廢水廢漿回收利用對混凝土性能的影響

梅 超 郭 偉 李志堅

（1珠海澳砼商品混凝土有限公司；2珠海春禾新材料研究院有限公司）

0 引言

隨著我國基建工程不斷地開工建設帶動了商品混凝土行業的發展，自動化程度高、集中攪拌生產商品混凝土的攪拌站，在保證了混凝土質量的前提下極大地提高了生產效率，因此得以迅速發展，被廣泛應用于一些混凝土工程量大、工期長、工地集中的大、中型水利、電力、橋梁等工程中[1]。

混凝土攪拌站保證了工程建設正常推進的同時，在混凝土的生產以及清洗泵送設備和場地的過程中也產生了大量的廢水廢漿。這些廢水廢漿中主要包含有水、未水化的水泥顆粒、殘留的礦物摻合料和外加劑等，呈堿性，其PH可達12以上。如果對這些廢料廢水不加以處理直接排放，不僅會對排污系統造成堵塞，還會對周邊土壤和水質環境造成嚴重的污染。據行業內相關人員統計，混凝土攪拌站每生產1m3混凝土的同時大約會產生40㎏的廢渣和0.1m3的廢水廢漿。而隨著國民環保意識的增強和我國環保壓力的增加，在混凝土的生產過程中實行清潔生產、綠色生產變得越來越重要。在保證混凝土施工質量要求的前提下，攪拌站如果能對生產過程中產生的廢水廢漿進行技術處理后循環利用，不僅能有效地減少廢棄物的排放，降低對周圍環境污染，還能減少廢料對場地的占用，降低生產成本，具有很高的環保效益和經濟價值[2]。因此，越來越多的混凝土生產企業和相關技術人員開始重視對混凝土攪拌站廢水廢漿的回收利用，并開展了相關的實驗研究。

1 廢水廢漿對混凝土性能的影響

1.1 對水泥膠砂性能的影響

施展[3]等通過對攪拌站廢漿進行成份與形貌分析，研究了不同廢漿摻量對凈漿流動性和經時損失的影響后發現，隨著廢漿摻量的增加，水泥凈漿的流動性下降，經時損失增大，其中當廢水固含量在4%以下時，水泥凈漿的1h經時損失小于20mm，當廢水固含量超過4%之后，會使水泥凈漿的1h經時損失顯著增大，達55～95mm，而向水泥凈漿中摻入保坍劑后也不能完全緩解經時損失。馬新偉[4]等通過實驗研究了不同摻量以及不同齡期的廢漿對水泥膠砂試樣3天和28天強度的影響，結果表明：不同齡期和不同摻量的廢漿均能不同程度地提高水泥膠砂的3天抗壓強度，但是對水泥膠砂的28天抗壓強度影響卻不明顯，其中當廢漿齡期為12小時，摻量為6%時，水泥膠砂的3天和28天強度最高，效果最好。白延平[5]等分別將廢水泥漿澄清液、水泥漿體以及干燥后的廢漿粉體摻入到水泥膠砂中，研究了對水泥膠砂流動度以及抗壓強度的影響。通過與基準膠砂組做對比后發現：摻入了廢水泥漿澄清液和水泥漿體的膠砂試樣，其流動度與基準組相比會增大，但其28天和56天抗壓強度均無明顯變化；而采用廢漿粉末取代水泥后會導致膠砂的流動度和抗壓強度均大幅下降，其中當廢漿粉末的摻量為30%時，水泥膠砂的28天活性指數最低只有24.6%。

廢水泥漿影響水泥膠砂性能的原因主要是由于廢漿干燥后的粉體中，主要是已經水化的水泥產物和細集料，而干燥后的這些粉末顆粒表面孔隙多、自身的含泥量和燒失量大，在制備水泥膠砂時會吸附更多的水，從而使水泥膠砂的流動度明顯降低。而廢水泥漿會對水泥膠砂試樣早期強度的發展有一定的促進作用是因為：混凝土中水泥的水化過程本身就比較漫長，齡期較短的廢水廢漿在放置時已經水化生成了一部分水化產物，這些水化產物在一定程度上能促進水泥的進一步水化，加快混凝土早期強度的發展，同時在一定時間內這些廢水廢漿仍然具備繼續水化的潛力。

1.2 對混凝土工作性能的影響

劉志杰[6]等將攪拌站的廢水與飲用水混合后制備出了C20、C30、C40三種不同強度的混凝土，并研究了廢水摻量對混凝土工作性能的影響。結果發現：為了保證混凝土良好的工作性能，C20、C30、C40混凝土中廢水的最大摻量分別為60%、40%和20%。當廢水的摻量在不同強度等級的混凝土中超過了上述最大值時，摻量越大，混凝土的塌落度和流動性降低得也就越快。張廣勇[7]等將廢水泥漿中的沉淀物烘干后制備出了不同強度等級的混凝土，研究發現在中低強度等級混凝（C30、C40）中，當烘干后的沉淀粉料摻量不超過12%時，混凝土仍具備良好的工作性能和力學性能，能夠滿足工地施工質量的要求。彭孟啟[8]等通過與清水作對比，研究了攪拌站廢水廢漿的澄清液對不同強度等級混凝土的初始坍落度、擴展度、1小時坍損、1小時后擴展度的影響。結果表明加入廢水廢漿的澄清液后，不同強度等級混凝土的初始坍落度和初始擴展度基本沒有變化，同時存放了一定時間的廢漿澄清液還能改善混凝土的1小時坍損。

廢水廢漿對混凝土工作性能產生影響的主要原因是普通硅酸鹽水泥在水化過程中，水泥熟料中的礦物硅酸三鈣和硅酸二鈣與混凝土中的自由水結合會產生氫氧化鈣使環境呈堿性，而攪拌站的廢水澄清液本身為含有大量氫氧根離子的堿性溶液，將廢漿澄清液用于制備混凝土時，會抑制水泥熟料中硅酸三鈣和硅酸二鈣與自由水的結合，使混凝土中自由水的消耗相對減少，從而表現為混凝土的坍損減小。

1.3 對混凝土力學性能的影響

殷學宇[9]等利用含固量為8%的廢漿水分別取代30%、40%、50%、100%的清水制備了C25、C30、C35不同強度等級的混凝土，通過對比試樣的7天和28天抗壓強度發現，相同強度等級的混凝土，摻入廢漿水后能在一定程度上提升混凝土的7天和28天抗壓強度。曲新業[10]等利用含固量為14.5%的廢漿分別以內摻法代替水研究了廢漿的摻量對C30混凝土抗壓強度的影響，結果發現：當廢漿的摻量在0～30%的范圍內時，C30混凝土的強度隨著廢漿摻量的提高而增加，而當廢漿摻量超過30%時，C30混凝土的強度會隨著摻量的增加而減小。楊欣華[11]等選用不同攪拌站的廢水廢漿進行混凝土實驗后發現在C30、C45、C60混凝土中，當廢水廢漿的摻量在0～45%之間時，對混凝土7天和28天抗壓強度的影響無明顯規律，而當廢水廢漿在砂漿中的摻量在0～60%之間時，會導致砂漿前期（3天和7天）抗壓強度略微降低，而28天抗壓強度略微增大。

從以上研究可以看出不同攪拌站產生的廢水廢漿對混凝土力學性能的影響規律不完全相同，這可能是不同攪拌站的廢水廢漿在性質上存在一定的差異導致的，但是當廢水廢漿的摻量在一定范圍內時，基本上不會影響中低強度混凝土的力學性能，完全可以滿足混凝土的正常使用要求。

1.4 對混凝土耐久性能的影響

鞏亞敏[12]等利用固量為2%、4%、6%的廢水進行了C20～C50不同強度等級的混凝土耐久性實驗，并測試了混凝土的抗凍性能、抗滲性能、早期抗裂性能、抗碳化性能以及電通量，結果顯示不同強度等級混凝土的參數測試結果均符合規范要求。莊晶晶[13]利用不同摻量的攪拌站廢漿和自來水混合后制備了C30和C50混凝土，并研究了廢漿的摻量對混凝土抗氯離子滲透和抗碳化能力的影響，研究顯示：在C30和C50混凝土中摻入廢漿后混凝土的電通量數據與空白組（不摻廢漿）相比要小，而且隨著廢漿摻量的增加，混凝土的電通量逐漸下降，同時廢漿摻量越大混凝土的抗碳化深度也越低，說明廢漿有利于提高混凝土的抗氯離子滲透和抗碳化能力。

廢漿能提升混凝土耐久性的原因主要是廢水廢漿中含有的固體顆粒以及殘余活性粉料發生反應后生成的產物能夠填充混凝土結構體系中的孔隙，降低了混凝土表面結構的孔隙率，使混凝土的結構變得更為緊密，抗氯離子滲透能力得到提升[14]。同時廢水廢漿自身的堿性較強，摻入到混凝土中能夠對空氣中的二氧化碳與水泥水化產物的反應產生一定的抑制作用，這也增強了混凝土的抗碳化能力[13]。

2 目前存在的問題

目前，攪拌站產生的廢水廢漿在實際應用中還存在許多問題，一是由于攪拌站沉淀池中廢水的濃度和含固量很不穩定，波動較大，因此在回收利用特別是用于混凝土的生產時，在保證混凝土質量要求的前提下，廢水廢漿的摻量范圍也會發生改變，這就要求攪拌站在實際生產中利用工藝設備來保持廢水廢漿濃度的相對穩定，二是國內不同混凝土攪拌站對廢水廢漿的處理設備和技術水平參差不齊，不同的攪拌站都要根據各自所回收的廢漿水先進行大量試驗、并驗證后再投入使用，這些都加大了攪拌站廢水廢漿回收利用的難度。

3 結語與展望

針對攪拌站產生的廢水廢漿，國內外相關技術人員做了大量的實驗研究，總體而言，對攪拌站產生的廢水廢漿進行回收利用是可行的。當前國家在大力推行和提倡建設綠色混凝土攪拌站，要求混凝土生產企業在過程中實行清潔生產、綠色生產、減少消耗，因此攪拌站如何對產生的廢水廢漿實現更高效地回收利用，對混凝土行業健康可持續發展具有重要意義。