搅拌站废水作为混凝土拌和用水的试验研究-技术创新

搅拌站废水作为混凝土拌和用水的试验研究

日期：2016-8-12 14:52:08　来源：互联网　浏览数：
　

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0· 引言
    目前，我国水资源日益匮乏，一方面，混凝土搅拌站大量利用饮用水作为混凝土拌和水，对水资源造成了极大的浪费［1］; 另一方面，搅拌站在冲洗、搅拌、运输、清洗泵送设备及场地时会产生大量的搅拌站废水，对环境造成了较大的污染［2］。因此，将搅拌站废水与清水按一定比例混合作为混凝土拌和水，是提高混凝土废水资源化利用率的重要举措。混凝土搅拌站拌和水中残留有一定量的水泥、矿物掺和料及外加剂，pH 值较高。已经有学者对搅拌站废水制备混凝土有了一定的研究，但大多集中在对较低强度( C20～C40) 混凝土的研究［3］，对中高强度混凝土的研究较少。为综合考虑搅拌站废水对于水泥及混凝土的应用价值，试验研究了废水对水泥凝结、硬化以及强度的影响规律。并利用搅拌站废水制备了强度等级为C60 的混凝土，研究了废水掺量对其强度的影响规律。
    1 ·试验原料
    1．1 原材料
    ( 1) 水泥: 陕西冀东水泥生产的P·O 42．5 级水泥，其基本性能如表1 所示。

    ( 2) 集料: 细骨料: 西安渭河中砂，细度模数2．1，含泥量2．9%; 粗骨料: 5～31．5 mm 连续级配卵石，含泥量1．3%，针片状含量2%，压碎指标5．0%。
    ( 3) 砂: ISO 标准砂。
    ( 4) 外加剂: 大连西卡聚羧酸减水剂，含固量18．5%。
    ( 5) 矿物掺合料: 陕西渭南电厂II 级粉煤灰，其45 μm方孔筛余量为15．4%; 陕西韩城电厂德龙牌S95 级矿渣粉，其比表面积为455 m2 kg。
    ( 6) 水: 取自中建商品混凝土西安公司沣谓站冲地、冲洗搅拌车、搅拌机和报废混凝土分离废水，经2 级沉淀池沉淀后，将浓度为1%、2%、3%的废水分别与pH 值为7．0的自来水混合作为试验用水，废水掺量分别为0、20%、40%、60%、80%和100%。废水的性能指标如表2所示。

    1．2 试验方法
    废水的浓度，pH 值测试参考JGJ 63—2006《混凝土用水标准》，氯离子的测定参考GB/T 11896—1989《水质氯化物的测定方法》，硫酸根离子的测定参考标准GB 11899—1989《水质硫酸盐的测定》。胶砂流动性参照GBT 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》标准试验来测试。水泥标准稠度需水量、凝结时间和安定性试验参照GB/T1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。胶砂强度试验按GBT 17671—2005《水泥胶砂强度检验方法( ISO 法) 》标准进行搅拌，其中胶砂比1 ∶ 1．5，水胶比为0．35，成型尺寸为40 mm × 40 mm × 160 mm，在标准恒温恒湿养护箱养护1 d 后脱模进行标准养护至龄期。混凝土强度按照GBT 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》标准进行相关操作。
    2·试验结果及分析讨论
    2．1 对水泥胶砂流动度的影响
    浓度分别为1%、2%和3%的废水以不同掺量加入到水泥砂浆中，其胶砂流动性试验结果如图1所示。

    从图1 中可以看出，掺不同浓度废水试件的胶砂流动性，相较于基准试样的流动度，均有所降低。且1%浓度废水对水泥胶砂流动度的影响比较明显。这主要由于废水中含有的固体悬浮颗粒细度较低，且有一定的吸附性。因此，在相同用水量的情况下，掺入废水后胶砂流动度降低。
    2．2 对标准稠度需水量、凝结时间的影响
    试验对比了在不同浓度下，不同比例废水与清水混合对水泥标准稠度和凝结时间的影响，试验结果如图2、3 所示。

    从图2中可以看出，不同浓度废水随着掺量的增加，标准稠度需水量逐渐变大。因为废水中含有一些悬浮颗粒，在沉淀池中不易沉淀，这些颗粒会增加集料的总表面积，因此会增加水泥的标准稠度需水量。另一方面，这些颗粒本身会有一定的吸水性，同样会增加用水量。
    由图3可知，和清水试验组相比，掺废水的试件初凝和终凝时间均有所增加，且废水掺量越大，缓凝时间越长。但整体都满足水泥凝结时间的规定。掺1%浓度废水试件，凝结时间先变大后变小，变化幅度不明显，但整体都高于基准的初凝和终凝时间; 掺2%浓度废水试件，随掺量的增加先减小后变大; 掺3%浓度废水缓凝时间最长。主要由于泵送混凝土中普遍使用的减水剂含有缓凝组分，使搅拌站的废水有一定缓凝作用，水中悬浮的水泥或掺合料颗粒也会吸附部分外加剂，使缓凝组分释放。且废水中的Ca( OH)2导致水碱性增强，在一定程度上抑制了水化速率。以上这些原因，都会导致水泥的初凝时间和终凝时间有所延长。
    2．3 对胶砂强度的影响
    掺不同浓度废水水泥胶砂抗压强度变化如图4所示。

    从图4 可以得知，不同浓度的废水加入到水泥胶砂试块中，其影响规律也不同。由图4 ( a) 可得，1%浓度废水掺量的水泥3、7 d 抗压强度随着废水掺量的增加先减小后增加，但整体都小于基准抗压强度，其中掺量100%试样的28 d 抗压强度高于基准。综合来看，最佳掺量为100%。同理，从图4( b) 、( c) 可以得出，其废水最佳掺量均为80%。
    废水是由废弃的浆料经沉淀后得到，含有部分水泥，粉煤灰，矿粉等活性成分，细度较细，这些活性成分一部分作为惰性掺合料填充在胶凝试件内部; 另一部分被碱性激发，生成水硬性的水化硅酸钙胶凝，改善体系孔结构，以上两种方式均可提高试件的密实度，从而提高试件的早期强度和后期强度。
    2．4 制备混凝土
    在研究了废水对水泥性能的影响规律后，为了更好的了解废水对混凝土性能的影响，现选用浓度为1%的废水，制备C60 混凝土，其配合比如表3 所示。研究不同掺量的废水对混凝土力学性能的影响，结果如表4 所示。

    从表4 可以看出，随着废水掺量的增加，混凝土的抗压强度呈现先增大后减小的趋势，废水为掺量80%时，混凝土抗压强度达到最高。综合表4 可以看出，所有废水掺量的混凝土早期和后期强度均达到了C60 混凝土的设计要求，说明废水作为混凝土拌和水不但能节约资源，还能生产出满足生产需要的混凝土，因此，可以在满足混凝土工作性能的前提下，适当增加拌和水的用量。
    3 ·结论
    ( 1) 通过对水泥胶砂流动度的测试可知，加入不同浓度的废水在不同掺量下，水泥胶砂的流动度均小于不掺废水试件的流动度，但降低的幅度不大。
    ( 2) 由于废水中含有悬浮颗粒，随着废水掺量的增加，水泥的标准稠度需水量增加，凝结时间有所延长，但均能满足混凝土拌和用水的标准要求。
    ( 3) 不同浓度废水加入到水泥胶砂试块中，影响规律不同。综合来看，1%浓度废水最佳为100%，2%浓度和3%浓度废水的最佳掺量均为80%。
    ( 4) 用浓度1%废水制备强度等级C60 的混凝土，不同废水掺量的混凝土均能满足混凝土拌合物力学性能的要求，废水掺量为80%时，混凝土抗压强度最高。