0 引言
建材行业的蓬勃发展，对砂石原材料的需求量迅速增加，但由于政府采取日益严格的环境保护措施，河砂的利用受到了严格限制，故采用机制砂替代河砂已经成为建筑行业的必然趋势]。由于机制砂在国内使用时间较短，虽然不同机制砂厂的生产工艺不尽相同，但大多机制砂厂生产出的机制砂中均含有大量的石粉和沉积物质，单纯采用筛分等方式将石粉和沉积物筛除掉基本很难实现，所以常采用水洗的方式来清洗含有的石粉。近些年，因为聚丙烯酰胺絮凝剂含有良好的絮凝沉淀杂质等净化水质的作用，因此被机制砂厂广泛运用于机制砂的水洗工艺中，从而使得清洗水在一定程度上得以循环使用，避免了污水的大量排放，起到节能环保的作用。但由于机制砂厂在生产过程对絮凝剂的添加比较随意，导致机制砂中残留着不同含量的絮凝剂，经过调查研究得知，一般机制砂中絮凝剂的含量在0.20‰～0.80‰之间，且絮凝剂的残留对水泥净浆、砂浆及混凝土拌合物的性能产生不良影响。
试验研究依托杭温高铁项目金山碎石厂开展，用于加工砂石骨料的母岩为凝灰岩，水饱和状态下岩石抗压强度为129.1MPa；采用湿法制砂工艺，污水处理使用的是阴离子型聚丙烯酰胺作为絮凝剂，对污水中的石粉和杂质进行絮凝沉淀，再通过压滤机进行压滤处理，以达到污水零排放和水资源的循环利用。本文通过大量的试验工作，探究了阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂对凝灰岩机制砂性能和混凝土性能的影响。
1.1 原材料
细骨料：金山碎石场机制砂，中砂。
粗骨料：金山碎石场，5～10mm∶10～16mm∶16～25mm＝1∶6∶3。
水泥：常山南方水泥有限公司Ｐ.Ｏ42.5，各项指标检测结果见表1。
粉煤灰：华润电力(温州)有限公司Ｆ类Ⅱ级，各项检测结果见表2。
外加剂：科之杰缓凝型聚羧酸系高性能减水剂，掺量为1.1％，各项检测结果见表3。
絮凝剂：杭州净源环保科技有限公司阴离子型聚
丙烯酰胺，分子量1200万。
水：拌和站地下水。
1.2 试验方法
依据杭温项目设计的C30混凝土配合比(施工部位主要为承台、基础、找平层、隧道二衬、仰拱等)开展试验研究，混凝土配合比见表4。
1.2.1 絮凝剂对机制砂性能影响的试验方法
机制砂厂在生产过程中，会加入不同浓度絮凝剂进行水洗机制砂，为了研究水洗所用不同浓度的絮凝剂对机制砂性能的影响，使用阴离子型聚丙烯酰胺作为絮凝剂，将絮凝剂按0‰、2‰、3‰、4‰和5‰的浓度用水溶解，分别用不同絮凝剂浓度的水溶液清洗机制砂然后烘干，依据《建设用砂(GB/T14684-2022)中的相关要求开展试验，测得其细度模数、亚甲蓝值MB和石粉含量，分析清洗机制砂所用的絮凝剂浓度对机制砂性能的影响。
1.2.2 絮凝剂对机制砂混凝土性能影响的试验方法
将絮凝剂与机制砂的质量比分别按0‰、0.1‰、02‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰用水溶解后，与机制砂拌和均匀，将其置于干燥箱中烘干，分别依照表4配合比拌制C30混凝土，依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)中的相关试验方法，检测混凝土坍落度，分析絮凝剂浓度对新拌机制砂混凝土和易性的影响；依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)中的相关试验方法，分别测得7d和28d混凝土立方体抗压强度，分析絮凝剂浓度对硬化机制砂混凝土强度性能的影响。
2.1 絮凝剂对机制砂性能的影响
2.1.1 絮凝剂对机制砂细度模数和石粉含量的影响
将絮凝剂按不同浓度进行溶解，用不同浓度的絮凝剂水溶液清洗机制砂，对烘干后的机制砂进行颗粒级配和石粉含量测定试验，试验结果如图1、图2所示。
分析图1、图2可以得出，随着絮凝剂浓度从0‰～5‰的升高，用含絮凝剂的水清洗烘干后的机制砂细度模数先增大后减小，石粉含量先减小后增大。究其原因，可能是采用清水清洗机制砂时，没有絮凝剂的净化，机制砂中0.075mm以下颗粒含量较多，故其细度模数偏小。随着絮凝剂浓度的增大，机制砂中0.075mm以下的颗粒含量逐渐减小，细度模数也逐渐增大。用浓度为3‰的絮凝剂清洗机制砂时，其细度模数达到最大286，石粉含量达到最小为4.6％，表明絮凝剂浓度为3‰时清洗机制砂有良好的絮凝沉淀效果。当清洗机制砂的絮凝剂浓度大于3‰时，机制砂的细度模数不增反降、石粉含量不降反增，特别是絮凝剂浓度为5‰时的细度模数2.74比用清水洗机制砂时的细度模数2.78还要小，分析原因可能是过量的絮凝剂浓度使得机制砂在清洗过程中胶结在一起，增大了清洗的难度。因此在机制砂生产过程中，应选择适宜的絮凝剂浓度对机制砂进行清洗，才能达到良好的效果。
2.1.2 絮凝剂对机制砂亚甲蓝值MB的影响
为探究絮凝剂对机制砂亚甲蓝值MB的影响，从两个角度开展试验：一是保持机制砂的石粉含量不变，采用不同浓度的絮凝剂对机制砂进行清洗，来研究絮凝剂浓度对亚甲蓝值MB的影响；二是保持絮凝剂浓度不变，采用机制砂中不同石粉含量来研究亚甲蓝值MB的变化。
具体方法为先将机制砂中0.075mm以下的石粉筛除，然后分别以0‰、2‰、3‰、4‰和5‰不同浓度的絮凝剂清洗机制砂，最后加入5％的石粉含量。依据«建设用砂»(GB/T14684—2022)进行亚甲蓝值MB测定试验，测定结果如图3所示。
分析图3可以得出，相同石粉含量的机制砂用不同浓度的絮凝剂清洗烘干后的亚甲蓝值MB，随着水洗机制砂的絮凝剂浓度的变化而变化，特别是在絮凝剂浓度大于3‰时，机制砂亚甲蓝值MB呈现增大趋势。为了深入探究其影响规律，进一步开展絮凝剂浓度对不同石粉含量的机制砂亚甲蓝值MB影响的测定试验。具体试验方法是将机制砂进行筛分，收集石粉备用，将筛底以上机制砂用0‰、1‰和3‰的絮凝剂水洗后烘干，分别按3％、4％、5％、6％、7％的石粉含量添加石粉制备不同的机制砂，依据《建设用砂》(GB/T14684—2022)进行亚甲蓝值MB测定试验，测定结果如图4所示。
分析图4可以得出，用0‰的絮凝剂水洗后，机制砂亚甲蓝值MB随着石粉含量增大而增大，且近似线性相关；用1‰的絮凝剂水洗后，机制砂亚甲蓝值MB随着石粉含量增大同样增大，但整体比0‰的絮凝剂水洗后亚甲蓝值MB小；用3‰的絮凝剂水洗后，机制砂亚甲蓝值MB随着石粉含量增大呈现出先增大后减小的趋势。表明在水洗机制砂的絮凝剂浓度过高时，机制砂的亚甲蓝值MB不会随着石粉含量的变化呈现线性变化，会随着石粉含量的不断增大，出现亚甲蓝值MB的减小。在相同石粉含量时，絮凝剂浓度为3‰时的水洗机制砂亚甲蓝值MB最大，其次是浓度为0‰的絮凝剂的水洗机制砂亚甲蓝值MB，浓度为1‰的絮凝剂的水洗机制砂亚甲蓝值MB最小。可以得出，在相同的石粉含量时，机制砂亚甲蓝值MB的总体规律是用高浓度的絮凝剂进行水洗后的亚甲蓝值MB会偏大，用低浓度的絮凝剂进行水洗后的亚甲蓝值MB会偏小。
因此，可以看出水洗机制砂的絮凝剂浓度会对机制砂的亚甲蓝值MB的测定产生影响。在机制砂的生产过程中，建议水洗机制砂的絮凝剂浓度不宜超过3‰，过量的絮凝剂浓度会增大机制砂的清洗难度，同时对亚甲蓝值MB的测定产生干扰，从而产生对机制砂性能的误判。
2.2 絮凝剂对机制砂混凝土性能的影响
2.2.1 絮凝剂对混凝土拌合物和易性的影响
用含不同质量比絮凝剂的机制砂分别依照表4拌制C30混凝土，依据«普通混凝土拌合物性能试验方法标准»(GB/T50080—2016)进行和易性试验，结果如图5所示。
分析图5可以得出，絮凝剂残留量较小时，对混凝土出机坍落度及和易性影响不明显；随着机制砂中絮凝剂残留量从0‰～0.8‰的升高，当絮凝剂残留量超过0.5‰时，混凝土拌合物的和易性明显变差，究其原因是混凝土中存在的絮凝剂具有明显的增稠作用，机制砂中絮凝剂残留量的升高使混凝土拌合物的黏度增大，流动性变差。
2.2.2 絮凝剂对硬化混凝土强度的影响
用絮凝剂残留量不同的机制砂依照表4所示的C30混凝土配合比制作试件，在标养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》(GB/T50081-2019)分别进行7d和28d抗压强度试验，测定结果如图6所示。
凝土抗压强度降低。絮凝剂残留量低于0.3‰时，混凝土7d和28d抗压强度与不含絮凝剂的混凝土强度相比变化不大；当絮凝剂浓度超过0.5‰，混凝土7d及28d抗压强度明显降低。究其原因，可能是絮凝剂吸附在水泥表面，阻止了水泥水化反应的进行。
通过开展不同浓度絮凝剂对凝灰岩机制砂的细度模数、石粉含量及亚甲蓝值MB的影响，以及不同絮凝剂残留量对凝灰岩机制砂混凝土拌合物和易性和硬化混凝土力学性能的影响试验研究，总结得出以下几点结论：
(1)随着絮凝剂浓度的增大，水洗机制砂细度模数变化呈现先增大后减小的趋势，石粉含量变化呈现先减小后增大的趋势。
(2)石粉含量相同时，机制砂亚甲蓝值MB随着絮凝剂的增大而增大，不同浓度的絮凝剂会导致对机制砂亚甲蓝值MB测定的误判。
(3)机制砂厂在生产过程中使用絮凝剂时，过量的絮凝剂浓度会增大机制砂的清洗难度。因此，不可随意调整絮凝剂的使用量，建议水洗砂的絮凝剂浓度不宜超过3‰。
