【技术先锋】搅拌站废水对混凝土性能影响研究

引言

混凝土是当前全世界用量最大的建筑材料之一，而经济高速发展的中国目前每年生产混凝土超过15亿方，而生产1方混凝土要消耗洁净水0.17吨，平均产生废水0.03吨，即中国混凝土搅拌站每年要产生废水约0.5亿吨，触目心惊。

废水中的物质主要来自拌制混凝土的原材料，含有细小的水泥、粉煤灰颗粒以及它们的水化产物颗粒；

细小的骨料颗粒以及骨料所带入的粘土或淤泥颗粒；水泥、外加剂、防冻剂、膨胀剂等带入的可溶解的无机盐、外加剂离子、硫酸盐、硫化物等，主要含有Ca2+、Na+、K+、SO4２-和OH-等离子，PH值高达12，呈碱性[1]。

因此任意排放既是对水资源的极大浪费，又会对土壤和地下水产生污染。如何科学合理利用搅拌站废水，是混凝土行业面临的共同课题。

一、原材料及试验方法

1.1 原材料及性能

原材料：亚东P?O 42.5普通硅酸盐水泥；麻城电厂的Ⅰ级粉煤灰；武新S95矿粉；阳新5～31.5mm碎石；岳阳中粗河砂； Sika聚羧酸减水剂；水是武汉市自来水和湖北中建亚东混凝土有限公司收集的废水。表1～表3为相关检测结果。

表1 水泥检测结果

表2 粉煤灰检测结果

表3 矿粉检测结果

1.2 废水

1.2.1 废水来源

搅拌站废水不包括生活污水，主要来源有以下四种：

（1）废弃混凝土分离产生的浆水。一些工地剩余的混凝土和存在质量问题的混凝土经过砂石分离机分离之后，把砂和石分离开来，剩下的胶凝材料成分、外加剂成分与冲洗混凝土的水混合形成浆水，进入废水回收池中，用于混凝土生产。这部分废水中含有大量的胶凝材料颗粒成分，对混凝土的各项性能有一定的好处[2]。

（2）生产运输设备洗刷水。主要是搅拌机和搅拌车在运行完之后，为了防止混凝土黏结在设备上硬化，用水冲洗设备产生的废水。这一部分废水也含有部分胶凝材料成分。

（3）生产场地冲洗水。为了保持场地清洁，搅拌站站每天都会用清水冲洗生产场地，冲洗场地的水通过排水沟进入废水回收池。这部分水含有少量的混凝土原材料成分，更多的是含有场地上的泥沙成分，但是这部分水会经过二级沉淀之后才进入回收池回收利用，会大大降低泥沙浓度。

（4）部分雨水。部分雨水会通过排水沟进入废水回收池，在进入回收池前同样会经过二级沉淀。

1.2.2 废水的浓度

混凝土搅拌站废水浓度根据生产情况变化而变化，对正常生产条件下连续一月的废水进行取样检测浓度，废水浓度最高3.5%。

1.3 试验方案及配比

根据GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行试验检测废水对混凝土工作性能和强度的影响。选取C25、C30、C35、C40和C60五个标号的混凝土，用0、30%、50%、70%、100%五种不同废水掺量的配合比进行试配。

表7 试验配合比比例

二、试验结果及分析

2.1 废水对中低强度混凝土的影响

根据试验结果，得到废水对混凝土坍落度、扩展度、强度的影响曲线。

从图1和图2可以看出，C25混凝土随着废水掺量的提高，坍落度和扩展度都呈现先提高、后降低的趋势，表明掺少量的废水对C25混凝土的和易性有所提高；C30和C35混凝土的坍落度和扩展度随着废水掺量的提高没有明显变化，废水对C30混凝土的和易性无明显影响。

C40混凝土随着废水掺量的增加，坍落度没有变化，但是扩展度降低。

从图3和图4可以看出，C25混凝土的7天强度无明显变化，28天强度先增加，后减少，在废水掺量为50%时强度达到最高；

C30混凝土的7天强度和28天强度均呈现出先增加后减少的趋势，也是在50%掺量时达到最大值；C35混凝土7天强度下降，28天强度先增加，后降低。

也是在掺量为50%时达到最高；C40混凝土7天强度呈现先增后降趋势，但是28天强度无明显变化。

C25～C35混凝土在废水掺量在50%以内时，由于废水中含有对混凝土强度有利的水泥、粉煤灰、矿粉等活性成分。

这些活性成分含有大量的SiO2和Al2O3，在水化过程中与Ca(OH)2等一些碱性物质发生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质，能在一定程度上提高混凝土强度[2][3]。

同时这些成分是一些微细颗粒，均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料，能填充混凝土中的空隙，密实混凝土。其作用与凝胶结合良好，能使浆体中毛细孔细化，有利于增加混凝土的强度。

废水中的活性成分的作用有限，掺量有最大限度。当废水掺量超过50%时，废水中的泥砂等一些杂质会降低混凝土的强度。

2.2 废水对高强混凝土的影响

根据试验结果，得到废水掺量对C60高强混凝土的扩展度、坍落度、凝结时间以及强度影响如图5～图7。

从图5可以看出，随着废水掺量的增加，C60混凝土的坍落度和扩展度整体呈下降趋势，坍落度损失和扩展度损失也随着废水掺量的增加而加快，掺30%废水时坍落度和扩展度都无明显变化，但是在70%掺量时有一个反弹，只有在掺50%和100%时对混凝土的坍落度和扩展度影响较大。

从图6可以看出，随着废水掺量的提高，C60混凝土的凝结时间逐渐变短，在70%掺量时有所反弹。从图7可以看到随着废水掺量的提高，C60混凝土的强度先增加，后降低，在掺30%时达到最大值。综合前面废水对C60混凝土的工作性能的影响，废水掺量30%为最佳掺量。

三、结论

(1)废水浓度为3.5%时，对于中低强度混凝土，掺入低于30%的废水可以改善混凝土的工作性能，提高混凝土的强度。

(2)废水浓度为3.5%时，对于中低强度混凝土，废水最大掺量不宜超过50%；而对于超过C50等级的混凝土，废水最大掺量不宜超过30%。

参考文献：

[1] 张意,陈家全,何小勇.预拌混凝土废水泥浆循环利用研究[J].建筑材料,2010,80(9):36-39.

[2] 余和友,徐亮.混凝土搅拌站废水废渣的试回收再利用[J].建筑工程,2010,8:136-122.

[3] 曾光,张玉平,汤天明,林喜华.搅拌站生产废水在混凝土中的应用研究[J].建筑设计管理,2009,26(3):61-63.