混凝土企業(yè)回收廢水在混凝土中的最佳用量

吳建康 張志權

[摘要]本文主要介紹混凝土企業(yè)生產過程中的各種廢水在商品混凝土中的應用，根據沉淀回收廢水在混凝土中不同摻量進行試配、檢測，對混凝土的拌合物性能、強度、實體回彈、碳化、抗凍、電通量等性能進行試驗研究，確定回收廢水在商品混凝土中的最佳摻量。同時介紹回收廢水在實際使用過程應注意的問題。

[關建詞] 混凝土回收廢水摻量性能耐久性

眾所周知，水是生命之源，是人類文明的基礎，隨著城市、建筑業(yè)、工業(yè)等諸多方面的快速發(fā)展，導致水資源受到了嚴重的威脅，如工廠的廢水排放污染了河水、人類對自然湖泊的回填等等。建筑行業(yè)中商品混凝土的發(fā)展過程中也產生了大量的工業(yè)廢水，有的企業(yè)將清洗攪拌樓、攪拌車、場地的污水直接排放到河流中，也有的只是經過簡單的污水沉淀，這樣就導致附近的河水污染嚴重。隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，混凝土拌合用水的用量也是非常驚人的，據統(tǒng)計每年全世界的耗用量接近10億立方的河水或飲用水。在這個人類嚴重缺少飲用水的年代，全球都提出要”節(jié)約用水”、”珍惜水資源”，所以如何將混凝土生產過程中的各種廢水能夠回收利用，是各國提出的“新課題”、“新法規(guī)”。根據2011年6月1日實施的江蘇省《預拌混凝土綠色生產管理規(guī)程》中5.3.1的要求，明確要求生產企業(yè)廠區(qū)需設置多級廢水沉淀池及其他措施將各類污水與沉淀池連接，并且要求對經過沉淀的廢水進行合理利用，這樣就提出了每個生產企業(yè)需充分考慮混凝土回收廢水的再利用，并在實際中合理科學考慮使用量與成本。

蘇州市場大市范圍內的近100家混凝土企業(yè)，能夠通過“江蘇省綠色混凝土”的目前還沒有50%，雖然部分混凝土公司通過綠色混凝土的考評，并將循環(huán)回收廢水用于混凝土的生產中，但每個企業(yè)對廢水利用量的多少、對混凝土拌合物的性能、強度及耐久性的影響都沒能夠進行統(tǒng)一試驗檢測評價。也有許多混凝土公司將回收廢水送我蘇州市建設工程質量檢測中心進行混凝土拌合水性能檢測，但對用廢水生產的混凝土性能檢測的基本沒有。雖然有部分混凝土企業(yè)能夠將部分回收廢水進行生產使用，但有些企業(yè)是經過認真試配后使用、有些企業(yè)就是簡單隨便代替河水直接生產、有些企業(yè)將沒經過多級沉淀的廢水直接使用，沒有具體摻量規(guī)定，這樣容易導致混凝土生產異常和質量事故。其中也有些企業(yè)因隨便摻用回收廢水導致量混凝土質量問題，如混凝土拌合用水量增加、混凝土強度異常、混凝土長時間不凝結等等現(xiàn)象。

我蘇州市建設工程質量檢測中心與蘇州愛德混凝土公司（已經通過綠色混凝土標準要求，生產廢水按照標準進行三級沉淀，滿足回收廢水再利用的要求）進行聯(lián)合研究，將混凝土回收廢水按照不同摻量進行混凝土試配、檢測，對混凝土的拌合物坍落度、強度、實體回彈、碳化、抗凍、電通量等性能進行試驗研究，現(xiàn)將研究試配情況總結如下幾點：

1、選用原材料的情況

1.1試驗用水泥（根據JGJ 55《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中7.3.1 2規(guī)定膠凝材料水泥需用質量穩(wěn)定、強度等級不低于42.5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥），為了滿足混凝土性能，確定選擇常州盤固水泥廠P.O 42.5級硅酸鹽水泥，其性能見表1，樣品見圖1。

表1 P.O 42.5盤固水泥主要物理性能

序號 1 2 3 4 5 6

檢測項目 比表面積（m2/kg） 標準稠度用水量（%） 安定性

（mm） 凝結時間（min） 3d強度（MPa） 28d強度（MPa）

初凝 終

凝 抗折 抗壓 抗折 抗壓

標準值 ≥300 ------ ≤5.0 ≥45 ≤600 ≥3.5 ≥17.0 ≥6.5 ≥42.5

實測值 345 27.4 1.5 150 200 5.5 26.7 8.1 48.2

圖 1 P.O 42.5盤固水泥圖 2蘇鋼礦粉S95級

1.2試驗用礦粉確定選擇蘇鋼礦粉S95級，其性能見表2，

表2 S95蘇鋼礦粉主要性能

序號 1 2 3 4 5

檢測項目 比表面積（m2/kg） 燒失量（%） 含水量（%） 流動度比（%） 活性指數(shù)（%）

7d 28d

標準值 ≥400 ≤3.0 ≤1.0 ≥95 ≥75 ≥95

實測值 482 0.2 0.1 100 78 97

1.3試驗用粉煤灰確定選擇常熟熱電廠，Ⅱ級粉煤灰，其性能見表3，樣品見圖3。

表3 Ⅱ級粉煤灰主要性能

序號 1 2 3 4 5 6 7

檢測項目 細度（%） 需水量比（%） 含水量（%） 燒失量（%） 三氧化硫（%） 游離氧化鈣（%） 活性指數(shù)

7d 28d

標準值 ≤25.0 ≤105 ≤1.0 ≤8.0 ≤3.0 ≤1.0 ≥70 ≥78

實測值 6.5 96 0.2 1.32 0.57 0.19 73 81

圖3粉煤灰Ⅱ級圖4人工碎石 5- 31.5mm

1.4試驗用粗骨料---人工碎石（根據JGJ 52 《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中7.3.1 2規(guī)定對強度等級高于C30級的混凝土，其粗骨料的最大粒徑不應大于25mm；針片狀顆粒含量不宜大于5.0%，含泥量不應大于0.5%，泥塊含量不宜大于0.2%），確定用浙江湖州碎石，其性能見表4，樣品見圖4。

表4 碎石主要性能

序號 1 2 3 4 6

檢測項目 泥含量（%） 泥塊含量（%） 針片狀含量（%） 壓碎值（%） 級配

標準值 ≤0.5 ≤0.2 ≤5.0 ≤12 所檢碎石的級配符合5-31.5連續(xù)級配，其他性能符合配制C30混凝土要求。

實測值 0.5 0.2 5.0 6.8

圖5天然河砂圖6 減水劑

1.5試驗用細骨料---天然江砂（根據JGJ 52 《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中7.3.1 3規(guī)定對強度等級高于C60級的混凝土，其細骨料的細度模數(shù)宜大于2.6，泥含量不應大于2.0%，泥塊含量不應大于0.5%等），確定用天然贛江砂，其性能見表5，樣品見圖5。

表5河砂主要性能

序號 1 2 3

檢測項目 泥含量（%） 泥塊含量（%） 顆粒級配區(qū)

標準值 ≤2.0 ≤0.5 細度模數(shù)2.8，級配區(qū)Ⅱ區(qū)

實測值 0.6 0.2

1.6試驗用減水劑確定用浙江五龍萘系減水劑ZWL-A-Ⅲ，其性能見表6，樣品見圖6。

表6 減水劑主要性能

序號 1 2 3 4

檢測項目 密度（g/m3） 固含量（%） pH值 砂漿減水率（%）

標準值 1.14±0.02 15±3.0 6-12 ≥16.0

實測值 1.136 14.1 10.2 16

1.7試驗用拌合水----直接用自來水和回收廢水，能滿足試驗用水，自來水性能及回收廢水性能如下檢測表7，其性能指標完全符合JGJ63-2000《混凝土拌合用水標準》要求。樣品見圖7

圖7 回收廢水和自來水

表7自來水及回收廢水主要性能

序號 1 2 3 4 5 6 7

檢測項目 可溶物（mg/L） 不溶物（mg/L） 硫酸鹽含量（mg/L） PH值 凝結時間（初凝）差（min） 凝結時間（終凝）差（min） 抗壓強度比

7d 28d

拌合水 標準值 ≤2000 ≤2000 ≤600 ≥5.0 ≤30 ≤30 ≥90 ≥90

自來水 實測值 237 42 42 7.0 4 3 102 101

回收廢水 實測值 912 348 82 12 18 22 94 96

2、混凝土配比試配及各性能檢測過程

2.1混凝土試驗配比的選擇

2.1.1根據JGJ 55《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中第7章的規(guī)定，根據回收廢水在混凝土實際使用情況，我們選擇一個普通等級C30配合比，按照廢水不同摻量的混凝土配合比進行試驗，最終確定表8配合比來進行試配對混凝土各性能進行檢測。

表8試驗配合比表

編號 水泥（kg） 礦粉（kg） 粉煤灰（kg） 中砂（kg） 碎石（kg） 自來水（kg） 廢水

（kg） 外加劑（kg） 廢水摻量（%）

1 244 69 52 784 1040 176 0 4.83 0

2 244 69 52 784 1040 158.4 17.6 4.83 10

3 244 69 52 784 1040 140.8 35.2 4.83 20

4 244 69 52 784 1040 123.2 52.8 4.83 30

5 244 69 52 784 1040 105.6 70.4 4.83 40

6 244 69 52 784 1040 88 88 4.83 50

7 244 69 52 784 1040 70.4 105.6 4.83 60

8 244 69 52 784 1040 52.8 123.2 4.83 70

9 244 69 52 784 1040 35.2 140.8 4.83 80

10 244 69 52 784 1040 17.6 158.4 4.83 90

11 244 69 52 784 1040 0 176 4.83 100

備注 根據混凝土拌合用水中將回收廢水從0%到100%的摻量，10%量為一個等級遞增進行摻配試驗，保持其他材料用量不變。

2.2根據標準GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》、GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的試驗方法及要求，對表8中的各配合比進行試驗，試驗結果見表9，拌合物樣品如圖8、9、10、11、12、13、14、15、16。

表9各配合比性能檢測結果

編號 坍落度（%） 3天強度（MPa） 7天強度（MPa） 28天標養(yǎng)強度（MPa） 標養(yǎng)回彈強度（MPa） 碳化深度（mm） 28天自養(yǎng)強度（MPa） 自養(yǎng)回彈強度（MPa） 碳化深度（mm）

電通量（C）

抗凍強度損失（%）

1 210 17.3 28.1 42.4 32.2 0.0 42.1 29.2 0.4 1057 4.8

2 210 18.5 29.6 43.5 28.6 0.0 43.0 34.8 0.3 1042 4.6

3 195 19.6 30.8 47.1 29.5 0.0 43.5 35.2 0.2 1012 4.7

4 190 21.1 31.4 44.2 30.6 0.0 47.4 35.3 0.1 892 4.2

5 180 22.0 32.0 42.8 32.2 0.0 48.2 33.4 0.1 824 3.5

6 180 21.8 32.3 48.4 35.7 0.0 51.0 33.0 0.1 851 3.1

7 170 18.2 27.2 39.5 33.2 0.0 42.5 32.5 0.1 892 3.8

8 170 15.4 24.6 36.2 31.2 0.0 41.2 30.2 0.1 912 4.7

9 160 13.5 23.0 38.6 30.9 0.0 42.7 29.9 0.1 927 4.4

10 160 14.2 23.8 36.9 29.5 0.0 41.9 30.2 0.1 985 5.4

11 150 15.3 22.3 37.4 28.4 0.0 38.2 31.5 0.1 1014 5.6

圖8 拌合物狀態(tài)圖9 拌合物坍落度

圖10 混凝土試件成型圖11 混凝土電通量試件成型

圖12 混凝土電通量試驗圖13 混凝土電通量試驗數(shù)據

圖14 混凝土坍落度及各齡期強度圖

圖15混凝土硬化后各回彈及碳化圖

圖16混凝土耐久性對比圖

3、檢測結果分析

根據上述試驗情況及結果對比可以確定混凝土生產回收廢水經過三級處理，完全可以配制普通強度等級的混凝土，尤其在摻量為50%左右時對混凝土拌合性能、強度及耐久性影響不大，而且在強度、耐久性方面還有較積極的影響，具體試配檢測結果分析如下：

3.1可以看出從回收廢水摻量從0%到100%時，用普通C30強度等級配合比能夠配制出較好的混凝土，但隨著回收廢水的摻量的增加，但混凝土的拌合物的坍落度變小，尤其回收廢水摻量超過50%時，坍落度減少了40mm。這就看出了混凝土回收水中的不溶物、其他雜質含量對混凝土拌合物的影響存在，這就需要在配制混凝土配合比時考慮到回收廢水對拌合物的影響，需增加用水量或調整外加劑，保證配合比的坍落度滿足設計生產要求。

3.2混凝土強度都能夠配制出滿足C30的混凝土，但純自來水的強度與實際生產試配強度較相似，隨著回收廢水的用量增加到50%時，混凝土強度也有所增長，可能有回收廢水中的不溶物中的Ca（OH）2與新拌水泥混凝土反應更充分，生產更多的硅酸鈣，對強度的增加有利。但隨著回收廢水摻量比例從50%到100%的逐步增加，導致混凝土試配強度由高往低減少，可能回收廢水中的雜質及油污等有害物質對混凝土強度的增長產生不利影響。出現(xiàn)混凝土的配制富余不夠，或是混凝土強度達不到設計等級的要求，不能滿足混凝土的生產。故根據圖14 混凝土坍落度及各齡期強度圖可以看出編號6（摻量50%）的配合比強度和坍落度性能最優(yōu)。

3.3混凝土回彈及碳化值試驗可以看出，一般混凝土在標準養(yǎng)護條件下，碳化值都為0，主要是因為混凝土試件在混凝土養(yǎng)護室中的標準養(yǎng)護環(huán)境下，與養(yǎng)護水份完全接觸，表面形成致密水膜，保護混凝土與大氣接觸不強烈，再因養(yǎng)護室總的二氧化碳比較稀少。自然養(yǎng)護的混凝土碳化值為回收廢水摻量30%前比較明顯，回收廢水摻量超過30%后到100%時，碳化值基本一致，主要原因摻加回收廢水制作的混凝土形成了更為致密的硅酸鈣水泥石，空氣中的二氧化碳不容易侵蝕，所以碳化深度較小。從回彈強度來看，養(yǎng)護試件的回彈值為回收廢水摻量50%時最高，但自然養(yǎng)護的試件的回彈值為回收廢水摻量30%時最高，但自然養(yǎng)護從回收廢水摻量20%到60%時的回彈值變化不大，說明回收廢水摻量在20%到60%之間都能夠滿足實體檢測強度。

3.4混凝土耐久性試驗可以看出，回收廢水摻量在40%-50%時，電通量值最小即耐久性性能最優(yōu)，電通量值都能滿足100年混凝土耐久性要求；從混凝土抗凍檢測指標中得出其回收廢水摻量在40%-60%之間時，混凝土的抗壓強度損失率最小。所以，可以確定回收廢水摻量控制在40%-60%之間時不影響其抗壓強度、抗凍后抗壓強度損失率、抗?jié)B及電通量性能完全可以滿足試配強度等級要求。

3.5從混凝土成本角度看，每方混凝土用水量為180公斤/立方左右，如果回收廢水摻量在50%，就可以節(jié)約90公斤/立方用水，這樣一年按照60萬方生產量計算，可以節(jié)約用水為5.4萬噸水，工業(yè)水價格3.3元/噸，節(jié)約費用17.82萬元，雖然節(jié)約費用成本不是非常高，但按照2011年6月1日實施的江蘇省《預拌混凝土綠色生產管理規(guī)程》中5.3.1的要求，明確要求生產企業(yè)廠區(qū)需設置多級廢水沉淀池及其他措施將各類污水與沉淀池連接，并且要求對經過沉淀的廢水進行合理利用，否則可能要進行環(huán)保處罰。使用混凝土回收站，實現(xiàn)混凝土生產廢水的零排放，不會再產生環(huán)保處罰罰款。廢水回收再利用可以滿足生產也能減排節(jié)能，滿足綠色混凝土生產要求，同時也有一定的經濟效益。

4、總結

4.1、根據本次的回收廢水試配情況，可以確定混凝土生產回收廢水完全能夠配制出符合耐久性要求的混凝土，尤其在回收廢水摻量控制在40%-50%之間時，配制的混凝土配合比的坍落度、強度、回彈、碳化值、電通量、抗凍等性能綜合指標均能滿足設計要求；綜上配比各試驗參數(shù)評估，可以確定經過三級沉淀后的廢水經回收后，其摻量與自來水的比例控制在1：1的范圍內完全可以滿足設計配合比各參數(shù)指標要求。對實際生產有一定的參考價值。

4.2、從試配試驗結果可以得出，摻回收廢水后，受廢水影響反應較明顯的是混凝土坍落度，主要是因廢水中含有大量的不溶物及其他雜質含量，導致拌合水比重提高，從而降低了混凝土拌合物稠度；所以對回收廢水的沉底級別、廢水本身的質量等等因素都需要通過進一步試驗確定和通過試配確定。在實際施工過程中，需要根據混凝土拌合物狀態(tài)，在保證其強度結構的同時，確保施工順利的情況下，可以通過增加或減少外加劑摻量等措施來滿足生產

4.3、本次試配的混凝土原材料利用了粉煤灰、礦粉雙摻量的配合比，這樣充分將回收廢水中的有效成分的Ca（OH）與SIO2結合生產更多的硅酸鈣石，提高混凝土的強度及耐久性，同時混凝土拌合物的優(yōu)越性也能增加，滿足廢水代替50%自來水進行混凝土生產，保證施工性能及混凝土質量。

4.4、本次試配的混凝土回收廢水是從三級沉淀池中隨機取出，保證水質狀態(tài)、成分具有代表性，這就要求生產企業(yè)的廢水回收沉淀池要保證在使用過程中一直能夠在攪拌狀態(tài)，保證廢水不能沉淀，保證廢水的質量恒定。這樣才能在混凝土生產過程中能夠保證混凝土生產用水使用順暢，保證混凝土的質量。

4.5、本次試驗僅以普通C30等級配合比為例，進行回收廢水混凝土試配，不能完全代表所有不同等級的混凝土配合比綜合性能，這次試配及論據僅作為混凝土企業(yè)同仁在廢水利用方面一點參考，具體廢水摻量、混凝土拌合物、硬化強度、耐久性方面還是要各生產企業(yè)自行按照本單位的生產情況進行試配、試生產，總結更多的經驗數(shù)據，同時要考慮實際生產中的不利因素，保證混凝土的質量。

說明：文中所指可回收利用的廢水僅指混凝土拌合樓（站）、骨料堆場、混凝土回收設備及車輛清洗所產生的污水，不包含廠內機械設備、生活區(qū)污水及其他含油漬或泥污等工業(yè)廢水。

參考標準：

1、JGJ 52 《普通混凝土配合比設計規(guī)程》

2、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》

3、GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》

4、GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》