废水废浆回收利用对混凝土性能的影响

梅 超 郭 伟 李志坚

（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

随着我国基建工程不断地开工建设带动了商品混凝土行业的发展，自动化程度高、集中搅拌生产商品混凝土的搅拌站，在保证了混凝土质量的前提下极大地提高了生产效率，因此得以迅速发展，被广泛应用于一些混凝土工程量大、工期长、工地集中的大、中型水利、电力、桥梁等工程中[1]。

混凝土搅拌站保证了工程建设正常推进的同时，在混凝土的生产以及清洗泵送设备和场地的过程中也产生了大量的废水废浆。这些废水废浆中主要包含有水、未水化的水泥颗粒、残留的矿物掺合料和外加剂等，呈碱性，其PH可达12以上。如果对这些废料废水不加以处理直接排放，不仅会对排污系统造成堵塞，还会对周边土壤和水质环境造成严重的污染。据行业内相关人员统计，混凝土搅拌站每生产1m3混凝土的同时大约会产生40㎏的废渣和0.1m3的废水废浆。而随着国民环保意识的增强和我国环保压力的增加，在混凝土的生产过程中实行清洁生产、绿色生产变得越来越重要。在保证混凝土施工质量要求的前提下，搅拌站如果能对生产过程中产生的废水废浆进行技术处理后循环利用，不仅能有效地减少废弃物的排放，降低对周围环境污染，还能减少废料对场地的占用，降低生产成本，具有很高的环保效益和经济价值[2]。因此，越来越多的混凝土生产企业和相关技术人员开始重视对混凝土搅拌站废水废浆的回收利用，并开展了相关的实验研究。

1 废水废浆对混凝土性能的影响

1.1 对水泥胶砂性能的影响

施展[3]等通过对搅拌站废浆进行成份与形貌分析，研究了不同废浆掺量对净浆流动性和经时损失的影响后发现，随着废浆掺量的增加，水泥净浆的流动性下降，经时损失增大，其中当废水固含量在4%以下时，水泥净浆的1h经时损失小于20mm，当废水固含量超过4%之后，会使水泥净浆的1h经时损失显著增大，达55～95mm，而向水泥净浆中掺入保坍剂后也不能完全缓解经时损失。马新伟[4]等通过实验研究了不同掺量以及不同龄期的废浆对水泥胶砂试样3天和28天强度的影响，结果表明：不同龄期和不同掺量的废浆均能不同程度地提高水泥胶砂的3天抗压强度，但是对水泥胶砂的28天抗压强度影响却不明显，其中当废浆龄期为12小时，掺量为6%时，水泥胶砂的3天和28天强度最高，效果最好。白延平[5]等分别将废水泥浆澄清液、水泥浆体以及干燥后的废浆粉体掺入到水泥胶砂中，研究了对水泥胶砂流动度以及抗压强度的影响。通过与基准胶砂组做对比后发现：掺入了废水泥浆澄清液和水泥浆体的胶砂试样，其流动度与基准组相比会增大，但其28天和56天抗压强度均无明显变化；而采用废浆粉末取代水泥后会导致胶砂的流动度和抗压强度均大幅下降，其中当废浆粉末的掺量为30%时，水泥胶砂的28天活性指数最低只有24.6%。

废水泥浆影响水泥胶砂性能的原因主要是由于废浆干燥后的粉体中，主要是已经水化的水泥产物和细集料，而干燥后的这些粉末颗粒表面孔隙多、自身的含泥量和烧失量大，在制备水泥胶砂时会吸附更多的水，从而使水泥胶砂的流动度明显降低。而废水泥浆会对水泥胶砂试样早期强度的发展有一定的促进作用是因为：混凝土中水泥的水化过程本身就比较漫长，龄期较短的废水废浆在放置时已经水化生成了一部分水化产物，这些水化产物在一定程度上能促进水泥的进一步水化，加快混凝土早期强度的发展，同时在一定时间内这些废水废浆仍然具备继续水化的潜力。

1.2 对混凝土工作性能的影响

刘志杰[6]等将搅拌站的废水与饮用水混合后制备出了C20、C30、C40三种不同强度的混凝土，并研究了废水掺量对混凝土工作性能的影响。结果发现：为了保证混凝土良好的工作性能，C20、C30、C40混凝土中废水的最大掺量分别为60%、40%和20%。当废水的掺量在不同强度等级的混凝土中超过了上述最大值时，掺量越大，混凝土的塌落度和流动性降低得也就越快。张广勇[7]等将废水泥浆中的沉淀物烘干后制备出了不同强度等级的混凝土，研究发现在中低强度等级混凝（C30、C40）中，当烘干后的沉淀粉料掺量不超过12%时，混凝土仍具备良好的工作性能和力学性能，能够满足工地施工质量的要求。彭孟啟[8]等通过与清水作对比，研究了搅拌站废水废浆的澄清液对不同强度等级混凝土的初始坍落度、扩展度、1小时坍损、1小时后扩展度的影响。结果表明加入废水废浆的澄清液后，不同强度等级混凝土的初始坍落度和初始扩展度基本没有变化，同时存放了一定时间的废浆澄清液还能改善混凝土的1小时坍损。

废水废浆对混凝土工作性能产生影响的主要原因是普通硅酸盐水泥在水化过程中，水泥熟料中的矿物硅酸三钙和硅酸二钙与混凝土中的自由水结合会产生氢氧化钙使环境呈碱性，而搅拌站的废水澄清液本身为含有大量氢氧根离子的碱性溶液，将废浆澄清液用于制备混凝土时，会抑制水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙与自由水的结合，使混凝土中自由水的消耗相对减少，从而表现为混凝土的坍损减小。

1.3 对混凝土力学性能的影响

殷学宇[9]等利用含固量为8%的废浆水分别取代30%、40%、50%、100%的清水制备了C25、C30、C35不同强度等级的混凝土，通过对比试样的7天和28天抗压强度发现，相同强度等级的混凝土，掺入废浆水后能在一定程度上提升混凝土的7天和28天抗压强度。曲新业[10]等利用含固量为14.5%的废浆分别以内掺法代替水研究了废浆的掺量对C30混凝土抗压强度的影响，结果发现：当废浆的掺量在0～30%的范围内时，C30混凝土的强度随着废浆掺量的提高而增加，而当废浆掺量超过30%时，C30混凝土的强度会随着掺量的增加而减小。杨欣华[11]等选用不同搅拌站的废水废浆进行混凝土实验后发现在C30、C45、C60混凝土中，当废水废浆的掺量在0～45%之间时，对混凝土7天和28天抗压强度的影响无明显规律，而当废水废浆在砂浆中的掺量在0～60%之间时，会导致砂浆前期（3天和7天）抗压强度略微降低，而28天抗压强度略微增大。

从以上研究可以看出不同搅拌站产生的废水废浆对混凝土力学性能的影响规律不完全相同，这可能是不同搅拌站的废水废浆在性质上存在一定的差异导致的，但是当废水废浆的掺量在一定范围内时，基本上不会影响中低强度混凝土的力学性能，完全可以满足混凝土的正常使用要求。

1.4 对混凝土耐久性能的影响

巩亚敏[12]等利用固量为2%、4%、6%的废水进行了C20～C50不同强度等级的混凝土耐久性实验，并测试了混凝土的抗冻性能、抗渗性能、早期抗裂性能、抗碳化性能以及电通量，结果显示不同强度等级混凝土的参数测试结果均符合规范要求。庄晶晶[13]利用不同掺量的搅拌站废浆和自来水混合后制备了C30和C50混凝土，并研究了废浆的掺量对混凝土抗氯离子渗透和抗碳化能力的影响，研究显示：在C30和C50混凝土中掺入废浆后混凝土的电通量数据与空白组（不掺废浆）相比要小，而且随着废浆掺量的增加，混凝土的电通量逐渐下降，同时废浆掺量越大混凝土的抗碳化深度也越低，说明废浆有利于提高混凝土的抗氯离子渗透和抗碳化能力。

废浆能提升混凝土耐久性的原因主要是废水废浆中含有的固体颗粒以及残余活性粉料发生反应后生成的产物能够填充混凝土结构体系中的孔隙，降低了混凝土表面结构的孔隙率，使混凝土的结构变得更为紧密，抗氯离子渗透能力得到提升[14]。同时废水废浆自身的碱性较强，掺入到混凝土中能够对空气中的二氧化碳与水泥水化产物的反应产生一定的抑制作用，这也增强了混凝土的抗碳化能力[13]。

2 目前存在的问题

目前，搅拌站产生的废水废浆在实际应用中还存在许多问题，一是由于搅拌站沉淀池中废水的浓度和含固量很不稳定，波动较大，因此在回收利用特别是用于混凝土的生产时，在保证混凝土质量要求的前提下，废水废浆的掺量范围也会发生改变，这就要求搅拌站在实际生产中利用工艺设备来保持废水废浆浓度的相对稳定，二是国内不同混凝土搅拌站对废水废浆的处理设备和技术水平参差不齐，不同的搅拌站都要根据各自所回收的废浆水先进行大量试验、并验证后再投入使用，这些都加大了搅拌站废水废浆回收利用的难度。

3 结语与展望

针对搅拌站产生的废水废浆，国内外相关技术人员做了大量的实验研究，总体而言，对搅拌站产生的废水废浆进行回收利用是可行的。当前国家在大力推行和提倡建设绿色混凝土搅拌站，要求混凝土生产企业在过程中实行清洁生产、绿色生产、减少消耗，因此搅拌站如何对产生的废水废浆实现更高效地回收利用，对混凝土行业健康可持续发展具有重要意义。