廢水廢漿回收利用對混凝土性能的影響

梅 超 郭 偉 李志堅

（1珠海澳砼商品混凝土有限公司；2珠海春禾新材料研究院有限公司）

0 引言

隨著我國基建工程不斷地開工建設(shè)帶動了商品混凝土行業(yè)的發(fā)展，自動化程度高、集中攪拌生產(chǎn)商品混凝土的攪拌站，在保證了混凝土質(zhì)量的前提下極大地提高了生產(chǎn)效率，因此得以迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于一些混凝土工程量大、工期長、工地集中的大、中型水利、電力、橋梁等工程中[1]。

混凝土攪拌站保證了工程建設(shè)正常推進(jìn)的同時，在混凝土的生產(chǎn)以及清洗泵送設(shè)備和場地的過程中也產(chǎn)生了大量的廢水廢漿。這些廢水廢漿中主要包含有水、未水化的水泥顆粒、殘留的礦物摻合料和外加劑等，呈堿性，其PH可達(dá)12以上。如果對這些廢料廢水不加以處理直接排放，不僅會對排污系統(tǒng)造成堵塞，還會對周邊土壤和水質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。據(jù)行業(yè)內(nèi)相關(guān)人員統(tǒng)計，混凝土攪拌站每生產(chǎn)1m3混凝土的同時大約會產(chǎn)生40㎏的廢渣和0.1m3的廢水廢漿。而隨著國民環(huán)保意識的增強(qiáng)和我國環(huán)保壓力的增加，在混凝土的生產(chǎn)過程中實行清潔生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)變得越來越重要。在保證混凝土施工質(zhì)量要求的前提下，攪拌站如果能對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水廢漿進(jìn)行技術(shù)處理后循環(huán)利用，不僅能有效地減少廢棄物的排放，降低對周圍環(huán)境污染，還能減少廢料對場地的占用，降低生產(chǎn)成本，具有很高的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)價值[2]。因此，越來越多的混凝土生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員開始重視對混凝土攪拌站廢水廢漿的回收利用，并開展了相關(guān)的實驗研究。

1 廢水廢漿對混凝土性能的影響

1.1 對水泥膠砂性能的影響

施展[3]等通過對攪拌站廢漿進(jìn)行成份與形貌分析，研究了不同廢漿摻量對凈漿流動性和經(jīng)時損失的影響后發(fā)現(xiàn)，隨著廢漿摻量的增加，水泥凈漿的流動性下降，經(jīng)時損失增大，其中當(dāng)廢水固含量在4%以下時，水泥凈漿的1h經(jīng)時損失小于20mm，當(dāng)廢水固含量超過4%之后，會使水泥凈漿的1h經(jīng)時損失顯著增大，達(dá)55～95mm，而向水泥凈漿中摻入保坍劑后也不能完全緩解經(jīng)時損失。馬新偉[4]等通過實驗研究了不同摻量以及不同齡期的廢漿對水泥膠砂試樣3天和28天強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：不同齡期和不同摻量的廢漿均能不同程度地提高水泥膠砂的3天抗壓強(qiáng)度，但是對水泥膠砂的28天抗壓強(qiáng)度影響卻不明顯，其中當(dāng)廢漿齡期為12小時，摻量為6%時，水泥膠砂的3天和28天強(qiáng)度最高，效果最好。白延平[5]等分別將廢水泥漿澄清液、水泥漿體以及干燥后的廢漿粉體摻入到水泥膠砂中，研究了對水泥膠砂流動度以及抗壓強(qiáng)度的影響。通過與基準(zhǔn)膠砂組做對比后發(fā)現(xiàn)：摻入了廢水泥漿澄清液和水泥漿體的膠砂試樣，其流動度與基準(zhǔn)組相比會增大，但其28天和56天抗壓強(qiáng)度均無明顯變化；而采用廢漿粉末取代水泥后會導(dǎo)致膠砂的流動度和抗壓強(qiáng)度均大幅下降，其中當(dāng)廢漿粉末的摻量為30%時，水泥膠砂的28天活性指數(shù)最低只有24.6%。

廢水泥漿影響水泥膠砂性能的原因主要是由于廢漿干燥后的粉體中，主要是已經(jīng)水化的水泥產(chǎn)物和細(xì)集料，而干燥后的這些粉末顆粒表面孔隙多、自身的含泥量和燒失量大，在制備水泥膠砂時會吸附更多的水，從而使水泥膠砂的流動度明顯降低。而廢水泥漿會對水泥膠砂試樣早期強(qiáng)度的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用是因為：混凝土中水泥的水化過程本身就比較漫長，齡期較短的廢水廢漿在放置時已經(jīng)水化生成了一部分水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物在一定程度上能促進(jìn)水泥的進(jìn)一步水化，加快混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，同時在一定時間內(nèi)這些廢水廢漿仍然具備繼續(xù)水化的潛力。

1.2 對混凝土工作性能的影響

劉志杰[6]等將攪拌站的廢水與飲用水混合后制備出了C20、C30、C40三種不同強(qiáng)度的混凝土，并研究了廢水摻量對混凝土工作性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：為了保證混凝土良好的工作性能，C20、C30、C40混凝土中廢水的最大摻量分別為60%、40%和20%。當(dāng)廢水的摻量在不同強(qiáng)度等級的混凝土中超過了上述最大值時，摻量越大，混凝土的塌落度和流動性降低得也就越快。張廣勇[7]等將廢水泥漿中的沉淀物烘干后制備出了不同強(qiáng)度等級的混凝土，研究發(fā)現(xiàn)在中低強(qiáng)度等級混凝（C30、C40）中，當(dāng)烘干后的沉淀粉料摻量不超過12%時，混凝土仍具備良好的工作性能和力學(xué)性能，能夠滿足工地施工質(zhì)量的要求。彭孟啟[8]等通過與清水作對比，研究了攪拌站廢水廢漿的澄清液對不同強(qiáng)度等級混凝土的初始坍落度、擴(kuò)展度、1小時坍損、1小時后擴(kuò)展度的影響。結(jié)果表明加入廢水廢漿的澄清液后，不同強(qiáng)度等級混凝土的初始坍落度和初始擴(kuò)展度基本沒有變化，同時存放了一定時間的廢漿澄清液還能改善混凝土的1小時坍損。

廢水廢漿對混凝土工作性能產(chǎn)生影響的主要原因是普通硅酸鹽水泥在水化過程中，水泥熟料中的礦物硅酸三鈣和硅酸二鈣與混凝土中的自由水結(jié)合會產(chǎn)生氫氧化鈣使環(huán)境呈堿性，而攪拌站的廢水澄清液本身為含有大量氫氧根離子的堿性溶液，將廢漿澄清液用于制備混凝土?xí)r，會抑制水泥熟料中硅酸三鈣和硅酸二鈣與自由水的結(jié)合，使混凝土中自由水的消耗相對減少，從而表現(xiàn)為混凝土的坍損減小。

1.3 對混凝土力學(xué)性能的影響

殷學(xué)宇[9]等利用含固量為8%的廢漿水分別取代30%、40%、50%、100%的清水制備了C25、C30、C35不同強(qiáng)度等級的混凝土，通過對比試樣的7天和28天抗壓強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，相同強(qiáng)度等級的混凝土，摻入廢漿水后能在一定程度上提升混凝土的7天和28天抗壓強(qiáng)度。曲新業(yè)[10]等利用含固量為14.5%的廢漿分別以內(nèi)摻法代替水研究了廢漿的摻量對C30混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)廢漿的摻量在0～30%的范圍內(nèi)時，C30混凝土的強(qiáng)度隨著廢漿摻量的提高而增加，而當(dāng)廢漿摻量超過30%時，C30混凝土的強(qiáng)度會隨著摻量的增加而減小。楊欣華[11]等選用不同攪拌站的廢水廢漿進(jìn)行混凝土實驗后發(fā)現(xiàn)在C30、C45、C60混凝土中，當(dāng)廢水廢漿的摻量在0～45%之間時，對混凝土7天和28天抗壓強(qiáng)度的影響無明顯規(guī)律，而當(dāng)廢水廢漿在砂漿中的摻量在0～60%之間時，會導(dǎo)致砂漿前期（3天和7天）抗壓強(qiáng)度略微降低，而28天抗壓強(qiáng)度略微增大。

從以上研究可以看出不同攪拌站產(chǎn)生的廢水廢漿對混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律不完全相同，這可能是不同攪拌站的廢水廢漿在性質(zhì)上存在一定的差異導(dǎo)致的，但是當(dāng)廢水廢漿的摻量在一定范圍內(nèi)時，基本上不會影響中低強(qiáng)度混凝土的力學(xué)性能，完全可以滿足混凝土的正常使用要求。

1.4 對混凝土耐久性能的影響

鞏亞敏[12]等利用固量為2%、4%、6%的廢水進(jìn)行了C20～C50不同強(qiáng)度等級的混凝土耐久性實驗，并測試了混凝土的抗凍性能、抗?jié)B性能、早期抗裂性能、抗碳化性能以及電通量，結(jié)果顯示不同強(qiáng)度等級混凝土的參數(shù)測試結(jié)果均符合規(guī)范要求。莊晶晶[13]利用不同摻量的攪拌站廢漿和自來水混合后制備了C30和C50混凝土，并研究了廢漿的摻量對混凝土抗氯離子滲透和抗碳化能力的影響，研究顯示：在C30和C50混凝土中摻入廢漿后混凝土的電通量數(shù)據(jù)與空白組（不摻廢漿）相比要小，而且隨著廢漿摻量的增加，混凝土的電通量逐漸下降，同時廢漿摻量越大混凝土的抗碳化深度也越低，說明廢漿有利于提高混凝土的抗氯離子滲透和抗碳化能力。

廢漿能提升混凝土耐久性的原因主要是廢水廢漿中含有的固體顆粒以及殘余活性粉料發(fā)生反應(yīng)后生成的產(chǎn)物能夠填充混凝土結(jié)構(gòu)體系中的孔隙，降低了混凝土表面結(jié)構(gòu)的孔隙率，使混凝土的結(jié)構(gòu)變得更為緊密，抗氯離子滲透能力得到提升[14]。同時廢水廢漿自身的堿性較強(qiáng)，摻入到混凝土中能夠?qū)諝庵械亩趸寂c水泥水化產(chǎn)物的反應(yīng)產(chǎn)生一定的抑制作用，這也增強(qiáng)了混凝土的抗碳化能力[13]。

2 目前存在的問題

目前，攪拌站產(chǎn)生的廢水廢漿在實際應(yīng)用中還存在許多問題，一是由于攪拌站沉淀池中廢水的濃度和含固量很不穩(wěn)定，波動較大，因此在回收利用特別是用于混凝土的生產(chǎn)時，在保證混凝土質(zhì)量要求的前提下，廢水廢漿的摻量范圍也會發(fā)生改變，這就要求攪拌站在實際生產(chǎn)中利用工藝設(shè)備來保持廢水廢漿濃度的相對穩(wěn)定，二是國內(nèi)不同混凝土攪拌站對廢水廢漿的處理設(shè)備和技術(shù)水平參差不齊，不同的攪拌站都要根據(jù)各自所回收的廢漿水先進(jìn)行大量試驗、并驗證后再投入使用，這些都加大了攪拌站廢水廢漿回收利用的難度。

3 結(jié)語與展望

針對攪拌站產(chǎn)生的廢水廢漿，國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)人員做了大量的實驗研究，總體而言，對攪拌站產(chǎn)生的廢水廢漿進(jìn)行回收利用是可行的。當(dāng)前國家在大力推行和提倡建設(shè)綠色混凝土攪拌站，要求混凝土生產(chǎn)企業(yè)在過程中實行清潔生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)、減少消耗，因此攪拌站如何對產(chǎn)生的廢水廢漿實現(xiàn)更高效地回收利用，對混凝土行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。