攪拌站廢水對C60混凝土性能的影響

周小強，劉 春

(浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 東陽 322100)

近年來，隨著中國基建力度不斷加大，混凝土作為大宗建筑材料，使用量達到前所未有的高度，然而攪拌站在生產(chǎn)混凝土的同時，會產(chǎn)生大量廢水廢漿，有資料顯示[1]：一個年生產(chǎn)量5× 105m3的攪拌站排放的廢水高達8× 104t；生產(chǎn)約120 m3的混凝土每天清洗設(shè)備產(chǎn)生的廢水可達60 t.中國是當(dāng)前混凝土生產(chǎn)和消費的大國，每年產(chǎn)生的廢水廢漿數(shù)量達數(shù)億噸.

目前攪拌站多采用三級沉淀法處理廢水廢漿，其工作原理是先將廢水廢漿經(jīng)過三級沉淀池過濾，然后將沉淀后的清水回收利用，剩下的固體廢棄物另做處理.但這種處理方式不能有效利用固體廢棄物，且廢水廢漿中的固體廢棄物填埋會浪費一定的土地資源，若排入下水道則會產(chǎn)生新的廢渣，必須花費大量的人力物力清理下水道[2].就當(dāng)前處理技術(shù)而言，將廢水廢漿按一定比例和清水混合后作為拌和用水回收利用于混凝土生產(chǎn)是最佳處理方式.已有很多學(xué)者進行了相關(guān)研究，取得了不同的成果，曲睿祚[3]研究認(rèn)為，不同含固量的廢棄漿料對不同強度等級混凝土新拌性能和力學(xué)性能影響相近，都存在最優(yōu)摻量.李小玲等[4]認(rèn)為，摻攪拌站廢水對中低強度等級混凝土的抗壓強度整體影響不大，但在摻量為30%時混凝土的抗壓強度最高.張意等[5]研究認(rèn)為，對于中低強度等級的混凝土，隨著廢水摻量增加坍落度逐漸減小，坍落度經(jīng)時損失逐漸變大.當(dāng)前對攪拌站廢水的回收利用研究大多集中于中低強度等級的混凝土，而對高強度混凝土的回收利用研究較少，而高強度混凝土的應(yīng)用以C60為主，本文以交港攪拌站沉淀池的廢水為研究對象，研究廢水的性質(zhì)及回收利用對C60混凝土性能的影響.

1 試驗用原材料

1）水泥：P.O42.5R水泥（珠江水泥廠），28 d抗壓強度為49.5 MPa.

2）粉煤灰：Ⅲ級粉煤灰（東莞沙角電廠），灰褐色，含水率為0.56%，比表面積為375 m2·kg-1，密度為2.56 g·cm-3.

3）礦粉：S95級礦渣微粉（揭陽市永泰礦渣微粉廠），28 d活性指數(shù)為104%.

4）骨料：細(xì)骨料為惠州產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5，含泥量為0.85%，表觀密度為2 580 kg·m-3，堆積密度為1 485 kg·m-3，粗骨料為清遠產(chǎn)碎石，5～25 mm連續(xù)級配.

5）外加劑：聚羧酸高性能減水劑（廣州三駿建材科技有限公司），無毒、無嗅、無腐蝕性減水劑，pH=5.5，推薦摻量范圍為1.6%～2.5%，減水率為26.4%.

6）水：自來水、攪拌站廢水.

2 廢水的性質(zhì)

2.1 化學(xué)性質(zhì)

大部分?jǐn)嚢枵緩U水廢漿的主要成分為水泥水化后的產(chǎn)物C-S-H 凝膠、鈣礬石、氫氧化鈣、砂石、外加劑和未反應(yīng)的礦物摻合料等混合物[6]，其中有害離子主要為Na+、K+、Cl-和SO42-，pH 值一般在12左右.經(jīng)測試，本試驗廢水廢漿pH 平均值為12.5，有害離子平均含量見表1.

分析表1 中數(shù)據(jù)，各有害離子平均含量符合JGJ 63—2006《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，可以用作拌和用水.

表1 廢水中有害離子平均含量

2.2 物理性質(zhì)

沉淀池廢漿的固體顆粒成分主要是水化后和未水化的水泥、礦物摻合料等.廢水濃度指廢水中固體顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比.本實驗取勻漿池廢水做濃度與密度關(guān)系試驗，建立廢水濃度與密度的關(guān)系曲線如圖1，在一定范圍內(nèi)廢水濃度和密度存在較好的線性關(guān)系.

圖1 還可以反映廢漿濃度主要集中在5%～12%，密度集中在1.03～1.08 g·cm-3，在該區(qū)間內(nèi)濃度與密度基本呈線性相關(guān)，廢水濃度的平均值為8.5 g·cm-3，當(dāng)廢水濃度在12%以上時，其濃度與密度線性關(guān)系較差.

圖1 試驗用廢水濃度和密度關(guān)系

3 試驗結(jié)果與分析

為使實驗結(jié)果具有代表意義，取實驗用廢水濃度為8%，研究不同摻量（10%、30%、50%、80%、100%）廢水對C60混凝土性能影響，其拌和用水的組成分別為0%廢水+100%清水、10%廢水+90%清水、30%廢水+70%清水、50%廢水+50%清水、80%廢水+20%清水和100%廢水+0%清水，膠凝材料取500 kg，設(shè)計表觀密度取2 400 kg·m-3，外加劑摻量取膠凝材料總質(zhì)量的1.6%.試驗參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》和GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》，分別測試混凝土拌合物工作性能（以初始坍落度和初始擴展度表征）、抗壓強度和抗碳化性能，試驗配合比見表2.

表2 試驗用C60混凝土配合比

3.1 廢水對C60混凝土工作性能的影響

試驗研究了8%濃度下不同摻量的廢水對C60混凝土的初始流動度和坍落度的影響，結(jié)果分別如圖2和圖3.

圖2 對C60混凝土初始坍落度的影響

圖3 對C60混凝土初始擴展度的影響

從圖2、圖3 中可以看出，加入不同摻量的廢水后，混凝土的坍落度、擴展度都出現(xiàn)了一定程度的下降，隨著廢水摻量的增加，混凝土的初始坍落度和初始擴展度也出現(xiàn)了下降趨勢，這說明廢水的摻入對混凝土拌合物的新拌性能均有不利的影響.從圖3 可以看出，當(dāng)廢水摻量超過30%時，混凝土的擴展度出現(xiàn)了明顯下降.加入廢水后混凝土初始坍落度和初始擴展度下降明顯的主要原因是：雖然廢水廢漿中含有少量的減水劑，但是經(jīng)過多次稀釋后其作用嚴(yán)重削弱，而隨著摻入廢水的比例不斷加大，廢水中固體顆粒對新拌制減水劑吸附作用越來越明顯，而且在保持廢水和清水總質(zhì)量不變的情況下，隨著廢水摻量增加其實際單位體積用水量在減少，這對混凝土工作性能有不利影響.

3.2 廢水對混凝土抗壓強度的影響

本試驗測試了不同摻量廢水對C60混凝土不同齡期（7、28、60 d）強度的影響，試驗結(jié)果如圖4.

從圖4可以看出，廢水的摻入有助于提高混凝土的各齡期強度，其中7 d強度能提高6 MPa，28 d強度能提高8 MPa，60 d強度能提高10 MPa，而且隨著摻量的增加，各齡期的抗壓強度也隨之提高.

圖4 8%廢水對C60混凝土抗壓強度影響

廢水能大幅度提高C60混凝土各齡期強度的原因可能有：第一，廢水中含有一定量的細(xì)小固體顆粒物質(zhì)，像未水化的水泥、粉煤灰和礦渣等堿性物質(zhì)，這些堿活性物質(zhì)再次經(jīng)過水化作用生成水硬性的水化硅酸鈣凝膠填充在混凝土空隙中，降低了混凝土結(jié)構(gòu)空隙率，提高了混凝土密實度；第二，高強混凝土本身具有較低的水膠比，在保持廢水和清水總質(zhì)量不變的情況下，隨著摻入廢水比例不斷增加，其實際水膠比在不斷降低，而較低的水膠比也是提高混凝土強度的重要因素.

3.3 廢水對混凝土抗碳化性能的影響

混凝土的耐久性決定著結(jié)構(gòu)能否在預(yù)期使用壽命內(nèi)完成基本功能，其中抗碳化性能是一個重要指標(biāo)，本試驗依照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GB/T 50082—2009），試件以3 塊為一組，尺寸為100 mm×100 mm×100 mm.在二氧化碳濃度為（20±3）%，溫度為（20±5）℃，濕度為（70±5）%條件下進行碳化測試，經(jīng)3、7、14、28、56 d取出進行碳化深度測試，試驗結(jié)果見表3.

表3 不同摻量廢水對C60混凝土碳化深度的影響

從表3的碳化深度數(shù)據(jù)可以看出，摻入不同摻量廢水后的混凝土，各個齡期的碳化深度都小于基準(zhǔn)值.說明加入廢水對改善抗碳化性能是有利的，加入廢水能夠降低混凝土各齡期碳化深度的重要原因是廢水的摻入使得廢水中微小水化顆粒能夠填充混凝土中的空隙，使得整體密實性更好，從而有效阻止外部二氧化碳的侵入，對鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)安全性較為有利.

4 結(jié)語

通過對攪拌站廢水性質(zhì)及8%濃度廢水對C60混凝土性能影響的研究，可以初步得到以下結(jié)論.

1）本試驗攪拌站廢水各項化學(xué)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，濃度在5%～12%時，其濃度與密度存在著較好的線性關(guān)系；

2）廢水的摻入對C60混凝土拌合物初始工作性能有較大影響，摻入不同摻量的廢水時混凝土的初始坍落度和初始擴展度均減小，隨著摻量增加，呈遞減趨勢，當(dāng)摻量超過30%時下降最為明顯；

3）廢水的摻入對C60 混凝土強度的提高較為有利，7 d 強度平均能提高6 MPa，28 d 強度平均能提高8 MPa，60 d強度平均能提高10 MPa；

4）廢水的摻入對改善C60混凝土各齡期的抗碳化能力有效，各個齡期的碳化深度都小于基準(zhǔn)值.

由此可以得出，將攪拌站廢水按照一定摻量回收利用于C60混凝土生產(chǎn)在理論上是完全可行的，可以在滿足強度和工作性的基本要求下適當(dāng)減少膠凝材料的用量，從而達到節(jié)材和減排的雙重效果.