混凝土廢漿水對C30混凝土性能的影響

黑金龍，宋學(xué)鋒，梁麗敏

（1. 西安建筑科技大學(xué) 材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055；2. 云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司，云南 昆明 650501）

預(yù)拌混凝土攪拌站一直被認(rèn)為是“臟、亂、差”的企業(yè)，在生產(chǎn)混凝土過程中，不斷產(chǎn)生廢水、廢渣和噪音等污染，與城市生態(tài)環(huán)境友好發(fā)展相背離，使得商品混凝土領(lǐng)域的發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)。據(jù)行業(yè)長期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn) 1 方混凝土將平均產(chǎn)生 40kg 的廢渣、廢料，產(chǎn)生 0.1 方的廢漿水。廢渣廢料大多攪拌站通過砂石分離機(jī)分離后回收利用，廢漿水的處理就顯得比較困難[1]。如果對廢漿水不進(jìn)行處理，則全國攪拌站每年將產(chǎn)生 1.79 億方的廢漿水，這是一個(gè)非常驚人的數(shù)量。

為貫徹落實(shí)《綠色建筑行動方案》（國辦發(fā)[2013]1 號）文件精神，目前全國各地已著手建設(shè)綠色混凝土攪拌站，成為繼預(yù)拌混凝土、散裝水泥、預(yù)拌砂漿“三位一體”城市散裝水泥發(fā)展格局之后的一大創(chuàng)舉，其中混凝土廢漿水的處理是制約混凝土行業(yè)綠色健康發(fā)展的一大難題。本文就混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中對混凝土性能影響做了初步研究，為混凝土廢漿水的循環(huán)利用提供一定的參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）混凝土廢漿水選用云南建投曲靖建材金龍攪拌站混凝土沉淀池。

（2）水泥選用曲靖雄業(yè)水泥廠的 P·O42.5水泥，性能指標(biāo)見表1。

（3）粉煤灰選用泉恩Ⅱ級粉煤灰，為電廠分選灰，細(xì)度 12.5%，需水量比 99%。

（4）粗骨料選用尖腦子石場，5～31.5mm 連續(xù)級配，含泥量 0.3%，針片狀含量 4%，壓碎指標(biāo) 8.6%。

（5）細(xì)集料選用尖腦子石場細(xì)度模數(shù)為 2.9 的Ⅱ區(qū)中砂，石粉含量 6.7%，MB 值 1.3。

（6）外加劑使用云南建投高分子公司高性能聚羧酸減水劑，固含量 10%，減水率 28.6%。

表1 水泥性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

（1）混凝土廢漿水澄清液的 pH 值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸鹽含量、堿含量等按照 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測。

（2）混凝土廢漿水干粉化學(xué)分析按照 GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析方法》進(jìn)行檢測。

（3）混凝土廢漿水固含量與密度關(guān)系用表觀密度檢測方法進(jìn)行檢測[2]。

（4）混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能分別按照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的平板法早期抗裂試驗(yàn)進(jìn)行檢測。

1.3 配合比

混凝土廢漿水主要是由混凝土攪拌站清洗罐車的漿水、清洗攪拌機(jī)的漿水和剩余混凝土分離后的漿水等組成，組分主要是水、膠凝材料、砂石料經(jīng)分離后粒徑小于 0.08mm 的石粉和少量泥粉（亞甲藍(lán)試驗(yàn)合格）。研究分別將 0%、20%、40%、60%、80% 和 100% 的混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中，觀察對混凝土工作性能、力學(xué)性能和早期抗裂性能的影響規(guī)律，確定混凝土廢漿水用于混凝土中的最佳摻量和用量范圍。

混凝土廢漿水中固體含量主要是各種粉體材料，混凝土需水量隨著粉料比表面積增大而增加。試驗(yàn)過程中混凝土廢漿水的固體含量等量替代機(jī)制砂，所含水分等量替代用水量[3]。試驗(yàn)采用 C30 混凝土作為基準(zhǔn)配方，其中單方混凝土中摻入的廢漿固體含量分別為 0kg、2.5kg、5kg、7.5kg、10kg、12.5kg，試驗(yàn)要求初始坍落度控制在 (200±20)mm?；炷僚浜媳纫姳?。

表2 配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 混凝土廢漿水的性能指標(biāo)

混凝土廢漿水澄清液檢測結(jié)果見表3。根據(jù)表3 的檢測結(jié)果顯示，混凝土廢漿水澄清液 pH 值為 13.3，呈強(qiáng)堿性，未檢出不溶物，可溶物、氯化物、硫酸鹽含量、堿含量等檢測結(jié)果完全滿足 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的要求，可用于混凝土的生產(chǎn)拌制。

混凝土廢漿干粉的化學(xué)成分分析見表4，根據(jù)表4內(nèi)容判斷混凝土廢漿干粉均來自于混凝土中各種原材料，摻入混凝土中不會影響對混凝土的正常水化反應(yīng)。

表3 混凝土廢漿水澄清液性能指標(biāo)

表4 混凝土廢漿干粉成分分析 %

試驗(yàn)證明，混凝土廢漿水經(jīng)沉淀烘干后為塊狀固體，若在試驗(yàn)中將固體干粉根據(jù)重量摻入混凝土中，固體干粉不能均勻快速分散，對混凝土工作性能影響較大。為準(zhǔn)確模擬混凝土廢漿水在固液混合的漿體狀態(tài)下對混凝土性能的影響，對混凝土廢漿水固含量和廢漿水密度在不同時(shí)段取樣測試，洗車高峰期的混凝土廢漿水含固量可達(dá) 10%～13%，洗車低谷期最小只有0.5%～3%，生產(chǎn)情況下一般在 4%～8% 之間，據(jù)此作混凝土廢漿水固含量與密度關(guān)系圖，如圖1 所示。

圖1 混凝土廢漿水固含量與密度的關(guān)系圖

經(jīng)過線性擬合可知廢漿的密度和固含量呈線性關(guān)系，表達(dá)式為：

式中：ρ——混凝土廢漿水密度，kg/m3；

w——混凝土廢漿水固含量，即混凝土廢漿

水中固體顆粒的含量，%；

r——相關(guān)系數(shù)。

本試驗(yàn)采用混凝土廢漿水的密度為 1053kg/m3，由式 (1) 計(jì)算得出，含固量應(yīng)為 7.5%。

2.2 混凝土廢漿水對 C30 混凝土常規(guī)性能的影響

單方混凝土中摻入的廢漿固體含量分別為 0kg、2.5kg、5kg、7.5kg、10kg、12.5kg 的各項(xiàng)性能檢測結(jié)果如表5。

圖2 和圖3 為不同摻量混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中，混凝土坍落度和擴(kuò)展度的狀況。隨著混凝土廢漿水摻入量的增加，混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時(shí)，混凝土坍落度、擴(kuò)展度幾乎無變化，混凝土工作性能略有改善；當(dāng)混凝土廢漿水摻量超過 60% 時(shí)，工作性有明顯下降。

根據(jù)圖2 和圖3 可以明顯看出，當(dāng)混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時(shí)，混凝土 30min 和 60min 的坍落度和擴(kuò)展度規(guī)律一致，說明混凝土廢漿水對混凝土工作性影響較小。摻量超過 60% 時(shí)，60min 混凝土的坍落度和擴(kuò)展度損失非常明顯，可能是混凝土廢漿水為強(qiáng)堿性，影響了外加劑在混凝土中的效果，同時(shí)廢漿水中的顆粒對外加劑的吸附作用強(qiáng)，降低了混凝土的工作性能[4]。

表5 摻不同摻量廢漿水 C30 混凝土各項(xiàng)性能檢測結(jié)果

圖2 摻不同量廢漿水后混凝土坍落度

圖3 摻不同量廢漿水后混凝土擴(kuò)展度

通過將不同摻量的混凝土廢漿水摻入混凝土中，觀察混凝土強(qiáng)度發(fā)展可以定性分析廢漿水在水泥水化過程中所起的作用。強(qiáng)度發(fā)展情況見圖4。

隨著單方混凝土廢漿水摻量從 0% 增加到 40%，混凝土早期強(qiáng)度有 5% 的提高（摻量為 20% 的配方 3d 強(qiáng)度有異常），28d 強(qiáng)度基本持平；摻量超過 60% 時(shí)，混凝土早期強(qiáng)度下降 2%～5%；摻量達(dá)到 80% 時(shí)，早期強(qiáng)度與 60% 摻量時(shí)接近，28d 強(qiáng)度下降 10%，下降明顯；單方摻量 100% 時(shí)，混凝土 28d 強(qiáng)度下降約 1 個(gè)等級。

圖4 C30 混凝土摻不同量混凝土廢漿水的強(qiáng)度情況

當(dāng)混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時(shí)，混凝土強(qiáng)度略有增長，可能是混凝土廢漿水有一定的活性，同時(shí)廢漿水中的顆粒作為填充物填充了混凝土中的孔隙，一定程度上增加了混凝土的密實(shí)性。當(dāng)摻量超過 60% 時(shí)混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降趨勢，可能是混凝土廢漿水的活性較低，同時(shí)混凝土中廢漿水量過多會導(dǎo)致混凝土顆粒間、水泥砂漿與石子間的粘結(jié)力下降，降低了混凝土強(qiáng)度[5]。

2.3 混凝土廢漿水對混凝土早期抗裂性能的影響

采用混凝土平板法抗裂試驗(yàn)，C30 等級混凝土摻不同用量的混凝土廢漿水，對混凝土拌合物塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、最大裂縫寬度和總開裂面積進(jìn)行測量，試驗(yàn)結(jié)果見圖5～7 及表6。

混凝土中摻入廢漿水對混凝土早期抗裂性能有一定的影響，試驗(yàn)表明當(dāng)混凝土廢漿水摻量不超過 60%時(shí)，混凝土裂縫發(fā)生時(shí)間略有提前，開裂面積略有增加，但抗裂性能屬于同一級別；當(dāng)摻量超過 60% 時(shí)，開裂時(shí)間同樣提前，開裂面積增大明顯，抗裂等級降低一個(gè)等級。

隨著廢漿水摻量的增加，塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間越來越短，最大裂縫的寬度越來越大，開裂面積越來越大。廢漿水的加入在一定程度上加劇了混凝土的塑性開裂，在混凝土的施工過程中，要更加重視混凝土的保水養(yǎng)護(hù)，及時(shí)進(jìn)行二次抹面。

圖5 摻量為 0% 和 20% 的最大裂縫寬度

圖6 摻量為 40% 和 60% 的最大裂縫寬度

圖7 摻量為 80% 和 100% 的最大裂縫寬度

表6 C30 混凝土早期抗裂性能檢測表

混凝土塑性開裂伴隨混凝土的凝結(jié)的整個(gè)過程?；炷恋乃z比及原材料等參數(shù)對混凝土的塑性開裂有重要的影響，這些參數(shù)主要影響新拌混凝土的塑性狀態(tài)和水泥水化進(jìn)程。廢水的 pH 值較高，且含有一定的固體顆粒，必然帶來混凝土的收縮變大，造成混凝土塑性開裂。只有了解攪拌站廢水使用過程中塑性開裂的特點(diǎn)，才能采取有效的措施控制裂縫[6]。

3 結(jié)論

（1）混凝土廢漿水化學(xué)成分滿足混凝土用水，可以用于混凝土生產(chǎn)中。

（2）以 7.5% 濃度的混凝土廢漿水試配 C30 混凝土為例，混凝土中摻入混凝土廢漿水不超過 60% 時(shí)，對混凝土工作性能、強(qiáng)度、早期抗裂性能影響較小。

（3）單方混凝土中摻入混凝土廢漿水超過60%時(shí)，混凝土初始工作性可以滿足，但經(jīng)時(shí)損失大，混凝土抗壓強(qiáng)度明顯降低，混凝土早期抗裂性能明顯下降，綜合性能均有明顯下降。

[1]黎陽.淺談?lì)A(yù)拌混凝土攪拌站回收水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[J].廣東建材，2016,9∶ 66-68.

[2]王玥，李丹陽，張慧愛.廢水泥漿水在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中的循環(huán)利用[J].山西建筑，2015,41(5)∶ 95-96.

[3]楊根宏，楊松林，曹達(dá)純，等.混凝土攪拌站廢漿回收利用的研究與應(yīng)用[J].廣東建材，2013,9∶ 64-67.

[4]楊志偉，石從黎，張克.攪拌站廢棄泥漿循環(huán)利用方法的研究[J].固廢利用，2012,4∶ 25-27.

[5]魯俊.混凝土攪拌站回收水對混凝土性能的影響[J].廣東建材，2016,9∶ 74-75.

[6]張意，陳家全，何小勇.預(yù)拌混凝土廢水泥漿循環(huán)利用研究[J].建筑材料，2010,80(9)∶ 35-39.