絮凝剂对高强管桩强度的影响

文摘 2025-01-11 07:03 河南

机制砂原料来源广泛，是天然砂的理想替代品。机制砂在生产过程中若不进行水洗，易出现含泥量大、石粉含量过高的问题。因此机制砂在生产过程中需消耗大量的水资源，产生大量污水。为提升污水回收利用率，在制砂污水中加入具有较长线性结构的高分子化合物絮凝剂），这些高分子化合物在水中溶解、充分伸展，长链上多个活性基团可同时黏附多个颗粒，使颗粒之间相互靠近，形成较大的絮团（絮凝），达到强化过滤与分离的目的。而澄清操作后会有部分絮凝剂残留于澄清液中，将这部分澄清液再次用于机制砂清洗时，会在机制砂中引入一定量的絮凝剂，将含有絮凝剂的机制砂用于混凝土生产时对混凝土性能可能产生较大影响。

施展等研究了PAM和HPMC两种絮凝组分对水下不分散混凝土抗分散性、流动性和抗压强度的影响，结果表明掺PAM和HPMC均能配制出符合标准要求的水下不分散混凝土，掺PAM的混凝土流动性损失大于掺HPMC，水/气抗压强度比低于掺HPMC的混凝土。

刘明乐等研究了不同品种絮凝剂对水下不分散混凝土性能的影响，研究结果表明聚丙烯酰胺类和絮凝型减水剂类絮凝剂不适宜作为水下不分散混凝土的絮凝剂，聚糖类絮凝剂具有较明显的优势。

冯伟康等通过对水泥净浆流动度、混凝土坍损与扩展度、混凝土7d、28d的强度试验，砂石絮凝剂在混凝土中运用，对混凝土质量还是有很大影响，很多企业利用提高减水剂掺量来控制，效果并不明显。

符惠玲等研究了砂石生产企业常用的絮凝剂，分子量为1200万的阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)用于机砂清洗及其在机砂中的残留量对混凝土性能的影响，另外对无机絮凝剂聚氯化铝(PAC)对混凝土的性能影响亦进行对比研究。

姚雪涛等对水洗砂中的水处理絮凝剂进行定性检测，并研究了不同掺量PAC（聚合AlCl₃）对混凝土拌合物性能的影响。结果表明，PAC对混凝土拌合物的工作性能有极大影响，但对混凝土抗压强度无明显影响。

1原材料与实验依据

1.1原材料

⑴水泥：福建建福P.O52.5R水泥(代号C)，比表面积为363m²/kg，凝结时间为初凝172min、终凝228min，水泥抗压强度为28天57.4MPa；

⑵矿粉：福建罗源闽光钢铁有限责任公司S95的矿粉（代号K），比表面积为410m²/kg，28d活性指数102%，烧失量0.38%；

⑶碎石：采用5～10mm和10～20mm两种连续粒级碎石，含泥量均为0.4%，针片状均为1%，各项指标均符合相关规范要求；

⑷细骨料：采用细度模数为2.7、压碎指标为14.2%、堆积密度为1.46kg/m³、含泥量0.4%、各项指标均符合相关规范要求的淡化砂；

⑸外加剂：科之杰新材料集团福建有限公司生产的高效减水剂（固含量为18%，减水率26%）；

⑹絮凝剂：本次测试所用絮凝剂样品一共8个，其中聚丙酰胺类4个、聚合氯化铝类2个、聚丙烯酸钠类2个，具体信息如表1～表3。

1.2实验依据

混凝土抗压强度测试实验，参照JGJ/T406-2017《预应力混凝土管桩技术标准》。

混凝土拌合物性能实验，参照GB8076-2008《混凝土外加剂》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。

2实验结果与分析

2.1概述

为研究絮凝剂残留对管桩蒸养蒸压强度的影响，本实验采用后加法进行洗砂，取某环保有限公司生产的机制砂作为空白样，该机制砂为管桩在用机制砂，未添加絮凝剂的纯水洗砂，细度2.7，累计筛余满足中砂Ⅱ区要求。把各絮凝剂按相应浓度配成洗砂水，取空白砂放入洗砂水中浸泡2小时后取出放细密纱布上沥水晾干，作为实验用砂，测试絮凝剂的残留对管桩强度的影响。目前福建地区管桩以C80为主，实验采用泵送管桩配比，混凝土状态根据要求控制，具体配合比如表4。

泵送管桩要求：初始坍落度（180±10）mm，倒塌时间控制＜60s，30分钟坍落度损失≤30mm。

由于本实验涉及强度研究，因此实验固定水胶比，通过掺量调整来控制初始坍落度范围。

2.2聚丙烯酰胺

2.2.1PAM1

通过市场调研，PAM1常规浓度0.3‰～0.5‰，为了研究PAM1对泵送管桩性能的影响，试验测试0、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰5个浓度的洗砂水所制砂的混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28d强度，数据如表5。

从表5可知，在管桩混凝土中引入PAM1后与基准样对比，达到相同初始坍落度，外加剂掺量会明显上升，30min损失呈现先增大后减小的趋势。随着PAM1浓度增加，管桩蒸养蒸压强度均呈下降趋势。根据28d强度结果分析，絮凝剂的掺入对混凝土本身强度影响较小。

2.2.2 PAM2

为了研究PAM2对混凝土性能的影响，试验测试0、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰5个浓度所制机制砂混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28d强度，数据见表6。

从表6可知，在管桩混凝土中引入PAM2后与基准样对比，混凝土状态与强度变化趋势基本与PAM1相同，且下降幅度更加明显。

2.2.3 PAM3

为了研究PAM3对混凝土性能的影响，试验测试0、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰5个浓度所制机制砂混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28d强度，数据见表7。

从表7可知，在管桩混凝土中引入PAM3后与基准样对比，混凝土状态变化趋势基本与PAM1相同，蒸养强度也与PAM1一样，随着浓度的提高呈下降趋势，但是蒸压强度浓度在0.7%以下时未出现下降，当浓度超过0.9‰时，出现轻微下降。

2.2.4 PAM4

试验测试0、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰5个浓度PAM4的泵送管桩混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28天强度，具体数据见表8。

从表8可知，在管桩混凝土中引入PAM4后与基准样对比，混凝土状态与空白样相比变化不大，泵送管桩蒸养强度与空白样相近，蒸压强度轻微降低。

2.2.5 小结

综上实验对比可知，随着聚丙烯酰胺类絮凝剂浓度的提高，外加剂掺量随之提高，蒸养强度均出现不同程度降低，PAM1、PAM2、PAM3混凝土损失会增大，蒸压强度会降低，而PAM4影响程度相对较小，较适合管桩生产。

2.3聚合氯化铝

2.3.1 PAC5

通过市场调研，聚合氯化铝常规浓1.5‰～5‰，为了研究PAC5对泵送管桩性能的影响，试验测试0、1.5‰、3‰、4.5‰、6‰5个浓度的混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28天强度，具体数据如表9。

从表9可知，在管桩混凝土中引入PAC5后与基准样对比，相同坍落度，外加剂掺量会明显上升，30min损失明显优于PAM系列絮凝剂。随着PAC5的掺入，管桩蒸养强度均呈下降趋势，但蒸压强度呈现先升高后降低的趋势，泵送管桩加入絮凝剂后蒸压强度均高于空白组。根据28d强度结果分析，聚合氯化铝类絮凝剂的掺入能显著提高混凝土本身强度。

2.3.2 PAC6

为了研究PAC6对泵送管桩性能的影响，试验测试0、1.5‰、3‰、4.5‰、6‰5个浓度的混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28天强度，具体数据如表10。

从表10可知，在管桩混凝土中加入PAC6后，混凝土状态与强度变化趋势与PAC5相同，但外加剂掺量明显低于PAC5,蒸养蒸压强度也略高于PAC5，28d强度均高于空白组。

2.3.3小结

综上实验对比可知，随着聚合氯化铝类絮凝剂浓度的提高，管桩蒸养强度会随之降低，而蒸压强度PAMC5降低，PAC6升高。根据28d强度结果，聚合氯化铝类絮凝剂会提高管桩本身强度。

2.4聚合硫酸铁

2.4.1 PFS7

通过市场调研，聚合硫酸铁常规浓度3‰～5‰，因此试验测试0、3‰、5‰、7‰、9‰5个浓度PFS7所制机制砂混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28天强度，具体数据如表11。

从表11可知，在管桩混凝土中引入PFS7后与基准样对比，相同坍落度下，外加剂掺量呈现先降低后增加趋势，30min损失与空白组相当。随着PFS7的浓度提高，管桩蒸养强度均呈下降趋势，但蒸压强度泵送管桩呈现先降低后升高趋势。根据28d强度结果分析，聚合硫酸铁类絮凝剂的掺入对混凝土本身强度无影响。

2.4.2 PFS8

为了研究PFS8对泵送管桩性能的影响，试验测试0、3‰、5‰、7‰、9‰5个浓度的混凝土的初始坍落度、扩展度和30min后损失后的坍落度、扩展度，以及对应的蒸养、蒸压和28d强度，具体数据如表12。

从表12可知，在管桩混凝土中引入PFS8，在浓度为5‰以下时，外加剂掺量变化不大，损失与空白组相当，蒸养强度也与空白组强度一致，当浓度超过7‰时，外加剂掺量明显提高，蒸养强度也下降明显。结果表明：聚合硫酸铁类絮凝剂对蒸压强度无影响，根据28d强度结果分析，聚合硫酸铁类絮凝剂的掺入对混凝土本身强度无影响。

2.4.3小结

随着聚合硫酸铁类絮凝剂浓度的提高，管桩蒸养强度会随之降低，而蒸压强度PFS7降低，PFS8会升高，聚合硫酸铁类絮凝剂的使用对管桩本身28d强度无影响。

3结论

⑴三类絮凝剂的使用，均会降低管桩混凝土的蒸养强度，而混凝土状态、外加剂掺量、蒸压强度和28天强度影响略有差异。

⑵不同厂家的聚丙烯酰胺类絮凝剂趋势较为一致，只是在影响程度上略有不同，随着絮凝剂用量的增加，外加剂掺量均提高明显，且混凝土的坍落度损失加快。随着絮凝剂掺量提高，管桩混凝土蒸养和蒸压强度均降低明显，1200万分子量与800万分子量相比蒸养和蒸压强度降低幅度更大。根据28天强度分析结果，聚丙烯酰胺类絮凝对混凝土本身强度影响较小。

⑶随着聚丙烯酰胺浓度的提高，管桩蒸养强度均呈下降趋势，但蒸压强度呈现先升高后降低的趋势，泵送管桩加入絮凝剂后蒸压强度均高于空白组。不同厂家聚合氯化铝影响趋势基本相同，只是影响程度略有不同。根据28天强度结果分析，聚合氯化铝类絮凝剂的掺入能显著提高混凝土本身强度。

⑷随着聚合硫酸铁类絮凝剂用量的增加，明显存在拐点，在一定浓度下，外加剂掺量、蒸养和蒸压强度变化不大，当掺量超过一定范围后，外加剂掺量和蒸养强度急剧下降，蒸压强度与空白组相比相差不大。根据28天强度结果分析，聚合硫酸铁类絮凝剂的掺入对混凝土本身强度无影响。

⑸通过同类絮凝剂对比，筛选出PAM4、PAC6和PFS8性能较优，适合管桩生产使用。（来源：《广东建材》2024.12）

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