电荷，降低或消除了颗粒之间的排斥力，使水泥、粉煤灰、石粉等细颗粒结合在一起，形成絮状体，影响了混凝土的流动。

3.2.2絮凝剂对混凝土抗压强度的影响

该试验针对残留不同浓度絮凝剂的机制砂对混凝土7d强度和28d强度的影，如图3.3所示。

图3.3 不同浓度絮凝剂对混凝土强度的影响

分析表3.2、图3.3试验数据可以看出：1）絮凝剂浓度不大于0.5‰时，与基准混凝土相比，混凝土的7d强度基本没有影响，当絮凝剂浓度达到0.7‰时，混凝土7d强度略有降低；

与基准混凝土相比，混凝土的28d强度随着絮凝剂浓度的增加增幅逐渐减低，当絮凝剂浓度达到0.7‰时，混凝土28d强度与7d强度相比几乎不增长。

造成这一现象的原因可能是：

1）加入聚丙烯酰胺絮凝剂后，其锁住了部分水分，影响了混凝土的流动性，但不影响混凝土早期的水化作用，所以低浓度絮凝剂对混凝土的早期强度基本没有影响。但如果絮凝剂浓度较大或随着时间的推移，大量的自由水被锁住，导致混凝土水化用水量不足，会直接导致混凝土强度增幅减低，甚至停止增长。

2）由于絮凝剂能够吸附水中的溶质、胶体或悬浮颗粒，使其形成较大的絮状物。絮凝剂的使用会导致机制砂中含有的微小颗粒物聚集，形成较大的颗粒。这些颗粒在硬化过程中容易形成内部孔隙和缺陷，从而影响混凝土的抗压强度、耐久性和抗渗性能。

4 结论及建议

通过对残留不同浓度絮凝剂的玄武岩机制砂进行亚甲蓝值试验，以及不同絮凝剂残留量的机制砂对混凝土拌合物和易性、坍损、扩展度和混凝土强度试验，解决了施工现场混凝土坍损快的问题，并总结得出以下几点结论：

（1）通过亚甲蓝试验无法检测出机制砂中絮凝剂残留量，不能作为日常检测中判断机制砂中絮凝剂含量多少的检测手段与方法；

（2）随着机制砂中絮凝剂残留量升高，混凝土拌合物工作性变差，坍落度、扩展度变小，坍损速度加快，对聚羧酸减水剂混凝土质量造成一定程度的不利影响，增大了现场泵送、施工的难度，易出现堵管、爆管等质量问题。

同时，与水洗机制砂相比，随着絮凝剂残留的增大，7d至28d混凝土强度增幅逐渐变小甚至停止增长，导致混凝土实体质量难以保证，同时也会导致施工成本大幅增加。

（3）针对以上研究成果，建议项目物资管理部门与工地试验室在对砂石料生产企业调查比选时，除应详细了解制砂母材、工艺流程和质量状态外，还应了解机制砂清洗工艺，严格控制清洗机制砂用水中絮凝剂的用量，争取将絮凝剂残留对混凝土的不良影响降到最低。混凝土施工过程中，应优先选用未使用絮凝剂的水洗的机制砂和碎石，使用含有聚丙烯酰胺絮凝剂的机制砂时，清洗机制砂的水中残留的絮凝剂用量应控制在0.2‰以下。

参考文献

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