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安博电竞中国官方网站下载地址 水洗机制砂中絮凝剂对混凝土性能的影响研究

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来源:安博电竞主页 作者:安博电竞注册

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产品介绍

  近年来,随着建筑业的高速发展,水洗机制砂因其表观洁净,细小灰尘少,观感性好,价格低廉等巨大优势而被大规模使用,是解决日益枯竭河河砂问题的新途径,越来越受到人们的关注。水洗机制砂行业也因此蓬勃发展。水洗机制砂生产过程中需要大量的清水进行清洗,为了节约宝贵水资源,会在清洗的过程加入适量的絮凝剂,这促使絮凝剂在水洗机制砂中的应用也得到了飞速的发展。絮凝剂通过其分子结构中带有的正(负)电性的基团和水中带有负(正)电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近,降低其电势,使其处于不稳定状态,并利用其聚合性质使得这些颗粒集中,并通过物理或者化学方法分离出来。然而,在清洗的过程中会有一定量的絮凝剂附着在机制砂表面,当水洗机制砂被用于生产混凝土时,其中含有的絮凝剂若达到一定的量,可能会对混凝土的和易性和强度造成较大的影响。水洗机制砂中含有的絮凝剂也给人们带来了新的挑战。

  BessaiesBeyH等研究了聚丙烯酰胺(PAM)对水溶液和新鲜水泥浆体的影响,探究了各种溶液中的溶液粘度和流体动力学半径,结果表明,钙离子导致阴离子PAM交联并形成PAM微凝胶,PAM对屈服应力的影响对剪切历史非常敏感,因为胶体结构似乎随着每个剪切或再混合循环逐渐失去重建能力。YaoH等[8]深入研究了不同分子量的阴离子聚丙烯酰胺对水泥早期性能的影响,包括水化、结构形成、凝结时间和早期强度发展,与水泥颗粒之间的相互作用,结果表明,阴离子聚丙烯酰胺产生的延迟和桥接效应共同影响水泥的早期性能,当阴离子聚丙烯酰胺用量低于饱和点时,其主要是桥接水泥颗粒并增加水泥颗粒之间的连接,这加速了水泥浆的结构堆积和凝固;当阴离子聚丙烯酰胺用量高于饱和点时,其主要作用是高度延缓水泥的水化和凝结,从而减缓结构的形成并降低早期强度。

  严至善等探究了机制砂中絮凝剂、泥粉、石粉对亚甲蓝测试值(MB值)的影响,结果表明,泥粉是影响MB值的主要因素,而石粉、残留的絮凝剂对MB值影响较小。然而,李敏得到了与之相反的结果,通过对机制砂的MB值进行测试,结果表明,随着絮凝剂浓度的增加,MB值出现先减小后增大的现象,絮凝剂影响MB值的真实性。吴井志等研究了不同离子类型和不同分子质量的聚丙烯酰胺絮凝剂对减水剂分散性的影响比较,结果显示,相同掺量条件下,阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂对减水剂分散性的影响高于阴离子型絮凝剂,而减水剂的分散性受非离子型絮凝剂影响最小。等研究了不同浓度絮凝剂对水泥净浆流动度和混凝土性能的影响,试验结果表明,絮凝剂溶液浓度超过0.05‰,净浆流动度1h损失比较明显,且对减水剂、工作性能和28d强度影响大;超过0.2‰时,28d强度降低明显;混凝土中絮凝剂浓度不超过0.03‰时,能够有效保证预拌混凝土质量。王国锋等提供了一种拌制混凝土中水洗机制砂残留絮凝剂的降解方法,通过在输送过程中使用低压汞灯对传送带上的机制砂进行照射,向搅拌机内加入2%~2.4%掺量的降解型聚羧酸减水剂并与硫酸锌复配湿拌混匀,得到絮凝剂含量较低的混凝土成品;然而,这种降解方法将会引入新的重金属,对环境安全带来不确定因素。不难发现,国内外学者对絮凝剂做了一系列探索,并取得硕硕果实,但对絮凝剂种类(离子类型、分子量)的影响研究相对较少,且不成体系。因而,进一步探究水洗机制砂中絮凝剂离子类型和分子量对混凝土性能的影响十分有必要。

  综上所述,絮凝剂残留是阻碍水洗机制砂在工程实践推广的重要因素,加大对水洗砂中絮凝剂探索势在必行。因此,本文选用不同种类(离子类型、分子量)和不同掺量的聚丙酰胺类絮凝剂进行模拟水洗砂中的残留絮凝剂对混凝土性能的影响,以建立絮凝剂种类和含量对混凝土初始扩展度/坍落度、1h经时损失扩展度/坍落度及抗压强度的影响。

  细砂(S1):细度模数1.4~1.8,含泥量3%;机制砂(S2):细度模数2.4~2.8,含泥量2%。

  小石(G1):粒径范围5~10mm,石粉含量1%;大石(G2):粒径范围5~31.5mm,石粉含量1%。

  本文选用水洗砂中最为常用的7种聚丙酰胺类絮凝剂(PAM)样品作为研究对象,具体见表2。絮凝剂掺量设置了5个水平,即15L混凝土分别掺加0g(作为基准对照组)、0.12g、0.24g、0.48g和0.72g絮凝剂。

  试验选用C30混凝土配合比,试验前,模拟实际生产,将絮凝剂与砂搅拌均匀再进行混凝土试验,试验用混凝土配合比见表3。

  抗压强度测试:本文采用150mm×150mm×150mm标准试模成型,在成型1d后拆模,然后放进标准养护室进行养护,养护至指定龄期取出测试,混凝土抗压强度测试方案参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。

  本部分研究了不同种类、不同浓度絮凝剂对混凝土坍落度和扩展度的影响,图1为不同种类絮凝剂和掺量对混凝土坍落度的影响,图2为不同种类絮凝剂和掺量对混凝土扩展度的影响。

  由图1可知,PAM1、PAM3、PAM6和PAM7絮凝剂对混凝土坍落度的影响较小,随着絮凝剂掺量的增加,1h坍落度损失率变动幅度偏于稳定,保坍效果良好。PAM4和PAM5絮凝剂掺量的变化对混凝土坍落度影响显著,在掺量低于0.24g/15L时,坍落度损失率均低于20%,但掺量达到0.48g/15L时,坍落度损失迅速增加。然而,分子量2500万的阴离子型絮凝剂PAM2对混凝土坍落度损失具有较大负面作用。

  由图2可知,PAM1和PAM3絮凝剂对混凝土扩展度的影响作用有限,PAM1在掺量低于0.72g/15L时,对降低1h扩展度损失率是有利的。PAM2、PAM4、PAM5、PAM6和PAM7絮凝剂对混凝土1h扩展度损失率的影响具有一致性,均是随着絮凝剂掺量的增加呈现出先增加后降低的趋势。与絮凝剂对坍落度影响规律具有一定的差异性。

  离子型絮凝剂具有众多电荷,通过异种电荷吸附作用使溶液中的带电荷物质聚集在一起,形成沉淀核,慢慢积累成大颗粒,沉淀作用大于物质间的电荷力时生成沉淀。随着水洗机制砂中离子型絮凝剂掺量增加,絮凝团受到电荷斥力影响将逐渐成为长絮状,促使混凝土粘稠度升高,这是影响混凝土和易性的重要原因。非离子型絮凝剂含有极性基团,能够与溶液中不溶解物质相吸附,通过自身分子链吸附大量细小物质形成较大颗粒,分子量越大,越有利于吸附形成絮团。

  由上发现,絮凝剂掺量、离子形态和分子量对混凝土的坍落度/扩展度影响具有差异性。7种聚丙酰胺类絮凝剂随着掺量的增加而使混凝土和易性有所降低,其中分子量高(≥2000万)的阴离子型、非离子型受掺量影响最为显著。然而,阳离子型絮凝剂却是低分子量(≤1000万)对性能影响更为严重。

  由图3、图4可知,(1)对于聚丙烯酰胺类1200万分子量阴离子型(PAM1)、1000万分子量非离子型(PAM3)及2000万分子量阳离子型(PAM6),随着絮凝剂用量逐渐增加,混凝土的3d和28d强度在试验掺量范围下围绕基准组上下波动。(2)可以通过提高配合比中外加剂掺量来消除此类絮凝剂对混凝土带来的不利影响,因此应控制外加剂掺量,以避免外界条件的影响。(3)对于聚丙烯酰胺类2500万分子量阴离子型(PAM2)、2000万分子量非离子型(PAM4)及1000万分子量阳离子型(PAM5)和两性聚丙烯酰胺类(PAM7),随着絮凝剂用量的增加,对混凝土抗压强度有降低的趋势。(4)PAM4、PAM5和PAM7组的3d强度均低于基准组,对混凝土3d力学性能发展不利;PAM1和PAM2组3d强度随着掺量的增加而递增,在掺量0.72g/15L时达到最高,分别增加3.1MPa、2.1MPa,而PAM3和PAM6组却随着掺量增加呈现先增后减的趋势,分别在0.48g/15L、0.12g/15L时达到最高。(5)PAM3、PAM4和PAM7对混凝土28d强度是不利的,分别降低了7.6MPa、6.8MPa、4.1MPa;絮凝剂PAM2、PAM5和PAM6对混凝土28d强度影响作用较小,各个掺量的强度均在基准组上下波动;PAM1对混凝土28d强度发展是有利的,掺量增加至0.72g/15L时,超出基准组5.4MPa。因此,低分子量阴离子型PAM1在适量掺量下不仅促进混凝土早期强度,也有利于混凝土后期强度发展。

  絮凝剂阻碍混凝土强度发展主要有两方面的因素。一方面,絮凝剂具有大量的亲水基团(酰胺基团),极易与水结合,进而减少水泥水化用水,促使部分水泥颗粒水化受阻;另一方面,絮凝剂能够与水泥基质中的Ca2+发生反应,包裹在水泥颗粒表面,降低溶液中的Ca2+浓度,减少C-S-H成核位点,BessaiesBeyH等和YaoH等也有类似的结论。孙增智等通过扫描电镜、差热分析、热重分析及红外光谱微观分析技术,发现絮凝剂能够与水泥基质中的Ca2+形成COO-Ca-OOC和HO-Ca-OOC,这种离子化合物能够作为Ca(OH)2的结晶核,无数的结晶点致使Ca(OH)2结晶细小且结晶度较差,但一定程度上能够填充内部的孔隙结构。荣辉[研究发现,PAM的掺加并不会改变混凝土的水化产物,而是生成一种粘稠状胶体包裹在水泥水化产物上,这阻碍了水泥水化进程,对强度发展具有负面影响。

  本文系统研究了不同种类及不同浓度聚丙酰胺类絮凝剂对混凝土的扩展度、坍落度、抗压强度的影响,可以得出以下结论:

  (1)不同种类、浓度的聚丙酰胺类絮凝剂对混凝土的扩展度、坍落度、抗压强度的影响具有差异性,并且混凝土的扩展度、坍落度的1h经时损失率随着絮凝剂浓度的增加而快速增加。

  (2)对比离子类型和分子量,阴离子型2500万分子量(PAM2)、非离子型2000万分子量(PAM4),以及阳离子型1000万分子量(PAM5)的聚丙酰胺类絮凝剂对混凝土的和易性和强度影响较大,应避免使用。

  (3)1200万分子量阴离子型絮凝剂(PAM1)和两性絮凝剂(PAM7)对混凝土和易性影响较小,并且前者能够促进强度增长,掺量为0.72g/15L时,3d、28d强度分别提高16%、15%。(来源:《混凝土世界》2023.02)返回搜狐,查看更多


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