廢水廢漿摻量對外加劑相容性的影響

尹曉波 戴前天 韓金龍 王文君

（1 珠海市潤豪商品混凝土有限公司；2 珠海春禾新材料研究院有限公司）

1 原材料

⑴水泥：所用水泥為華潤水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5 和P.II42.5R 水泥，水泥的基本性能見表1。

表1 華潤水泥基本性能

表2 華潤水泥膠砂力學(xué)性能

⑵廢水廢漿：珠海澳砼商品混凝土有限公司，三級沉淀池后懸濁液，基本性能見表3。

表3 廢水廢漿基本性能

混凝土廢水廢漿經(jīng)分離系統(tǒng)將砂、石去除后，剩余的漿料流入沉淀池中，受天氣、攪拌站沉淀池構(gòu)造、攪拌設(shè)備型號及功率、攪拌車清洗頻次等影響，廢棄漿料的含固量測試結(jié)果存在較大差別。

圖1 為廢漿含固量和密度的關(guān)系圖，根據(jù)長期的廢漿采樣測試結(jié)果，廢漿的含固量在5%～30%范圍內(nèi)波動，含固量和密度呈現(xiàn)y=137.45821x-131.2025 的線性關(guān)系，方差值R2=0.79716。為便于分析廢漿對水泥性能的影響，后續(xù)試驗(yàn)中將廢棄漿料的含固量調(diào)配固定為10%。

圖1 廢漿含固量和密度關(guān)系圖

⑶水：自來水。

⑷外加劑：寶潤低標(biāo)。外加劑主要性能參數(shù)見表4。

表4 外加劑性能參數(shù)

2 試驗(yàn)方案和配合比

混凝土廢水廢漿中含有未水化的水泥、摻合料和水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2和混凝土外加劑，為提高廢水廢漿中膠凝材料的活性通過化學(xué)激發(fā)濕法粉磨方式對廢水廢漿進(jìn)行活性激發(fā)[1]。

濕磨是一種在液相環(huán)境中細(xì)化顆粒的處理方式，水在濕磨工藝中也能作為一種助磨劑在研磨過程中起到細(xì)化顆粒粒徑的作用，使研磨效率更高[2]。在球磨機(jī)中，多級旋轉(zhuǎn)葉片帶動研磨球和和漿料進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動，在公轉(zhuǎn)運(yùn)動的過程中，球與球之間、球與漿料之間相互碰撞、剪切所產(chǎn)生的高能運(yùn)動使研磨腔內(nèi)形成渦流，并使物料顆粒相互碰撞，進(jìn)而使顆粒之間產(chǎn)生和剪切和擠壓力，從而使?jié)衲ゼ?xì)化過程更加高效。在濕磨工藝中水的參與加速了研磨腔內(nèi)的攪拌速度，使研磨球和物料顆粒均勻地分布在整個(gè)研磨腔之中，研磨球和物料顆粒之間發(fā)生的接觸更加全面，物料可以得到更加有效的研磨。在濕磨過程中，除了物料顆粒粒徑在強(qiáng)機(jī)械力的作用下逐漸減小，物料表面的晶格結(jié)構(gòu)也在研磨過程中被破壞，產(chǎn)生晶格錯(cuò)位、缺陷、重結(jié)晶，結(jié)晶度和晶格能減小，表面結(jié)構(gòu)趨于非晶態(tài)，從而使顆粒內(nèi)部更容易被水分子進(jìn)入，加速水化反應(yīng)的進(jìn)行[3-4]。

根據(jù)《JC/T 1083-2017 水泥相容性試驗(yàn)方法》測試廢水廢漿與外加劑相容性。Marsh 筒法是一種測定水泥與混凝土外加劑混合物的流變特性的方法，其試驗(yàn)結(jié)果與漿體實(shí)際粘度變化的相符性較好，且可定量判斷外加劑摻量的作用效果。

試驗(yàn)配合比見表5。

表5 廢水廢漿與外加劑相容性配合比

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

表6 中，PO 表示華潤PO42.5R 水泥，華潤PII 表示PII42.5R，0.4%為外加劑摻量，初始/1h 表示流動度，其中21.55s/128.84s、115mm/115mm，即根據(jù)水泥相容性試驗(yàn)方法Marsh 筒法測試的初始/1h 流動時(shí)間為21.55s/128.84s，擴(kuò)展度為115mm/115mm。表7 采用濕磨三乙醇胺球磨處理，0.03%三乙醇胺表示球磨廢水廢漿固含量的0.03%，球磨轉(zhuǎn)速和時(shí)間分別為400r/min和20min。

表6 描述了基于PO42.5R 和PII42.5R 水泥，不同外加劑摻量下，廢漿摻量30%、50%和70%廢水廢漿的初始/1h 流動度影響。表7 描述了三乙醇胺濕法球磨工藝下，基于PO42.5R 和PII42.5R 水泥，不同外加劑摻量下，廢漿摻量30%、50%和70%廢水廢漿的初始/1h 流動度影響。

表8 為表8 試驗(yàn)的28d 抗壓強(qiáng)度；表9 為表7 試驗(yàn)的28d 抗壓強(qiáng)度。

表8 廢水廢漿與外加劑相容性試驗(yàn)28d 抗壓強(qiáng)度

表9 濕磨廢水廢漿與外加劑相容性試驗(yàn)28d 抗壓強(qiáng)度

3.2 結(jié)果分析

不同球徑ZrO2球的最佳質(zhì)量比為10mm:8mm:5mm:3mm=1:3:6:2；最佳球磨轉(zhuǎn)速和時(shí)間分別為400r/min 和20min；最佳料球比（球磨機(jī)內(nèi)滯留礦量/介質(zhì)填充量）和介質(zhì)填充率（磨礦介質(zhì)靜止時(shí)松散容積/筒體有效容積）分別為0.6 和0.3。

三乙醇胺可加速體系中C2A、C3S 水化，提高水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的生成量。并且在Ca(OH)2的作用下，體系中Al2O3和SiO2能夠進(jìn)行二次水化。三乙醇胺不僅有助磨的作用，在水泥水化過程中還具有增溶作用，具有良好的活性激發(fā)效果。醇胺類有機(jī)物以0.03%的摻量對粉料活性激發(fā)效果較好，試驗(yàn)采用0.03%和0.05%[5]。

根據(jù)文獻(xiàn)可知[6]，存在四種相容性：①外加劑摻量較低時(shí)達(dá)到飽和，飽和點(diǎn)明顯，1h 后損失小，意味著水泥與減水劑的相容性好；②對應(yīng)飽和點(diǎn)外加劑摻量較大，相應(yīng)靜漿的粘度較高，且隨時(shí)間迅速增長；③初始相容性較好，但1h 后流動度損失明顯；④初始相容性不好，但不隨時(shí)間變。由表6 和表7 可知，濕磨前P.O（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為0.6%、1.0%、1.2%和1.4%，P.II（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為0.8%、1.2%、1.4%和1.8%；三乙醇胺濕磨后P.O（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為1.0%、1.2%和1.4%，P.II（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為1.0%、1.2%和1.4%，三乙醇胺濕磨明顯降低了廢漿在P.II 中的飽和摻量點(diǎn)，0.03%和0.05%三乙醇胺對飽和摻量影響大致相同。

表6 廢水廢漿與外加劑相容性試驗(yàn)結(jié)果

表7 濕磨廢水廢漿與外加劑相容性試驗(yàn)結(jié)果

P.O 水泥組強(qiáng)度隨著摻量的增大先增大后降低但始終大于基準(zhǔn)組；P.II 水泥組強(qiáng)度隨著廢漿摻量的增大而降低且始終低于基準(zhǔn)注；相同外加劑摻量條件下，三乙醇胺球磨能夠增大28d 抗壓強(qiáng)度，總體上來看0.05%三乙醇胺球磨效果好于0.03%組。

4 結(jié)論

圖2 不同廢漿處理方式的28d 抗壓強(qiáng)度

⑴濕磨前P.O（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為0.6%、1.0%、1.2%和1.4%，P·II（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為0.8%、1.2%、1.4%和1.8%；三乙醇胺濕磨后P·O（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為1.0%、1.2%和1.4%，P·II（30、50、70）飽和摻量點(diǎn)分別為1.0%、1.2%和1.4%。

⑵三乙醇胺濕磨降低了廢漿在P.II 中的飽和摻量點(diǎn)，0.03%和0.05%三乙醇胺對飽和摻量影響大致相同。

⑶P.O 水泥組強(qiáng)度隨著摻量的增大先增大后降低但始終大于基準(zhǔn)組；P.II 水泥組強(qiáng)度隨著廢漿摻量的增大而降低且始終低于基準(zhǔn)注。

⑷相同外加劑摻量條件下，三乙醇胺球磨能夠增大28d 抗壓強(qiáng)度，總體上來看0.05%三乙醇胺球磨效果好于0.03%組。