混凝土廢漿水對C30混凝土性能的影響

黑金龍，宋學鋒，梁麗敏

（1. 西安建筑科技大學 材料與礦資學院，陜西 西安 710055；2. 云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司，云南 昆明 650501）

預拌混凝土攪拌站一直被認為是“臟、亂、差”的企業，在生產混凝土過程中，不斷產生廢水、廢渣和噪音等污染，與城市生態環境友好發展相背離，使得商品混凝土領域的發展面臨著新的挑戰。據行業長期數據統計，每生產 1 方混凝土將平均產生 40kg 的廢渣、廢料，產生 0.1 方的廢漿水。廢渣廢料大多攪拌站通過砂石分離機分離后回收利用，廢漿水的處理就顯得比較困難[1]。如果對廢漿水不進行處理，則全國攪拌站每年將產生 1.79 億方的廢漿水，這是一個非常驚人的數量。

為貫徹落實《綠色建筑行動方案》（國辦發[2013]1 號）文件精神，目前全國各地已著手建設綠色混凝土攪拌站，成為繼預拌混凝土、散裝水泥、預拌砂漿“三位一體”城市散裝水泥發展格局之后的一大創舉，其中混凝土廢漿水的處理是制約混凝土行業綠色健康發展的一大難題。本文就混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中對混凝土性能影響做了初步研究，為混凝土廢漿水的循環利用提供一定的參考。

1 試驗

1.1 原材料

（1）混凝土廢漿水選用云南建投曲靖建材金龍攪拌站混凝土沉淀池。

（2）水泥選用曲靖雄業水泥廠的 P·O42.5水泥，性能指標見表1。

（3）粉煤灰選用泉恩Ⅱ級粉煤灰，為電廠分選灰，細度 12.5%，需水量比 99%。

（4）粗骨料選用尖腦子石場，5～31.5mm 連續級配，含泥量 0.3%，針片狀含量 4%，壓碎指標 8.6%。

（5）細集料選用尖腦子石場細度模數為 2.9 的Ⅱ區中砂，石粉含量 6.7%，MB 值 1.3。

（6）外加劑使用云南建投高分子公司高性能聚羧酸減水劑，固含量 10%，減水率 28.6%。

表1 水泥性能指標

1.2 試驗方法

（1）混凝土廢漿水澄清液的 pH 值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸鹽含量、堿含量等按照 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》進行檢測。

（2）混凝土廢漿水干粉化學分析按照 GB/T 176—2008《水泥化學分析方法》進行檢測。

（3）混凝土廢漿水固含量與密度關系用表觀密度檢測方法進行檢測[2]。

（4）混凝土工作性能、力學性能和耐久性能分別按照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2016《普通混凝土力學性能試驗方法標準》和 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的平板法早期抗裂試驗進行檢測。

1.3 配合比

混凝土廢漿水主要是由混凝土攪拌站清洗罐車的漿水、清洗攪拌機的漿水和剩余混凝土分離后的漿水等組成，組分主要是水、膠凝材料、砂石料經分離后粒徑小于 0.08mm 的石粉和少量泥粉（亞甲藍試驗合格）。研究分別將 0%、20%、40%、60%、80% 和 100% 的混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中，觀察對混凝土工作性能、力學性能和早期抗裂性能的影響規律，確定混凝土廢漿水用于混凝土中的最佳摻量和用量范圍。

混凝土廢漿水中固體含量主要是各種粉體材料，混凝土需水量隨著粉料比表面積增大而增加。試驗過程中混凝土廢漿水的固體含量等量替代機制砂，所含水分等量替代用水量[3]。試驗采用 C30 混凝土作為基準配方，其中單方混凝土中摻入的廢漿固體含量分別為 0kg、2.5kg、5kg、7.5kg、10kg、12.5kg，試驗要求初始坍落度控制在 (200±20)mm。混凝土配合比見表2。

表2 配合比 kg/m3

2 試驗結果與討論

2.1 混凝土廢漿水的性能指標

混凝土廢漿水澄清液檢測結果見表3。根據表3 的檢測結果顯示，混凝土廢漿水澄清液 pH 值為 13.3，呈強堿性，未檢出不溶物，可溶物、氯化物、硫酸鹽含量、堿含量等檢測結果完全滿足 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的要求，可用于混凝土的生產拌制。

混凝土廢漿干粉的化學成分分析見表4，根據表4內容判斷混凝土廢漿干粉均來自于混凝土中各種原材料，摻入混凝土中不會影響對混凝土的正常水化反應。

表3 混凝土廢漿水澄清液性能指標

表4 混凝土廢漿干粉成分分析 %

試驗證明，混凝土廢漿水經沉淀烘干后為塊狀固體，若在試驗中將固體干粉根據重量摻入混凝土中，固體干粉不能均勻快速分散，對混凝土工作性能影響較大。為準確模擬混凝土廢漿水在固液混合的漿體狀態下對混凝土性能的影響，對混凝土廢漿水固含量和廢漿水密度在不同時段取樣測試，洗車高峰期的混凝土廢漿水含固量可達 10%～13%，洗車低谷期最小只有0.5%～3%，生產情況下一般在 4%～8% 之間，據此作混凝土廢漿水固含量與密度關系圖，如圖1 所示。

圖1 混凝土廢漿水固含量與密度的關系圖

經過線性擬合可知廢漿的密度和固含量呈線性關系，表達式為：

式中：ρ——混凝土廢漿水密度，kg/m3；

w——混凝土廢漿水固含量，即混凝土廢漿

水中固體顆粒的含量，%；

r——相關系數。

本試驗采用混凝土廢漿水的密度為 1053kg/m3，由式 (1) 計算得出，含固量應為 7.5%。

2.2 混凝土廢漿水對 C30 混凝土常規性能的影響

單方混凝土中摻入的廢漿固體含量分別為 0kg、2.5kg、5kg、7.5kg、10kg、12.5kg 的各項性能檢測結果如表5。

圖2 和圖3 為不同摻量混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中，混凝土坍落度和擴展度的狀況。隨著混凝土廢漿水摻入量的增加，混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時，混凝土坍落度、擴展度幾乎無變化，混凝土工作性能略有改善；當混凝土廢漿水摻量超過 60% 時，工作性有明顯下降。

根據圖2 和圖3 可以明顯看出，當混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時，混凝土 30min 和 60min 的坍落度和擴展度規律一致，說明混凝土廢漿水對混凝土工作性影響較小。摻量超過 60% 時，60min 混凝土的坍落度和擴展度損失非常明顯，可能是混凝土廢漿水為強堿性，影響了外加劑在混凝土中的效果，同時廢漿水中的顆粒對外加劑的吸附作用強，降低了混凝土的工作性能[4]。

表5 摻不同摻量廢漿水 C30 混凝土各項性能檢測結果

圖2 摻不同量廢漿水后混凝土坍落度

圖3 摻不同量廢漿水后混凝土擴展度

通過將不同摻量的混凝土廢漿水摻入混凝土中，觀察混凝土強度發展可以定性分析廢漿水在水泥水化過程中所起的作用。強度發展情況見圖4。

隨著單方混凝土廢漿水摻量從 0% 增加到 40%，混凝土早期強度有 5% 的提高（摻量為 20% 的配方 3d 強度有異常），28d 強度基本持平；摻量超過 60% 時，混凝土早期強度下降 2%～5%；摻量達到 80% 時，早期強度與 60% 摻量時接近，28d 強度下降 10%，下降明顯；單方摻量 100% 時，混凝土 28d 強度下降約 1 個等級。

圖4 C30 混凝土摻不同量混凝土廢漿水的強度情況

當混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時，混凝土強度略有增長，可能是混凝土廢漿水有一定的活性，同時廢漿水中的顆粒作為填充物填充了混凝土中的孔隙，一定程度上增加了混凝土的密實性。當摻量超過 60% 時混凝土強度出現明顯下降趨勢，可能是混凝土廢漿水的活性較低，同時混凝土中廢漿水量過多會導致混凝土顆粒間、水泥砂漿與石子間的粘結力下降，降低了混凝土強度[5]。

2.3 混凝土廢漿水對混凝土早期抗裂性能的影響

采用混凝土平板法抗裂試驗，C30 等級混凝土摻不同用量的混凝土廢漿水，對混凝土拌合物塑性裂縫出現的時間、最大裂縫寬度和總開裂面積進行測量，試驗結果見圖5～7 及表6。

混凝土中摻入廢漿水對混凝土早期抗裂性能有一定的影響，試驗表明當混凝土廢漿水摻量不超過 60%時，混凝土裂縫發生時間略有提前，開裂面積略有增加，但抗裂性能屬于同一級別；當摻量超過 60% 時，開裂時間同樣提前，開裂面積增大明顯，抗裂等級降低一個等級。

隨著廢漿水摻量的增加，塑性裂縫出現的時間越來越短，最大裂縫的寬度越來越大，開裂面積越來越大。廢漿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護，及時進行二次抹面。

圖5 摻量為 0% 和 20% 的最大裂縫寬度

圖6 摻量為 40% 和 60% 的最大裂縫寬度

圖7 摻量為 80% 和 100% 的最大裂縫寬度

表6 C30 混凝土早期抗裂性能檢測表

混凝土塑性開裂伴隨混凝土的凝結的整個過程?；炷恋乃z比及原材料等參數對混凝土的塑性開裂有重要的影響，這些參數主要影響新拌混凝土的塑性狀態和水泥水化進程。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，才能采取有效的措施控制裂縫[6]。

3 結論

（1）混凝土廢漿水化學成分滿足混凝土用水，可以用于混凝土生產中。

（2）以 7.5% 濃度的混凝土廢漿水試配 C30 混凝土為例，混凝土中摻入混凝土廢漿水不超過 60% 時，對混凝土工作性能、強度、早期抗裂性能影響較小。

（3）單方混凝土中摻入混凝土廢漿水超過60%時，混凝土初始工作性可以滿足，但經時損失大，混凝土抗壓強度明顯降低，混凝土早期抗裂性能明顯下降，綜合性能均有明顯下降。

[1]黎陽.淺談預拌混凝土攪拌站回收水系統應用技術[J].廣東建材，2016,9∶ 66-68.

[2]王玥，李丹陽，張慧愛.廢水泥漿水在預拌混凝土生產中的循環利用[J].山西建筑，2015,41(5)∶ 95-96.

[3]楊根宏，楊松林，曹達純，等.混凝土攪拌站廢漿回收利用的研究與應用[J].廣東建材，2013,9∶ 64-67.

[4]楊志偉，石從黎，張克.攪拌站廢棄泥漿循環利用方法的研究[J].固廢利用，2012,4∶ 25-27.

[5]魯俊.混凝土攪拌站回收水對混凝土性能的影響[J].廣東建材，2016,9∶ 74-75.

[6]張意，陳家全，何小勇.預拌混凝土廢水泥漿循環利用研究[J].建筑材料，2010,80(9)∶ 35-39.