说说含絮凝剂机制砂对混凝土的影响及对策

在机制砂生产过程中,为了净化洗砂水,加快洗砂水的循环利用,通常采用絮凝剂加速水净化。目前机制砂场常用的絮凝剂主要两大类,一类是聚合氯化铝,另一类是聚丙烯酰胺类。聚合氯化铝的絮凝效率较聚丙烯酰胺类低,在机制砂生产领域使用较少,而阳离子型聚丙烯酰胺具有水溶性好、絮凝效果优、用量少、处理成本低等优势,因此,机制砂生产厂家选用的絮凝剂一般为阳离子型聚丙烯酰胺。在水洗处理机制砂泥的过程中,含有絮凝剂的水会吸附在机制砂中,机制砂含水率越高,其含有的絮凝剂残余成分也越多。机制砂中残留的絮凝剂(聚丙烯酰胺)具有增稠保水作用,在拌制混凝土时,会提高混凝土拌合物的黏度,使拌合物流动性变差,且分子量越大,增稠效果越明显,混凝土拌合物的流动性越小。机制砂生产厂家只关注对清水的处理效果,并不关注机制砂中的絮凝剂对混凝土性能的影响。

混凝土技术人员对机制砂中的絮凝剂往往是比较头疼的。一方面,混凝土原材料砂的供应商一般有几个,很难发现那种机制砂含有絮凝剂,那种砂不含有。另一方面,即使弄清楚那种机制砂含有絮凝剂也很难确定含有絮凝剂的多少,且絮凝剂的含量也是变化的。对于含有絮凝剂的机制砂的检测方法也没有规范,有时只能定性很难定量。常见的方法:取砂样300g,放入透明瓶子中,再放入700g左右水,充分搅动,观察水与泥混合液澄清时间,若20秒内澄清,则含有较多的絮凝剂残留,会对混凝土性能产生影响。若1min后澄清则不含有絮凝剂。此外,絮凝剂通过高分子水解使颗粒物质团聚下沉,絮凝剂可使砂样中的微细粉体产生一定的絮凝结构,该结构为物理层面的颗粒团聚,而并未改变微细粉体的化学属性。因此,添加絮凝剂后的砂样对亚甲蓝的吸附作用并未增强,用机制砂的MB值无法反映絮凝剂含量的多少。

含有絮凝剂残留的机制砂对混凝土性能影响很大:(1)聚丙烯酰胺≥0.1‰(按砂质量计算)混凝土初始流动度和1h流动度均比基准混凝土小。随着PAM 浓度不断增大,初始流动度逐渐减小,1h流动度损失也逐渐增大;当浓度为0.8‰时,混凝土已表现为“黏性大、无流动”,无法施工。2)聚丙烯酰胺 浓度达到0.3‰时,混凝土初始和易性已表现为“和易性尚可,略黏”,1h坍落度已接近基准混凝土配合比设计下线,此时尚可满足设计需要。(3)聚丙烯酰胺浓度≥ 0.5‰时,与基准混凝土相比,初始状态严重下降,1h后混凝土已无流动性,无法达到设计要求。此外,外加剂掺量不变的情况下,当PAM 浓度>0.5‰时,随着聚丙烯酰胺浓度增大,混凝土强度降低越明显。通过增加外加剂掺量提高混凝土的各方面性能,使混凝土强度有所提高,但0.8‰浓度的28d强度仍无法满足配制需要,目前,混凝土技术人员再生产中克服机制砂絮凝剂通常采用,增加外加剂用量来改善坍落度损失和流动性,往往造成外加剂用量需要提高很多,甚至加倍,且对混凝土的强度也有一定影响。聚丙烯酰胺具有较强的增稠保水作用,增加外加剂虽然释放了部分自由水,短时间内达到初始性能的要求,但是增加的外加剂和释放部分自由水随着时间的推移会被絮凝剂锁住,使料黏性增大,表现为坍损过快,导致混凝土处于不稳定状态,对混凝土工作性能造成不良影响。

因此,要根治机制砂中絮凝剂残留对混凝土性能的不利影响,还应该从以下三个方面下手,也许可以找到解决问题的办法。

)复合絮凝剂

絮凝剂的分子量过高造成混凝土拌合物流动性变差,粘聚性增加。可以考虑在复合絮凝剂中添加分散剂、降粘剂、缓凝剂等组分,改善絮凝剂对混凝土拌合物的不利影响,且其机制砂絮凝效果不会降低。复合絮凝剂中:絮凝剂组分为阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺其中的一种或者几种组合;助凝剂为聚合氯化铝和聚合硫酸铁其中的一种或者量两种混合;分散剂为甘油、二乙醇胺、十二烷基硫酸钠和十二烷基磺酸钠其中的一种或者量几种混合;降粘剂为乙二醇和二甲苯磺酸钠其中的一种或者量两种混合;缓凝组分为糖蜜、糖和葡萄糖酸钠其中的一种或者量几种混合。复合絮凝剂比例为絮凝组分0 .05~0 .16%,助凝剂0 .5~2%,分散剂1~16%,降粘剂1~6%,缓凝组分15~19%,余量为水,总量100%;所述百分比均为质量百分比。

)抗絮凝型减水剂

利用合成技术生产抗絮凝剂型聚羧酸减水剂,解决常规聚羧酸减水剂在机制砂中絮凝剂残留量较高时,混凝土料粘性会加大,降低混凝土流动性,加快混凝土的坍落度损失,且减水剂掺量则需要提高很多、甚至加倍等问题。例如,舒学军等发明了抗絮凝剂型聚羧酸减水剂具体做法如下:

1)将335份二乙二醇单乙烯基聚氧乙烯基醚大单体、3 .2份32%氢氧化钠溶液和280份去离子水加入到反应釜中,搅拌,直至溶解至无明显块状或片状溶液;

2)测定反应釜内温度,控制初始温度21℃,一次性投入3 .4份过氧化氢和0 .009份醋酸铑(II)二聚体;

3)5min后,开始滴加由0 .7份2羟基2亚磺酸基乙酸二钠盐、1 .6份2巯基乙醇和136份去离子水组成溶液A,滴加时间为1 .25h;

4)再过2min后,开始滴加由16份丙烯酸、32份甲基丙烯酰氧乙基吡咯烷酮、7 .2份丙烯酸三氟乙酯、0 .6份二丙二醇二丙烯酸酯和45份去离子水配置而成的滴加溶液B,滴加时间为0 .85h;

5)滴加结束后,继续保温反应1 .25h,加入15份32%氢氧化钠溶液,补水至1000份,停止搅拌,即得成品母液

(三)降解机制砂中的絮凝剂

虽然采用增加外加剂的手段可以改善含絮凝剂机制砂造成的混凝土拌合物粘度过大、流动性差等问题,但是机制砂突然不含有絮凝剂时也会造成新拌混凝土或砂浆包裹性变差,有泌水离析的风险,影响混凝土或砂浆的质量稳定。使用某种化学物质将机制砂中的絮凝剂降解掉,所添加的物质又不影响混凝土的性能,如果能实现不失是一种好的办法。蒋凌飞等使用含氯无机化合物和含溴无机化合物中的一种或多种,通过霍夫曼降解反应把聚丙烯酰胺类絮凝剂里的丙烯酰胺单元降解为少一个碳原子的乙烯胺,而乙烯胺的聚合物不会对新拌混凝土或砂浆的工作性产生明显的负面作用。这种降解剂包括次氯酸钠、次氯酸、氯气、溴素、次溴酸、次溴酸钠中的一种或多种。加入的氯和溴的化合物会增加混凝土或砂浆里氯或溴的含量,而过量的氯和溴离子对钢筋混凝土里的钢筋可能会造成生锈的风险。在GB501642011《混凝土质量控制标准》里规定用于钢筋混凝土和预应力混凝土用砂的氯离子分别不应大于0 .06%和0 .02%。一般机制砂里絮凝剂的残留量低于0 .01%,一摩尔丙烯酰胺(分子量71)与一摩尔氯(35 .5)反应则需要的氯为残留絮凝剂质量的一半,所以加入含氯或溴的降解剂引入到砂浆或混凝土里的卤素离子是达不到GB501642011规定砂里含氯离子的限制,因而是安全的,而且从降低絮凝剂对新拌混凝土或砂浆的工作性负面作用来看,也无需把所有的酰胺结构转化成乙烯胺,转化大部分既能显著削弱絮凝剂的负面影响。

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