废浆固渣引入量对混凝土性能的影响

彭孟啟 张桥 孙国彬

（深圳市为海建材有限公司，广东 深圳 518114）

1 前言

预拌混凝土绿色生产是指以节能、降耗、减排为目标,以技术和管理为手段,实现混凝土生产全过程的“四节一环保”基本要求的综合活动。如何实现“三废”零排放是预拌混凝土绿色生产急需解决的问题[1]。而预拌混凝土生产过程排放量最大的废浆——清洗混凝土运输车、泵车、搅拌机而产生的废水[2]，能否实现零排放显得尤为重要。

近年来，国内外许多学者及企业都在开展废浆回收利用的研究[3～6]。湖北中建亚东混凝土有限公司的何正斌等[7]以浓度3.5%的废水来作为混凝土拌合用水，通过改变废水的掺量来研究不同掺量对中低强度混凝土工作性能和强度的影响，结果表明废水浓度3.5%时，对于中低强度混凝土，废水最大掺量不宜超过50%；而对于超过C50等级的混凝土，废水最大掺量不宜超过30%。华润混凝土（惠州）有限公司的赖志标等[8]，采用正交试验研究了废水对不同强度等级混凝土性能的影响，指出废水对新拌低标号混凝土工作性能的影响程度要大于高标号混凝土，高标号混凝土的坍损增大幅度要大于低标号混凝土。但其所使用的废浆浓度都较低（小于10%），这将严重制约废浆的再利用；搅拌站如果出现退料，废浆浓度会出现急剧增大，废浆浓度甚至超过40%。

本论文研究了废浆固渣引入量对不同强度等级的预拌混凝土初始坍落度、1h坍损、扩展度及抗压强度的影响，优化废浆回收利用方案，在不影响混凝土性能的前提下，实现废浆利用率最大化。

2 原材料及试验方法

2.1 原材料

1）水泥：光大P·O42.5R水泥，3d龄期的抗折强度为5.7MPa，抗压强度为28.5MPa；28d龄期的抗折强度为7.7MPa，抗压强度为48.5MPa；其他技术性能指标符合现行规范要求。

2）细骨料：惠州产河砂（中砂），细度模数为2.5，含泥量为0.9%，其他技术性能指标符合现行规范要求。

3）粗骨料：5～31.5mm，含泥量0.2%，针片状含量为3.8%；其他技术性能指标符合现行规范要求。

4）矿物掺合料：电厂灰，细度为20.5%，含水率0.8%；其他技术性能指标符合现行规范要求。

5）矿粉：密度为2.89g/cm3，流动度比为100%，28d活性指数为104%；其他技术性能指标符合现行规范要求。

6）外加剂：深圳市SL-D萘系缓凝高效减水剂（水剂，含固量30%±1.5%，减少率≥14%，氯离子含量≤1%）；其他技术性能指标符合现行规范要求。

2.2 试验方案

采用单因素试验探讨分析废浆引入不同质量固渣对不同强度等级混凝土性能的影响。试验废浆中的固渣按等质量替代基础配合比中的粉煤灰。具体试验方案以C30混凝土为例（如表1）。不同强度等级混凝土的基础配合比如表2所示。混凝土拌合物性能试验和力学性能试验分别按照国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）和《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）进行。

表1 固渣引入量试验方案（kg/m3）

表2 不同强度等级混凝土的基准配合比（kg/m3）

3 试验结果与分析

试验结果如表3。

表3 不同强度等级混凝土的试验结果

3.1 固渣含量对不同强度等级混凝土工作性能的影响

1）固渣含量对不同强度等级混凝土初始坍落度影响

固渣含量对不同强度等级混凝土初始坍落度的影响见图1。由图1可知，对于C25和C30混凝土，其初始坍落度随着废浆固渣引入量的增大而减小，但减小的幅度较小，在30mm内，但是对于C25在废浆固渣引入量大于6kg/m3时，出现了初始坍落度骤降；对于C35和C50混凝土，其初始坍落度随着废浆固渣引入量的增大而先增大后减小，出现一个最大值，C35和C50混凝土初始坍落度的最大值分别出现在固渣引入量为2kg/m3和5kg/m3处，但变化的幅度也较小，在30mm内。

从图1还可看出，强度等级越低，初始坍落度随固渣含量变化而变化的趋势越大。强度等级越低的混凝土其胶材用量越少，在废浆固渣引入量一定的情况下，废浆固渣引入量占胶材的比重越大，而导致初始坍落度随固渣含量变化而变化的趋势越大。

图1 废浆固渣引入量对不同强度等级混凝土初始坍落度的影响

2）固渣含量对不同强度等级混凝土1h坍损的影响

由图2可知，废浆固渣引入量对不同强度等级混凝土的坍落度影响不一样。对于C25混凝土，其1h坍损随着废浆固渣引入量的增大先增大后减小，并在废浆固渣引入量为5kg/m3时出现坍损最大值，如图2（a）；综合考虑固渣对初始坍落度的影响，建议对于C25混凝土废浆固渣引入量应控制在4kg/m3内。对于C30混凝土，其1h坍损随废浆固渣引入量的增大而增大，如图2（b）；综合考虑固渣对初始坍落度的影响，建议对于C30混凝土废浆固渣引入量应控制在4kg/m3内。对于C35和C50混凝土，其1h坍损随着废浆固渣引入量的增大而先增大，并在废浆固渣引入量大于5kg/m3后趋于平缓，如图2（c）、（d）；综合考虑固渣对初始坍落度的影响，对于C35和C50混凝土废浆固渣引入量应控制在4kg/m3内。

综上所述，综合考虑废浆固渣引入量对混凝土的初始坍落度和1h坍损的影响，对于C25、C30、C35、C50四个标号的混凝土其废浆固渣引入量应控制在4kg/m3内。

图2 废浆固渣引入量对不同强度等级混凝土1h坍损的影响

3.2 固渣含量对不同强度等级混凝土力学性能的影响

固渣含量对不同强度等级混凝土力学性能的影响见图3。由图3可知，对于C25混凝土废浆固渣的引入使混凝土的强度有所降低，如图3（a），因此对于C25混凝土需要考虑废浆固渣引入对强度的影响；对于C30混凝土和C35混凝土废浆固渣的引入使混凝土的强度有一定影响，但整体来看强度降低的幅度都比较小，如图3（b）、（c）；而对于C50混凝土，废浆固渣的引入对其强度的影响很小，几乎可以忽略，如图3（d）。

图3 废浆固渣引入量对不同强度等级混凝土力学性能的影响

3.3 综合分析

不考虑强度等级，对不同强度等级混凝土所做试验的各个指标加权平均后再取平均值，试验结果如图4～9。

1）工作性能

废浆固渣引入量对混凝土的初始坍落度、1h坍损和初始扩展度影响呈现出不同的变化规律，具体表现为：随着废浆固渣引入量的增大，混凝土的1h坍损逐渐增大，并呈现出较好的线性关系见图4；混凝土的初始坍落度随废浆固渣引入量的增大变化不大，如图5；混凝土的初始扩展度随着废浆固渣引入量的增大变小，特别是在固渣含量大于2kg/m3时，混凝土的初始扩展度急剧减小，如图6。

图4 固渣含量与1h坍损的关系

图5 固渣含量与初始坍落度的关系

图6 固渣含量与初始扩展度的关系

图7 固渣含量与3d强度的关系

图8 固渣含量与7d强度的关系

图9 固渣含量与28d强度的关系

3）综合分析对比

表4 综合对比分析

不考虑强度等级对所做试验的各个指标加权平均后再取平均值得到表4试验结果。由表4可知，在固渣引入量不大于4kg/m3的情况下，对混凝土的工作性和抗压强度的影响都较小。

4 结论

1）混凝土强度等级越高，一定的废浆固渣引入量对混凝土的工作性影响越小。

2）对于C25、C30、C35三个强度等级的混凝土，废浆固渣的引入使混凝土的28d抗压强度有一定的降低，对于C50混凝土，废浆固渣的引入使得其28d抗压强度有一定的提高。C25混凝土在废浆固渣引入量为7kg/m3时，其强度下降1.3MPa；C30混凝土在废浆固渣引入量为8kg/m3时，其强度下降3.4MPa；C35混凝土在废浆固渣引入量为6kg/m3时，其强度下降2MPa；C50混凝土在废浆固渣引入量为5kg/m3时，其强度提高5.8MPa。

3）综合考虑废浆固渣引入量对混凝土的工作性能和抗压强度的影响，对于C25、C30、C35、C50四个强度等级的混凝土其废浆固渣引入量宜控制在4kg/m3内。