攪拌站廢水合理化利用

耿加會(huì)，劉志杰，李國宏

（1.舞陽縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南，舞陽，462400；2.漯河市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南，漯河，462000）

攪拌站廢水合理化利用

耿加會(huì)1，劉志杰2，李國宏1

（1.舞陽縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南，舞陽，462400；2.漯河市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南，漯河，462000）

隨著我國混凝土綠色生產(chǎn)的推廣，攪拌站生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的廢水應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)資源化利用，減少廢水、廢渣的排放。攪拌站廢水具有自身的特點(diǎn)，在使用過程中只有遵循其規(guī)律，方能合理化利用。筆者從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，對廢水進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作，分析其對水泥、減水劑、混凝土性能的影響。依據(jù)研究成果，提出廢水合理使用摻量，供同行參考。

攪拌站廢水；水泥性能；減水率；抗壓強(qiáng)度；工作性；抗裂性；經(jīng)濟(jì)性

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化進(jìn)程的加快，商品混凝土的需求量逐年增長；據(jù)有關(guān)資料顯示，混凝土攪拌站生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的固體廢棄物和廢水已成為制約企業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸問題，廢水的排放，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

一個(gè)年產(chǎn)量 20萬m3的混凝土企業(yè)，清洗運(yùn)輸、攪拌及泵送設(shè)備所產(chǎn)生的廢水，每天可達(dá) 30m3。將廢漿利用砂石分離機(jī)把砂、石分離出來，利用廢水回收設(shè)備，將攪拌均勻的廢水與飲用水按一定比例混合后作為混凝土拌合用水使用，使攪拌站產(chǎn)生的廢水得到有效利用，具有重要的意義。

運(yùn)輸車中殘留的混凝土沖洗后，粒徑大于 0.15mm 的顆粒經(jīng)過砂石分離機(jī)分離出去，廢水中含有的細(xì)小固體顆粒主要有水泥、礦物摻合料以及砂、石多帶入的粘土或淤泥顆粒及可溶性的無機(jī)鹽和殘留的外加劑。因此，廢水是含有Ca2+、Na+、K+、OH-和 SO2-等離子和沒有水化的水泥、礦物摻合料、細(xì)砂、泥土的混合水溶液。

經(jīng)我公司技術(shù)人員分別對早晨 6 時(shí)、上午 11 時(shí)、下午16 時(shí)，一天檢測三次。連續(xù)一個(gè)月的檢測發(fā)現(xiàn)，洗車高峰期上午 11 時(shí)廢水固含量達(dá) 10%～12%，早晨僅為 1%～3%。廢水的密度為 1.04g/cm3，平均固含量為 5.4%，

1　試驗(yàn)所用原材料

1.1水泥

P·O42.5 水泥，密度為 3.0×103kg/m3，其他物理力學(xué)性能如表 1。

表1　水泥的物理與力學(xué)性能

1.2礦物摻合料

粉煤灰：Ⅱ 級粉煤灰，密度為 2.2×103kg/m3，其他性能如表 2。

1.3粗集料

5～25mm 礦山碎石，其性能指標(biāo)如表 3、4。

表2　粉煤灰性能

表3　碎石性能指標(biāo)

表4　碎石篩分情況

1.4細(xì)集料

河砂，細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量 3%，II 區(qū)中砂，篩分指標(biāo)見表 5。

表5　河砂顆粒級配

1.5減水劑

脂肪族復(fù)合高效減水劑，其性能指標(biāo)見表 6。

表6　減水劑性能指標(biāo)

1.6混凝土拌合用水

（1）符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，pH 值為 7.1。

（2）攪拌站廢水的固含量為 5.3%，pH 值為 11.5。主要成分：水、水泥、粉煤灰、礦物摻合料、小于 0.15mm 的細(xì)砂粉及少許的含泥量（亞甲藍(lán)試驗(yàn)合格）。廢水固體成分分析見表 7。

表7　廢水固體成分分析

2　攪拌站廢水對水泥性能的影響

2.1攪拌站廢水對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間的影響

攪拌站廢水中含有少量水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2及殘留的外加劑，pH 值為 11.5。將其按一定比例與飲用水混合作為混凝土拌合用水使用時(shí)，可能會(huì)影響到水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性及水泥膠砂強(qiáng)度等。按照GB/T 1346－2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測方法》，對廢水摻量分別為 0%、20%、40%、60%、80%、100% 時(shí)，測試水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間及安定性，其試驗(yàn)結(jié)果見表 8。

表8　攪拌站廢水摻量對水泥性能的影響

由表 8 試驗(yàn)結(jié)果可知：攪拌站廢水在不同的摻量下，水泥的安定性均合格，說明攪拌站廢水沒有對水泥的安定性產(chǎn)生不良影響。

廢水對水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量產(chǎn)生一定的影響，隨著摻量的增加，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸增大，廢水摻量為 100%時(shí)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較摻量為 0% 增加了 2.3%，基本接近摻量每增加 20%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加 0.5% 左右。

水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在一定程度上反應(yīng)了水泥的需水量，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與混凝土用水量有一定的關(guān)系。在其他因素不發(fā)生變化時(shí)，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，要達(dá)到相同的坍落度，混凝土用水量也要相應(yīng)的增加。匡楚勝[1]以水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 25% 作為標(biāo)準(zhǔn)值，得出混凝土用水量與水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變化的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：

△W——每立方米混凝土用水量變化值，kg/m3；

C——每立方米混凝土水泥用量，kg/m3；

N——水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，%。

從公式（1）可以看出，當(dāng)水泥用量為 300kg/m3時(shí)，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變化 0.1%，保持混凝土坍落度不變，混凝土用水量要增加 2.4kg/m3。

廢水對凝結(jié)時(shí)間產(chǎn)生一定的影響，隨著摻量的增加，初、終凝時(shí)間逐漸延長，摻量為 100% 時(shí)，初凝時(shí)間延長17min，終凝時(shí)間延長 20min。初凝與終凝時(shí)間對水泥凝結(jié)時(shí)間的影響小于 JGJ 63—2006《混凝土用水》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的差值在 30min 以內(nèi)，可以用作混凝土拌合水。水泥凝結(jié)時(shí)間的測定是在水灰比 0.25 左右情況下測得的，而 C30 混凝土的水膠比為 0.5 左右，大約是測定水泥凝結(jié)時(shí)間的水灰比的 2 倍，如果考慮礦物摻合料替代的水泥減少的量，再加上外加劑對混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響，水泥凝結(jié)時(shí)間波動(dòng) 30min，混凝土凝結(jié)時(shí)間將波動(dòng)到 90～120min。

2.2廢水對水泥膠砂強(qiáng)度的影響

依據(jù) GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法 ISO法》，對廢水摻量為 0%、20%、40%、60%、80%、100%時(shí)，對 3d 和 28d 水泥膠砂抗折和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，水泥膠砂配合比見表 9。

表9　不同摻量廢水的水泥膠砂配合比

廢水不同摻量的情況下，對 3d 和 28d 的水泥膠砂抗折強(qiáng)度和抗強(qiáng)的影響，其試驗(yàn)見表 10。

表10　廢水對水泥膠砂強(qiáng)度的影響

由表 10 試驗(yàn)結(jié)果可知：不同摻量廢水對水泥膠砂 3d、28d 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度影響不大，各摻量下的強(qiáng)度值與飲用水水泥膠砂強(qiáng)度的比值均大于 90%，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水》的要求指標(biāo)，可以作為混凝土用水使用。

根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的計(jì)算公式，碎石混凝土強(qiáng)度 ?cu,0與膠凝材料 28d 膠砂強(qiáng)度 ?b（可以按照水泥 28d 膠砂強(qiáng)度值乘以礦物摻合料的影響系數(shù)求得）存在如下關(guān)系：

從式（2）可知，當(dāng)水膠比一定時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度隨膠凝材料 28d 強(qiáng)度變化而變化，而膠凝材料 28d 膠砂強(qiáng)度與水泥的 28d 強(qiáng)度有很大的關(guān)系。若膠凝材料中粉煤灰摻量為 20%，粉煤灰的影響系數(shù)取 0.8，水泥 28d 膠砂強(qiáng)度變化 1MPa，則膠凝材料 28d 強(qiáng)度變化 0.8MPa。假設(shè) C30 混凝土水膠比為 0.47，代入式（2），混凝土強(qiáng)度將變化約0.7MPa。假如水膠比為 0.3，則水泥強(qiáng)度波動(dòng) 1MPa，混凝土強(qiáng)度波動(dòng)約 1.2MPa。從以上分析來看廢水對水泥膠砂強(qiáng)度影響較小，不會(huì)引起混凝土抗壓強(qiáng)度的較大波動(dòng)。

3　廢水對減水劑減水率的影響

廢水的 pH 值較高，并含有砂、石留下的泥粉等有害雜質(zhì)，這些物質(zhì)將會(huì)對減水劑帶來一定的影響。根據(jù)GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》及GB 8076—2008《混凝土外加劑》，廢水與飲用水對不同種類減水劑的減水率、水泥凈漿流動(dòng)度和 1h 經(jīng)時(shí)損失、凝結(jié)時(shí)間的差別。將所使用減水劑的減水率調(diào)整到 20% 左右，進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果見表 11。

表11　廢水對外加劑性能的影響

從表 11 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，廢水對不同種類的減水劑的凈漿流動(dòng)度和 1h 經(jīng)時(shí)損失的性能指標(biāo)差別很大。從減水率來看：萘系減水劑、脂肪族減水劑的減水率飲用水與廢水差別相差在 2% 左右；氨基磺酸鹽減水劑的減水率差別在 1.5%左右；聚羧酸減水劑的減水率降低最多，減低了 4%。從凈漿流動(dòng)度來看：萘系、脂肪族、氨基磺酸鹽高效減水劑的初始流動(dòng)度，飲用水與廢水相差 20～30mm，1h 經(jīng)時(shí)損失小于30mm；聚羧酸減水劑兩者的初始凈漿流動(dòng)度差值在 70mm 左右，1h 經(jīng)時(shí)損失兩者差值更大，達(dá) 100mm，廢水的 1h 經(jīng)時(shí)損失也達(dá) 45mm，超過 30mm/h。從凝結(jié)時(shí)間來看，廢水對萘系、脂肪族、氨基磺酸鹽減水劑的凝結(jié)時(shí)間影響不大，對聚羧酸減水劑的凝結(jié)時(shí)間縮短 30min 左右。

有研究表明，水泥中的硫酸根含量對于萘系減水劑和脂肪族減水劑存在最佳摻量，水泥凈漿流動(dòng)度及經(jīng)時(shí)損失取決于最佳硫酸根含量，攪拌站廢水中含有的硫酸根離子對萘系和脂肪族的影響較小。廢水中的硫酸根離子影響聚羧酸減水劑在水泥上的吸附量，再加上廢水中的砂石骨料剩余的泥粉吸附一定量的聚羧酸，降低聚羧酸的濃度，使凈漿流動(dòng)性變差。

廢水可以使減水劑減水率降低，使用廢水拌制混凝土?xí)r，應(yīng)盡量避免使用聚羧酸減水劑，使用傳統(tǒng)高效減水劑可以通過提高減水劑摻量來獲得滿意的混凝土工作性。例如，減水劑摻量為 2.0% 時(shí)，減水劑的減水率為 20%，那么摻量改變 0.1%，減水劑相應(yīng)變化 1% 左右。如前面所述，完全使用廢水傳統(tǒng)減水劑減水率降低 2% 左右，可以通過提高外加劑摻量 0.2%來解決。

4　廢水對混凝土性能的影響

4.1廢水對混凝土工作性、抗壓強(qiáng)度的影響

攪拌站廢水含有水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2、礦物摻合料和殘留的外加劑，pH 值較高。國內(nèi)外有許多專家學(xué)者對攪拌站廢水對混凝土性能的影響做大量的研究，并得出很多有價(jià)值的結(jié)論，攪拌站廢水的摻入對混凝土性能并沒有明顯不良影響。結(jié)合我公司廢水的特點(diǎn)，用廢水與飲用水混合使用配制 C20、C30、C40 三種強(qiáng)度的混凝土，廢水分別摻入 0%、20%、40%、60%、80%、100% 進(jìn)行試驗(yàn)，其配合比見表12。

表12　混凝土配合比

依據(jù) GBT 50082—2009《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》，測定 C20、C30、C40 混凝土坍落度和擴(kuò)展度，比較不同摻量的廢水對混凝土拌合物的影響。

C20 混凝土的初始坍落度、擴(kuò)展度和 1h 后坍落度、擴(kuò)展度及抗壓強(qiáng)度見表 13；C30 混凝土的初始坍落度、擴(kuò)展度和1h 后坍落度、擴(kuò)展度及抗壓強(qiáng)度見表 14；C40 混凝土的初始坍落度、擴(kuò)展度和 1h 后坍落度、擴(kuò)展度及抗壓強(qiáng)度見表 15。

從表 13 可以看出，廢水摻量不超過 60% 時(shí)，混凝土的初始坍落度在 180mm 左右，對混凝土的工作性影響不大。超過 60%，隨著廢水摻量的增加，坍落度逐漸減低，混凝土流動(dòng)性降低更快，坍落度 1h 經(jīng)時(shí)損失更大。

從 C20 混凝土的力學(xué)性能來看，強(qiáng)度等級 C20 的混凝土，廢水摻量不宜超過 60%，即混凝土拌合用水的固體廢物含量不超過 3%，混凝土強(qiáng)度等級低于 C20 的混凝土可以適當(dāng)增加廢水的摻量。

表13　C20 混凝土抗壓強(qiáng)度

表14　C30 混凝土抗壓強(qiáng)度

從表 14 可以看出，廢水摻量不超過 40%，混凝土的坍落度在 200mm 左右，混凝土的坍落度、擴(kuò)展度及 1h 的坍落度和擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失均能滿足要求。廢水的摻量對混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，均滿足 C30 強(qiáng)度等級的要求。當(dāng)廢水摻量超過 40% 以后，坍落度與擴(kuò)展度損失較快，不能滿足混凝土工作性的要求。因此，C30 混凝土的廢水最大摻量為 40%，即混凝土拌合用水的固體廢物含量不超過 2%，強(qiáng)度等級降低可以適當(dāng)增加廢水的摻量。

表15　C40 混凝土抗壓強(qiáng)度

從表 15 可以看出，廢水在各摻量下，抗壓強(qiáng)度均能滿足 C40 混凝土要求，說明廢水配制的混凝土在力學(xué)性能上差別不大。對于 C40 的混凝土，廢水摻量不超過 20% 時(shí)，對混凝土的工作性影響不大。廢水的摻量在 20% 時(shí)，初始坍落度為 215mm，擴(kuò)展度為 500×500mm，經(jīng)時(shí)損失小于 30mm/h，工作性能較好。隨著廢水摻量的增加，混凝土工作性逐漸下降，摻量越多，降低的幅度越大。因此，對于 C40 混凝土的廢水摻量不宜超過 20%，即混凝土拌合用水的固體廢物含量不超過 1%，強(qiáng)度等級降低時(shí)，廢水的摻量可以適當(dāng)增加。

4.2廢水對混凝土抗裂性的影響

混凝土塑性開裂是指混凝土處于塑性階段時(shí)產(chǎn)生的塑性變形產(chǎn)生裂縫，這種裂縫伴隨混凝土的凝結(jié)的整個(gè)過程。混凝土的水膠比及原材料等參數(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。

本試驗(yàn)參考 ACI 的試驗(yàn)方法，采用混凝土平板法抗裂試驗(yàn)，選用 C20、C30、C40 三個(gè)強(qiáng)度等級，分別對廢水不同摻量的混凝土拌合物塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、發(fā)展速度和 5h 裂縫寬度測量，混凝土配合比和試驗(yàn)結(jié)果見表 16。

表16　不同廢水摻量對混凝土裂縫的影響

從表 16 可以看出：各強(qiáng)度等級的混凝土均有裂縫產(chǎn)生，隨著廢水摻量的增加，塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間越來越短，5h 裂縫的寬度越來越大。混凝土強(qiáng)度等級越高，塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間越來越短，5h 裂縫的寬度隨著強(qiáng)度等級的增高而變寬。混凝土強(qiáng)度越高隨著攪拌站廢水摻量的增加，5h 裂縫寬度的增幅越來越大。

廢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。在高溫、大風(fēng)蒸發(fā)量較大的天氣下施工，在混凝土二次抹面前，必要時(shí)要進(jìn)行噴霧增濕提高空氣濕度。

5　效益分析

以某混凝土公司為例，混凝土公司擁有混凝土攪拌運(yùn)輸車 15 臺，年產(chǎn)量 20萬m3混凝土，則每月產(chǎn)量約 1.8萬m3(一年生產(chǎn) 11 個(gè)月計(jì)算)，每天平均生產(chǎn)約 600m3。

普通生產(chǎn)日需要拌合水（按每 m3混凝土用水 170kg，砂石含水 50kg）：600m3×120kg/m3=72000kg×10-3=72t。

公司使用的是 12m3的攪拌車，每車每天刷車兩次計(jì)，每次用水 2t，3m3的攪拌機(jī)兩臺，每次用水 0.5t，每天清洗 4 次，洗車次數(shù)：15 輛×2 車次/輛=30車次；刷車及清洗攪拌機(jī)用水總量：30 車次×1 T/車次+2 臺×4 次/臺× 0.5t /次=34t。

刷車洗掉殘余混凝土的成分含量，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)測得混凝土殘余量大約在 1% 左右，按照 1% 計(jì)算；每天刷車沖掉混凝土約：30 車×1%×12m3/車=3.6m3。

清洗攪拌機(jī)流失混凝土質(zhì)量，按 GB/T 9142－2000《混凝土攪拌機(jī)》規(guī)定，混凝土攪拌機(jī)出料殘留率小于 5%，清洗攪拌機(jī)流失混凝土質(zhì)量：2臺×3m3/臺×5%×4次/d=1.2m3/d。

每天流失混凝土質(zhì)量：3.6m3+1.2m3=4.8m3；全年產(chǎn)生固體廢棄物：4.8m3/日×2.38T/m3×330日=3770T。

以使用量比較大的泵送 C30 混凝土配合比計(jì)算流失的骨料：

表17　C30 混凝土生產(chǎn)配合比kg/m3

每天流失砂質(zhì)量：850kg/m3×4.8m3×10-3=4.1t；每天流失石子質(zhì)量：1050kg/m3×4.8m3×10-3=5.0t；每天流失的細(xì)料質(zhì)量，即固體漿料質(zhì)量：

日流失固體漿料為 1.94t，刷車及攪拌機(jī)清洗用水 34t，自然廢水濃度為：1.94÷34×100%=5.7%。

按正常生產(chǎn)用廢水摻量按總用水量 40% 計(jì)算，混凝土生產(chǎn)用水為 170×600m3=102t，需要消耗廢水：102×40%=40.8t，大于每天產(chǎn)生的廢水量 34t，可以實(shí)現(xiàn)廢水的全部利用。

表18　經(jīng)濟(jì)效益分析

6　結(jié)論

（1）廢水對水泥安定性沒有產(chǎn)生不良影響，不同摻量情況下，水泥的凝結(jié)時(shí)間差均小于 30min，抗壓強(qiáng)度均大于90%，隨著摻量的增加水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸增大。

（2）廢水對聚羧酸減水劑的影響大于傳統(tǒng)高效減水劑，萘系、脂肪族的減水率降低 2% 左右，氨基環(huán)酸鹽減水劑減水率減低 4% 左右，聚羧酸減水劑減低高達(dá) 4%。水泥凈漿的經(jīng)時(shí)損失也是聚羧酸減水劑比傳統(tǒng)高效減水劑損失嚴(yán)重。

（3）從 C20、C30、C40 混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度來看，廢水在各強(qiáng)度等級存在最大摻量。C20 廢水摻量不宜超過 60%；C30 廢水摻量不宜超過 40%；C40 廢水摻量不宜超過 20%。

（4）隨著廢水摻量的增加，混凝土抗裂性減低，塑性開裂出現(xiàn)的時(shí)間提前，裂縫寬度變大。

（5）合理使用廢水可以實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

[1] 匡楚勝．論高性能混凝土用水量[J]．混凝土，2001(01)：53-56.

[2] JGJ63—2006．混凝土用水[S]．

[3] JGJ 55—2011．普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

［通訊地址］河南省漯河市舞陽縣(人民路東段)惠達(dá)公路工程有限公司（462400）

耿加會(huì)(1984－)，主要從事混凝土質(zhì)量控制，混凝土技術(shù)研發(fā)。