攪拌站廢水濃度對混凝土性能的影響

穆建明，戴曉東，曹春弟

（1. 浙江大源混凝土制品有限公司，浙江 嘉興 314201；2. 海寧市金鑫混凝土有限公司，浙江 嘉興314416；3. 平湖南方混凝土制品有限公司，浙江 嘉興 314201）

0 前言

出于清潔生產的需要，混凝土攪拌站每天產生大量的廢水，這些廢水主要來源于生產設備和運輸車輛的清洗，同時含有生活污水，這導致了攪拌站廢水成分復雜[1]。學者研究發現，攪拌站排放的廢水含堿量高，固體物質含有未水化的水泥、礦物摻合料和部分泥狀顆粒[2,3]。為了節約成本和環保要求，有些攪拌站將高濃度的廢水直接應用混凝土生產，并未考慮廢水濃度對混凝土性能及外加劑應用產生的負面影響，這容易造成混凝土坍落度損失大、強度發展不良等問題[4]。

本文通過采集攪拌站廢水與自來水進行混合得到不同濃度的拌合水，研究廢水濃度對聚羧酸減水劑性能的影響，以期為混凝土生產和外加劑應用提供理論和實際參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥采用南方 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用Ⅱ級灰，礦粉采用 S95。水泥的主要性能指標見表 1，水泥、煤灰和礦粉的化學組成見表 2。

（2）外加劑采用科之杰聚羧酸減水劑，固含量為18.5%，推薦摻量為 0.8%～2.5%。

（3）細集料中天然砂細度模數為 1.6，機制砂細度模數為 2.9，石粉含量 6.0%；粗集料采用小石（5～10mm）和大石（10～20mm）混合使用。

表 1 水泥的性能指標結果

（4）拌合水：取攪拌站廢水沉淀池的污泥經過烘干過 100 目方孔篩，去除雜質和有機物，將獲得的粉體與自來水進行混合，獲得固含量為 0%、1.5%、3.0%、4.5%、6.0% 的廢水作為備用。對所取攪拌站廢水進行烘干粉磨，測試固體物質化學組成，結果見表 3。

表 2 水泥、粉煤灰和礦粉的化學組成 %

表 3 攪拌站廢水中固體物質化學分析結果 %

1.2 試驗方法

（1）聚羧酸減水劑相關試驗參照 GB 8076—2008《混凝土外加劑》和 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行。

（2）混凝土工作性能試驗按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。混凝土力學性能試驗 按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，成型100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測定混凝土 7d和 28d 的抗壓強度。

（3）采用接觸法測試混凝土不同齡期的收縮變形性能。按照混凝土配比成型尺寸 100mm×100mm×515mm 的棱柱體試件，每組 3 塊，并預埋測頭，帶模養護 1d 后脫模，放置溫度為 (20±2)℃、相對濕度為95% 的養護室進行養護，測試不同齡期的混凝土收縮率，計算公式如下：

式中：

εt——試驗期為 t(d) 的混凝土收縮率，%；

L0——時間長度的初始度數，mm；

Lt——試件在試驗期 t(d) 時測得的長度讀數，mm；

Lb——試件的測量標距，mm。

1.3 試驗配合比及原材料用量

為測試攪拌站廢水對混凝土拌合物工作性能及硬化后混凝土的強度和提及穩定性的影響，采用固定聚羧酸外加劑摻量，摻入不同濃度的廢水進行試驗。采用 C30等級，試驗配合比及原材料用量見表 4。

2 試驗結果及討論

表 4 試驗配合比及原材料用量 kg/m3

2.1 外加劑減水率

聚羧酸減水劑本身特殊的分子結構特征表現出對原材料變化較為敏感，廢水中固體物質成分復雜，可能對外加劑減水效率的發揮產生一定影響。采用聚羧酸摻量1.8%，測試初始膠砂流動度在 (180±5)mm 時的水泥膠砂減水率，結果見圖 1。

結果表明廢水中固體雜質都造成聚羧酸減水劑減水率的下降，尤其當廢水濃度超過 3% 后聚羧酸減水劑作用顯著下降，這可能是廢水含有泥對聚羧酸形成了競爭吸附，同時廢水堿含量較高，對減水劑減水率也造成不利影響[6]。

圖 1 廢水濃度對聚羧酸減水劑減水率的影響

2.2 摻外加劑的混凝土工作性能

為研究不同廢水濃度對摻外加劑的混凝土工作性能的影響，采用表 5 所示配合比進行試驗。

表 5 摻加外加劑的混凝土工作性能

采用廢水拌和后的混凝土初始坍落度和初始擴展度都有所降低，且隨廢水濃度增加混凝土 1h 坍落度和擴展度損失加快，當廢水濃度達到 6.0% 時，混凝土初始擴展度相比基準降低 22%，1h 后流動性較差，施工性能大幅下降。

2.3 摻外加劑混凝土力學性能

混凝土的強度好壞關乎建筑結構服役后的安全和耐久性，對摻加外加劑后的混凝土力學性能進行研究，結果見表 6 和圖 2。

表 6 不同廢水濃度的混凝土力學性能

圖 2 不同廢水濃度的聚羧酸減水劑混凝土力學性能

結果顯示，混凝土力學性能隨廢水濃度增加，混凝土抗壓強度都有所下降。當廢水濃度在1.5%以下時混凝土抗壓強度降低幅度較小，之后混凝土早期和后期強度都出現較大下降。這可能是由于廢水中的粉體對聚羧酸產生吸附，造成混凝土工作性能下降，混凝土內部缺陷增多，抵抗外力荷載的能力減弱。

2.4 摻外加劑的混凝土收縮

對摻加聚羧酸外加劑的混凝土體積穩定性進行研究，測試了室內養護（溫度 (20±2)℃，相對濕度(60±5)%）下的混凝土收縮值。結果見表 7 和圖 3。

表 7 不同廢水濃度的混凝土相對收縮（×10-6）

圖 3 廢水濃度對混凝土收縮的影響

圖 3 結果顯示室內養護條件下，摻加廢水后混凝土1d、3d 齡期相比基準收縮差別較小，隨著齡期增加，濃度較高的廢水混凝土收縮增大，尤其是當濃度超過3% 時，混凝土后期收縮較為明顯。這可能是因為廢水造成聚羧酸減水效率降低，水泥水化程度不足，水化生成的凝膠和鈣礬石無法對混凝土收縮起到補償作用[7]。

3 結論

（1）廢水中粉體會對聚羧酸減水劑分子產生競爭吸附，造成聚羧酸減水劑減水效率下降。

（2）用攪拌站廢水拌合后的混凝土初始坍落度和擴展度都有所下降，1h 經時坍落度和擴展度損失加快，當廢水濃度達到 6% 時，混凝土工作性能損失明顯，施工性能大幅降低。

（3）當廢水濃度超過 1.5% 后混凝土強度降低較為明顯，這可能是廢水對聚羧酸減水劑分子產生吸附，膠凝材料水化程度下降，導致混凝土強度發展不良。

（4）高濃度廢水使得混凝土在室內養護下的收縮率增加，這也增大了混凝土在服役過程中的收縮開裂風險。