近年来，国内基础建设项目与日俱增，混凝土产量呈现逐年上升趋势，建筑用砂需求高涨，致使天然砂资源日渐枯竭。河砂禁采，海砂禁用，环保整治等一系列工作展开，机制砂成为了混凝土用砂的主要品种和稳定来源。因湿法工艺可以简便有效地洗去机制砂表明的泥质物及石粉以保证产品各项参数符合《建设用砂》（GB/T14684-2011）标准，被大多数微小砂石企业采用。但是在机制砂生产过程中，为了快速有效地将严禁外排的洗砂污水沉淀处理循环利用，使得絮凝剂大量被无序使用，并残留在机制砂中。不同批次的机制砂产品当中的絮凝剂也无法得到量化。造成以车运方式采购机制砂的混凝土企业，出厂混凝土质量波动较大，产生质量纠纷和经济损失。因此，本文针对残留在机制砂中不同种类和含量的絮凝剂进行系统试验，以期对使用机制砂为生产原料的搅拌站起到一定的参考作用。
1原材料与试验方法
絮凝剂：市售无机聚氯化铝（PAC），分子量1200的聚丙烯酰胺（PAM）；砂1:细度模数uf=0.3无级别砂，调节混凝土和易性；砂2：细度模数uf=3.1机制砂1区，（单掺PAC）产地绍兴上虞；外加剂：30%脂肪族母液市售1900元/吨；10%聚羧酸减水剂市售2000/吨，嘉善华豪建材有限公司。a）单卧轴式60L强制搅拌机，符合JG3036的要求；b）量筒，秒表，钢直尺300mm和1000mm各一，电子天平1：分度值0.0001g，电子天平2：分度值0.01g：150kg电子秤。取待测机制砂100g，清水200ml，置于规定容器中，然后用力上下晃动10秒，观察浊液澄清速度，记录上层澄清液晃动后120秒澄清液的高度h0。
取清洗干净后的机制砂100g，0.0025%PAC溶液200ml，置于规定容器中，然后用力上下晃动10秒，观察浊液澄清速度，记录上层澄清液晃动120秒澄清液的高度h1。继续相同步骤记录不同浓度0.005%，0.01%，0.02%，0.05%，0.1%的PAC溶液所测得高度如下表1。获得如下曲线图1。再取清洗干净后的机制砂100g，分别将0.001%，0.002%，0.003%，0.005%，0.01%的PAM溶液200ml置于规定容器中，然后用力上下晃动10秒，观察浊液澄清速度，分别记录上层澄清液晃动后120秒澄清液的高度h2。获得如下曲线图2。![]()
参考当地砂石企业出厂机制砂的含水率一般规律，将上述待测机制砂及用清水清洗过的机制砂，含水率控制在14%左右，根据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行试验，测试混凝土机制砂中不同含量的絮凝剂，对混凝土的初始坍落度，扩展度以及经时损失的影响，同时观察其工作性能，保坍性能，凝结时间。混凝土配合比如下表2。![]()
混凝土试块在标准养护室内养护至3d、7d、28d龄期。根据GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土不同龄期的立方体抗压强度。2结果与讨论
2.1絮凝剂不同含量对机制砂细颗粒的絮凝效果分析
待测机制砂按照1.3.1的方法，测得h0=15mm，即待测（单掺PAC）机制砂中残留的絮凝剂浓度可通过图1得出约0.00133%。即100g机制砂中含有0.00267g的PAC。从絮凝效果来看，单PAC浓度选择0.0025%至0.01%区间为宜，浓度过低造成生产废水泥粉总量大，浓度高，处理效果差，浓度过高直接导致絮凝剂过量而使得水处理成本过高。从清洗后的机制砂中单掺PAM，由图2可知，其浓度选择0.003%至0.005%区间为宜。当地机制砂石企业没有建立相应的絮凝剂试验系统，仅凭目测生产废水的浑浊程度和细颗粒的沉降速度来判断是否需要在单掺PAC的基础上，复合掺入PAM以提高生产废水处理效果。湖州新开元碎石有限公司的湿法机制砂石生产工艺对其进行了系统性的研究和应用。本文仅对单掺PAC或PAM进行试验对比。
2.2絮凝剂在机制砂中不同的残留量对混凝土工作性能的影响
为了探究不同种类絮凝剂在机制砂中的残留量对混凝土工作性能的影响，本文采用无机高分子PAC聚氯化铝和有机高分子PAM聚丙烯酰胺进行试验对比，通过不同浓度PAC掺入，澄清液沉降速度的观测结果表明，待测机制砂中残留量约为0.00267g/100g。为验证上述试验结果，分别按表2配比中的清水洗过的机制砂重量，对应称PAC/机制砂0.00267g/100g，0.005g/100g、0.01g/100g、0.02g/100g、0.04g/100g。PAM/机制砂称取0.002g/100g，0.004g/100g，0.006g/100g，0.008g/100g，0.01g/100g加入拌合水中，进行对比试验。试验结果见表3。
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由试验编号1和2可知，掺入PAC絮凝剂的机制砂拌制混凝土，在搅拌过程中，在絮凝剂的作用下，粘土颗粒表面电荷被中和，各颗粒之间的排斥力降低，使得水中细微颗粒和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝和沉降。同时还减少了各颗粒对外加剂的吸附作用。但在外加剂的分散作用下，聚集的颗粒又迅速分离，粘土颗粒表面快速吸附游离在水中的外加剂。造成初始反而呈现减水率增大，混凝土离析，经时损失非常大的假象。往往搅拌站因为初始离析而降低外加剂掺量，使得混凝土送达工地后，由于外加剂掺量不够，经时损失快而不能满足现场施工要求而造成损失。随着PAC絮凝剂的掺量不断增加，初始离析现象逐渐改善，其增稠效果使得混凝土中自由水被锁住，造成相同坍落度的条件下，外加剂掺量大幅提升。当PAC絮凝剂及外加剂掺到一定量，粘土颗粒聚集和分散的效果达到平衡时，混凝土和易性达到理想状态，且由于絮凝剂的增稠效果，以及自由水中充足的游离外加剂分子，使得混凝土的坍落度经时损失非常小。PAM有机絮凝剂由于分子量大，能与分散于溶液中的悬浮颗粒架桥吸附，絮凝效果极强，使得混凝土在加水的同时产生粘聚性，随着PAM絮凝剂的含量不断增加，外加剂掺量也随之增加，但PAM还有较大的引气作用，混凝土的粘聚性随着絮凝剂PAM的含量增加，呈现出先粘后松的现象。本文还对聚羧酸外加剂进行了对比试验，在相同含量的絮凝剂作用下，聚羧酸的前期减水效果更强，在使用PAC时，前期离析现象更加严重，经时损失也更大。但使用PAM时，聚羧酸的引气效果使得混凝土包裹性更优于脂肪族。2.3絮凝剂在机制砂中不同的残留量对混凝土力学性能的影响![]()
从图3中可知，在入模坍落度相差不大的情况下，不含絮凝剂的机制砂，拌制的混凝土强度略高于掺入PAC的混凝土强度，原因是将原本机制砂中的部分泥粉淘洗干净，而泥粉会阻碍水泥与粗、细骨料之间的粘结，同时比表面积大吸收的大量自由水，随着混凝土硬化过程，未参与水化的自由水蒸发后，形成内部薄弱区和表面缺陷，在淘洗絮凝剂的同时，泥粉含量也随之降低，使得混凝土强度有所提高。脂肪族外加剂掺量随着PAC的含量增加，先增加后趋于稳定在某一值，混凝土凝结时间未明显延迟均为8-12h。强度未见明显区别。掺PAM絮凝剂的混凝土，随着含量的增加，外加剂掺量也随之增加，在外加剂中的缓凝组分造成混凝土的凝结时间严重推迟，加上PAM的引气作用，混凝土强度随絮凝剂的含量增加而明显降低。从图4中可知，掺PAC絮凝剂的混凝土，使用聚羧酸减水剂拌制时，其混凝土表现大致相似，因为减水剂的作用机理不同，缓凝组分不同，混凝土的终凝时间稍有差异，聚羧酸减水剂的掺量越高，终凝时间越长，本试验测得大致在9-12h不等。混凝土的强度未见明显区别。掺PAM絮凝剂的聚羧酸混凝土，大致规律与脂肪族的混凝土类似，随着PAM的含量提高，聚羧酸的掺量也随之提高，凝结时间也明显延迟，混凝土强度随之降低。3结论与建议
3.1单掺PAC絮凝剂在机制砂中的残留量可以通过本文的试验方法测定获得。3.2随着单掺PAC的含量增加，外加剂的掺量先增加后趋于某一稳定值。混凝土状态初始加水搅拌时呈现出离析，经时损失非常大的假象，导致混凝土的外加剂实际掺量不到位，造成混凝土送达工地后，混凝土的工作性能无法满足现场需求而造成损失。可延长混凝土搅拌时间，或通过取样观察经时损失来调整外加剂掺量以满足机制砂中残留PAC的混凝土新拌工作性能要求。3.3随着单掺PAM的含量增加，外加剂的掺量也相应增加，但残留量不宜超过0.004%，否则因为外加剂过掺，造成混凝土凝结时间延迟，混凝土的强度随之大幅下降。3.4脂肪族与聚羧酸在单掺PAC或PAM的机制砂中，对混凝土工作性能与力学性能的影响相近。
