攪拌站廢水濃度對(duì)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(chǎn)的需要，混凝土攪拌站每天產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水主要來源于生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸車輛的清洗，同時(shí)含有生活污水，這導(dǎo)致了攪拌站廢水成分復(fù)雜[1]。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，攪拌站排放的廢水含堿量高，固體物質(zhì)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(jié)約成本和環(huán)保要求，有些攪拌站將高濃度的廢水直接應(yīng)用混凝土生產(chǎn)，并未考慮廢水濃度對(duì)混凝土性能及外加劑應(yīng)用產(chǎn)生的負(fù)面影響，這容易造成混凝土坍落度損失大、強(qiáng)度發(fā)展不良等問題[4]。

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

1 原材料及試驗(yàn)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(jí)灰，礦粉采用 S95。水泥的主要性能指標(biāo)見表 1，水泥、煤灰和礦粉的化學(xué)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(xì)集料中天然砂細(xì)度模數(shù)為 1.6，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)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(biāo)結(jié)果

（4）拌合水：取攪拌站廢水沉淀池的污泥經(jīng)過烘干過 100 目方孔篩，去除雜質(zhì)和有機(jī)物，將獲得的粉體與自來水進(jìn)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(duì)所取攪拌站廢水進(jìn)行烘干粉磨，測(cè)試固體物質(zhì)化學(xué)組成，結(jié)果見表 3。

表 2 水泥、粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成 %

表 3 攪拌站廢水中固體物質(zhì)化學(xué)分析結(jié)果 %

1.2 試驗(yàn)方法

（1）聚羧酸減水劑相關(guān)試驗(yàn)參照 GB 8076—2008《混凝土外加劑》和 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

（2）混凝土工作性能試驗(yàn)按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。混凝土力學(xué)性能試驗(yàn) 按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，成型100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測(cè)定混凝土 7d和 28d 的抗壓強(qiáng)度。

（3）采用接觸法測(cè)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(yù)埋測(cè)頭，帶模養(yǎng)護(hù) 1d 后脫模，放置溫度為 (20±2)℃、相對(duì)濕度為95% 的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)試不同齡期的混凝土收縮率，計(jì)算公式如下：

式中：

εt——試驗(yàn)期為 t(d) 的混凝土收縮率，%；

L0——時(shí)間長(zhǎng)度的初始度數(shù)，mm；

Lt——試件在試驗(yàn)期 t(d) 時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度讀數(shù)，mm；

Lb——試件的測(cè)量標(biāo)距，mm。

1.3 試驗(yàn)配合比及原材料用量

為測(cè)試攪拌站廢水對(duì)混凝土拌合物工作性能及硬化后混凝土的強(qiáng)度和提及穩(wěn)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(jìn)行試驗(yàn)。采用 C30等級(jí)，試驗(yàn)配合比及原材料用量見表 4。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

表 4 試驗(yàn)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(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出對(duì)原材料變化較為敏感，廢水中固體物質(zhì)成分復(fù)雜，可能對(duì)外加劑減水效率的發(fā)揮產(chǎn)生一定影響。采用聚羧酸摻量1.8%，測(cè)試初始膠砂流動(dòng)度在 (180±5)mm 時(shí)的水泥膠砂減水率，結(jié)果見圖 1。

結(jié)果表明廢水中固體雜質(zhì)都造成聚羧酸減水劑減水率的下降，尤其當(dāng)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(duì)聚羧酸形成了競(jìng)爭(zhēng)吸附，同時(shí)廢水堿含量較高，對(duì)減水劑減水率也造成不利影響[6]。

圖 1 廢水濃度對(duì)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(duì)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(jìn)行試驗(yàn)。

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(kuò)展度都有所降低，且隨廢水濃度增加混凝土 1h 坍落度和擴(kuò)展度損失加快，當(dāng)廢水濃度達(dá)到 6.0% 時(shí)，混凝土初始擴(kuò)展度相比基準(zhǔn)降低 22%，1h 后流動(dòng)性較差，施工性能大幅下降。

2.3 摻外加劑混凝土力學(xué)性能

混凝土的強(qiáng)度好壞關(guān)乎建筑結(jié)構(gòu)服役后的安全和耐久性，對(duì)摻加外加劑后的混凝土力學(xué)性能進(jìn)行研究，結(jié)果見表 6 和圖 2。

表 6 不同廢水濃度的混凝土力學(xué)性能

圖 2 不同廢水濃度的聚羧酸減水劑混凝土力學(xué)性能

結(jié)果顯示，混凝土力學(xué)性能隨廢水濃度增加，混凝土抗壓強(qiáng)度都有所下降。當(dāng)廢水濃度在1.5%以下時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度較小，之后混凝土早期和后期強(qiáng)度都出現(xiàn)較大下降。這可能是由于廢水中的粉體對(duì)聚羧酸產(chǎn)生吸附，造成混凝土工作性能下降，混凝土內(nèi)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(duì)摻加聚羧酸外加劑的混凝土體積穩(wěn)定性進(jìn)行研究，測(cè)試了室內(nèi)養(yǎng)護(hù)（溫度 (20±2)℃，相對(duì)濕度(60±5)%）下的混凝土收縮值。結(jié)果見表 7 和圖 3。

表 7 不同廢水濃度的混凝土相對(duì)收縮（×10-6）

圖 3 廢水濃度對(duì)混凝土收縮的影響

圖 3 結(jié)果顯示室內(nèi)養(yǎng)護(hù)條件下，摻加廢水后混凝土1d、3d 齡期相比基準(zhǔn)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(dāng)濃度超過3% 時(shí)，混凝土后期收縮較為明顯。這可能是因?yàn)閺U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(duì)混凝土收縮起到補(bǔ)償作用[7]。

3 結(jié)論

（1）廢水中粉體會(huì)對(duì)聚羧酸減水劑分子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)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(kuò)展度都有所下降，1h 經(jīng)時(shí)坍落度和擴(kuò)展度損失加快，當(dāng)廢水濃度達(dá)到 6% 時(shí)，混凝土工作性能損失明顯，施工性能大幅降低。

（3）當(dāng)廢水濃度超過 1.5% 后混凝土強(qiáng)度降低較為明顯，這可能是廢水對(duì)聚羧酸減水劑分子產(chǎn)生吸附，膠凝材料水化程度下降，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度發(fā)展不良。

（4）高濃度廢水使得混凝土在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)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(fēng)險(xiǎn)。