搅拌站回收浆液对混凝土性能影响研究.pdf

新型建筑材料圆园23援110引言随着我国预拌混凝土使用量的增加，混凝土生产过程中的污染问题开始引起广泛关注。搅拌站回收浆液是生产混凝土后冲洗运输车辆、输送泵车、搅拌机及配套设备所排放出的一种液态废弃物1。由于浆液 pH 值在 13 以上，直接排放将会造成大范围土壤碱性化和水源污染2。研究发现3-5，搅拌站回收浆液可用于混凝土的生产。李小玲6研究发现，回收浆液的掺入延长了水泥初凝和终凝时间，且随着浆液掺量和浓度的增加而有所延长。姚源等7研究发现，掺入 1%浓度的回收浆液会降低混凝土的流动性，且掺量越大，流动性降低幅度越明显，需适当增加用水量或外加剂用量以满足流动性要求8。张搅拌站回收浆液对混凝土性能影响研究刘品红1，廖国胜1，2，胡思达1，廖宜顺1，2，梅军鹏1，2，舒德辉3（1.武汉科技大学 城市建设学院，湖北 武汉430065；2.武汉科技大学 高性能工程结构研究院，湖北 武汉430065；3.湖南晟鉴建筑材料有限公司，湖南 汨罗414499）摘要：研究了浓度为 6.4%的搅拌站回收浆液放置时间对混凝土性能的影响规律，采用 XRD、SEM 分析了不同放置时间回收浆液在水泥净浆中水化产物及微观形貌的变化过程。研究表明，回收浆液替代拌合用水掺入会显著降低 C30 混凝土拌合物的流动性，随着浆液放置时间越长，拌合物初始坍落度和扩展度逐渐降低，经时损失显著增大；当浆液放置在 24 h 之内时，混凝土各龄期抗压强度随放置时间的延长逐渐提高，超过 24 h 抗压强度趋于稳定。XRD 和 SEM 结果显示，回收浆液在 24 h 之内随着浆液放置时间的延长，Ca（OH）2衍射峰值逐渐增大，说明浆液活性增强，导致水化速率逐渐加快，水泥浆体孔隙减少，微观结构不断改善；在 72 h 之内有动态活性。关键词：混凝土；回收浆液；放置时间；活性；水化产物中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）11-0070-05Study on the effect of recycled slurry in mixing plant on concrete propertiesLIU Pinhong1，LIAO Guosheng1，2，HU Sida1，LIAO Yishun1，2，MEI Junpeng1，2，SHU Dehui3（1.School of Urban Construction，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China；2.Institute of High Performance Engineering Structure，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China；3.Hunan Shengjian Construction Materials Co.Ltd.，Miluo 414499，China）Abstract：The effect of the placement time of the recycled slurry with a concentration of 6.4%in the mixing plant on theconcrete properties was investigated.XRD and SEM were used to analyze the change process of hydration products and microscopicmorphology of the recycled slurry in the net cement slurry at different placement times.The study shows that the recycled slurryreplacing the mixing water will significantly reduce the fluidity of C30 concrete mixes，and the initial slump and expansion of themixes gradually decrease with the longer placement time of the slurry，and the time loss increases significantly；when the slurry isplaced within 24 h，the compressive strength of concrete at each age gradually increases with the extension of placement time，andthe compressive strength tends to stabilize after 24 h.The XRD and SEM results show that the recycled slurry at 72 h has asignificant effect on the concrete properties.The results showed that the recovered slurry was dynamically active within 72 h.TheCa（OH）2diffraction peak increased gradually with the extension of slurry placement time within 24 h，indicating that the enhancedactivity of slurry led to the gradual acceleration of hydration rate，the reduction of cement slurry pores and the continuous improve原ment of microstructure.Key words：concrete，recycled slurry，placement time，activity，hydration products收稿日期：2022-10-08；修订日期：2022-11-15作者简介：刘品红，男，1998 年生，硕士研究生，E-mail：。中国科技核心期刊70晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂凯峰等9研究发现，回收浆液对混凝土强度的影响与浆液的掺量和浓度有关，在浆液掺量低时混凝土强度提高，掺量高时强度降低；在浆液浓度低时强度提高，浓度高时强度降低。目前，国内外学者的研究都是关注在新鲜的回收浆液上，对放置一段时间后的浆液研究较少，由于实际回收浆液过程中，通常会产生富余的浆液堆积占用场地，如果利用放置后的浆液替代拌合水生产混凝土，浆液本身随放置时间有所变化，对混凝土的生产势必会产生影响10。因此，为综合研究搅拌站回收浆液对混凝土的应用价值，本文对新鲜浆液和放置不同时间回收浆液对混凝土性能的影响进行了对比研究。1试验1.1原材料水泥：P O42.5 水泥，安定性合格，临湘海螺水泥有限责任公司，主要物理力学性能见表 1。粉煤灰：域级，45 滋m 方孔筛筛余 14.9%，岳阳一诚环保有限责任公司。矿粉：S95 级，比表面积为 430 m2/kg，湖南瑞湘环保科技有限公司。粗骨料：525 mm 连续级配碎石，压碎指标 5.0%，含泥量 1.1%，针片状含量 2.0%。细骨料：中砂，细度模数 2.5，含泥量 2.8%，汨罗产。聚羧酸减水剂：固含量14.5%，减水率 30.2%，汨罗铂弥有限公司。拌合用水：自来水。回收浆液：浓度为 6.4%，pH 值为 13.2，湖南晟鉴建筑材料有限公司。表 1水泥的主要物理力学性能将回收浆液在（40依1）益下烘干后研磨成粉末，对其进行X 射线衍射分析（XRD），结果见图 1。图 1回收浆液的 XRD 图谱由图 1 可知，浆液中的主要结晶相为 SiO2、CaCO3、CaSO4、Ca（OH）2和 AFt。1.2试验方法混凝土搅拌站回收浆液的 pH 值参照 JGJ 632006 混凝土用水标准 进行测试，搅拌站回收浆液浓度与密度关系试验用表观密度检测方法进行检测。将不同龄期（4、8、12、24、36、48、60、72 h）的搅拌站回收浆液替代拌合用水掺入 C30 混凝土中，试验控制初始坍落度在（200依20）mm，混凝土配合比见表 2。表 2C30 混凝土配合比kg/m3混凝土拌合物工作性能参照 GB/T 500802016 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行测试，强度参照 GB/T500812019 混凝土物理力学性能试验方法标准 进行测试，养护至 7、28、60 d 龄期分别测试抗压强度。将不同龄期的搅拌站回收浆液全部替代自来水进行净浆试验，其中水灰比为 0.28，聚羧酸减水剂掺量为 0.3%，在标准条件下养护至相应龄期后，取出中部试样加入无水乙醇终止水化，测试前将试样在（40依1）益下干燥，然后进行 XRD 及电子显微镜扫描试验（SEM）。混凝土收缩试验参照 GB/T 500822009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行，收缩采用 CABR-NES型非接触式自收缩试验仪进行，在试模内铺设 2 层塑料薄膜，将成型后的试件保持在（20依2）益、相对湿度（60依5）%，早期收缩待混凝土初凝时开始测试，每隔 30 min 进行读数，测试总时长为 72 h；长期收缩在混凝土养护 3 d 后测得初长，而后间隔 7 d 进行测试并计算其收缩率。2试验结果与分析2.1回收浆液浓度与密度关系试验试验通过多次对不同时间段的搅拌站回收浆液取样，并测试其密度和浓度，得到二者的关系如图 2 所示，圆点代表每次取样浆液浓度与密度的对应点。图 2搅拌站回收浆液浓度与密度的关系由图 2 可见，搅拌站回收浆液的浓度与本身的密度呈良好的线性关系。标准稠度用水量/%凝结时间/min抗折强度/MPa 抗压强度/MPa安定性初凝3 d3 d28 d27.31562075.18.130.254.5合格终凝28 d水水泥粉煤灰矿粉细骨料粗骨料减水剂168230507087510308.75刘品红，等：搅拌站回收浆液对混凝土性能影响研究71新型建筑材料圆园23援11通过 Origin 软件对搅拌站回收浆液的密度和浓度进行线性拟合，所得线性关系的表达式见式（1）：y=139.19x-139.79，R2=0.992（1）通过对回收浆液的长期监测发现，浆液的浓度因搅拌站工作量的改变有所浮动，一般在 1%10%，对应密度在1.011.08 g/cm3，因此本试验选取浆液密度的中间值1.05 g/cm3进行试验，由式（1）计算得到对应回收浆液的浓度为6.4%。2.2不同放置时间回收浆液对混凝土拌合物流动性的影响正常试验配合比确定的外加剂掺量为 2.0%，但掺入回收浆液后的拌合物出机状态无流动性，和易性极差，后续不断地提高外加剂掺量反复试验，最后确定外加剂掺量为 2.5%时拌合物初始坍落度在 220 mm。在此外加剂掺量基础上，不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土拌合物工作性能的影响如图 3所示。图 3不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土拌合物工作性能的影响由图 3 可知，不同放置时间的回收浆液对混凝土拌合物的工作性能影响较为明显，浆液放置时间越长，拌合物初始坍落度和扩展度越低，经时损失越大。对于 C30 混凝土，掺自来水的空白组初始坍落度和扩展度分别为 220、550 mm，当浆液放置时间在 24 h 之内时，混凝土拌合物初始坍落度较空白组下降逐渐明显，但都在 180 mm 以上，初始扩展度均在 460 mm以上，且随着放置时间延长，坍落度损失较空白组逐渐增大；超过 24 h 之后，拌合物初始坍落度和扩展度变化不大，但流动度损失继续增大。2.3不同放置时间回收浆液对混凝土抗压强度的影响（见图 4）图 4不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土抗压强度的影响空白组 7、28、60 d 抗压强度达到了 23.91、35.47、41.76MPa。由图 4 可知，当回收浆液放置少于 24 h 时，混凝土各龄期抗压强度随浆液放置时间的延长逐渐提高，但 7 d 龄期的抗压强度均低于空白组，且新鲜浆液组 7 d 抗压强度最低，较空白组下降了 1.5 MPa，随着龄期延长，浆液对抗压强度的影响逐渐显著，28、60 d 抗压强度均高于空白组；当浆液放置时间超过 24 h，各组抗压强度几乎没有变化，7、28、60 d 抗压强度较空白组平均分别提高 1.04、2.18、3.52 MPa。2.4水化产物及微观表征分析为探究搅拌站回收浆液对混凝土的影响机理，分别采用自来水和不同放置时间的回收浆液拌制水泥净浆，并对其进行XRD 物相分析和 SEM 微观表征分析，结果如图 5、图 6 所示。图 5掺不同放置时间回收浆液净浆的 28 d 水化产物分析由图 5 可知，相较于空白组，掺入不同放置时间的回收浆液后没有新的晶相产物出现，但是 Ca（OH）2衍射峰强度有所变化，掺新鲜浆液的水泥净浆中 Ca（OH）2衍射峰值较空白组稍有下降，随着浆液放置时间延长，衍射峰逐渐升高且在 24 h之内变化最显著，超过 24 h 后衍射峰值趋于平稳。这说明新鲜回收浆液的掺入抑制了水泥水化的进程，但随着浆液放置刘品红，等：搅拌站回收浆液对混凝土性能影响研究72晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂时间延长，水化进程逐渐加快，同时浆液中残留的掺合料在碱性条件下发生火山灰反应，也会生成更多的 C-S-H 凝胶，导致浆液放置时间在 24 h 之内时 C-S-H 凝胶生成量逐渐增多，超过 24 h 之后其生成量逐渐趋于平稳。由于早期水化阶段的 C-S-H 凝胶呈网状形貌，增大了体系的总表面积，影响了体系对水和外加剂的吸附11，因此导致了经时浆液对混凝土拌合物工作性能的负面影响，但是浆液回用导致新拌混凝土实际水胶比下降，使得抗压强度有所改善。由图 4 和图 5 分析可知，搅拌站回收浆液对抗压强度的影响与浆液本身的活性有关，Ca（OH）2衍射峰强度在浆液放置72 h 内随时间延长逐渐增大，且在 24 h 之内变化最为显著，这表明回收浆液在 72 h 之内具有活性，并且随着放置时间的延长，浆液在 24 h 之内活性明显提高，超过 24 h 后活性变化不大，这与抗压强度的变化趋势一致。由图 6 可知，掺入新鲜回收浆液的净浆试件 7 d 整体密实度较空白组有所下降，随着浆液放置时间越长，试件的孔隙减少，结构更加致密，抗压强度逐渐提高，与混凝土 7 d 龄期抗压强度结果一致。由图 5 和图 6 分析可知，空白组试件表面有较多大块的Ca（OH）2晶体以及球形掺合料颗粒，掺合料颗粒周围还有少量不规则状的 C-S-H 凝胶，水泥浆体经过正常水化整体结构较为致密，但仍然有少量孔隙。而新鲜回收浆液拌制的净浆试件表面可见到未水化完全的球形掺合料颗粒，同时还有少量Ca（OH）2晶体存在，未达到空白组正常水化进度，这是因为掺合料早期火山灰活性低，且新鲜浆液中残留一定的缓凝物质，抑制了水泥早期水化进程12，此时结构较为松散，孔隙较多，这与放置 24 h 之内的浆液拌制的混凝土 7 d 抗压强度较空白组有所降低的现象一致，后期二者均水化接近完全，但是浆液中残留的掺合料颗粒可在碱性环境下发生火山灰反应生成更多的 C-S-H 凝胶，使得结构更加密实，因此后期抗压强度高于空白组。浆液放置超过 24 h 后，净浆试件表面被大量层状 C-S-H覆盖，只有少量粉煤灰球形颗粒填充在孔隙中，这是由于浆液中的缓凝成分作用效果丧失，此时浆液的活性促进水泥早期水化加快，同时浆液残留的掺合料与 Ca（OH）2反应生成 C-S-H 凝胶交织在一起，剩余少量的掺合料颗粒填充在孔隙中，改善了整个体系的微观结构13，较掺放置 24 h 之内的净浆试块更加密实，强度更高。2.5收缩试验分析不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土前 72 h 早期收缩的影响如图 7 所示。图 7不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土的早期收缩影响由图 7 可知，空白组混凝土早期自收缩先剧增而后趋于平稳，在前 18 h 内混凝土收缩量急剧增加，这是由于前期水泥水化消耗了混凝土内部的水，使得内部毛细孔压增大，毛细孔饱和度降低，引起体积收缩14-15；另一方面，钙矾石生成需要消耗大量的水，引起混凝土内部粒子间的吸附水迁移，C-S-H 凝胶层间吸附水逐渐流失，从而引起干燥收缩。随着反应继续进行，混凝土内部水分逐渐趋于平衡，不再发生巨大收缩，随着水化反应的继续，收缩逐渐趋于平稳。掺入回收浆液后混凝土的收缩率明显增大，且随着放置时间延长，总收缩率逐渐增大，图中折点逐渐提前，这是因为回收浆液放置时间越长，混凝土早期水化进程加快，氢氧化钙越多，使得早期钙矾石生成加快，消耗大量水分，导致自干燥效应增强，自收缩增大。不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土长期收缩性能的影响如图 8 所示。图 6掺不同放置时间回收浆液 7d 水泥净浆样品的 SEM 照片刘品红，等：搅拌站回收浆液对混凝土性能影响研究73新型建筑材料圆园23援11图 8不同放置时间回收浆液对 C30 混凝土长期收缩的影响由图 8 可知，回收浆液对 C30 混凝土长期收缩有显著影响，随着浆液放置时间的延长，C30 混凝土各龄期长期收缩率均有增长。放置时间在 24 h 之内时，混凝土收缩率较空白组增长变化最为明显；超过 24 h 后混凝土收缩率增长幅度逐渐减缓。混凝土的长期收缩主要是由于混凝土内部水分含量下降引起的收缩，由于回收浆液掺入导致混凝土工作性能随浆液放置时间延长逐渐下降，其内部毛细孔失水较快，毛细孔孔压增大，饱和度降低，引起明显的干燥收缩16。3结论（1）回收浆液的掺入会显著降低 C30 混凝土拌合物的流动性，浆液放置时间越长，拌合物初始坍落度和扩展度越低，经时损失越大。（2）当回收浆液放置少于 24 h 时，混凝土各龄期抗压强度随浆液放置时间的延长逐渐提高，但混凝土 7 d 抗压强度略低于空白组，28、60 d 抗压强度逐渐高于空白组；当浆液放置超过 24 h 后，抗压强度几乎没有变化。（3）回收浆液在 72 h 之内具有动态活性，浆液在 24 h 之内活性明显提高，超过 24 h 后活性变化不大，并且随着浆液放置时间的延长，掺入水泥浆体后水化进程逐渐加快。（4）掺入回收浆液后混凝土收缩率较空白组均增大，且浆液放置时间越长，早期收缩加快，收缩越显著。参考文献：1杨欣华，纪宪坤，王明远，等.混凝土搅拌站废水废浆性能分析与利用J.混凝土，2015（5）：109-112.2F佴rriz Pap侏，J A.Recycling of fresh concrete exceeding and washwater in concrete mixing plants J.Materiales de Construccion，2014，64（313）：4.3欧阳孟学，李永鹏，张凯峰.利用搅拌站生产废水制备 C20-C40混凝土J.混凝土，2013（11）：124-129.4周小强.搅拌站高浓度废水的回收利用研究D.广州：广州大学，2018.5ChatveeraB，LertwattanarukP.Useofready-mixedconcreteplant sludge water in concrete containing an additive or admix原tureJ.Journal of Environmental Management，2015，90（5）：1901-1908.6李小玲.搅拌站废水对不同强度等级的泵送混凝土性能影响研究D.西安：西安建筑科技大学，2011.7姚源，张凯峰，刘康，等.混凝土搅拌站废水回用对 C10C60 混凝土性能影响的试验研究J.新型建筑材料，2015，42（5）：12-14.8Su N，Miao B Q，Liu F S.Effect of wash water and undergroundwater on properties of concrete J.Cement and Concrete Re原search，2002，32（5）：777-782.9张凯峰，姚源，赵世冉，等.搅拌站废水作为混凝土拌合用水的试验研究J.混凝土，2015（2）：101-103.10马先伟，刘畅.混凝土搅拌站废水在混凝土中的利用现状J.混凝土，2017（7）：102-107.11Chatveera B，Lertwattanaruk P，Makul N.Effect of sludge waterfrom ready-mixed concrete plant on properties and durabilityof concrete J.Cement and Concrete Composites，2006，28（5）：441-450.12何廷树，李小玲，王福川，等.搅拌站废水对不同掺合料配制的C80 高强混凝土强度的影响J.硅酸盐通报，2011（2）：384-388.13武华荟，刘宝举.硅酸盐水泥水化机理研究方法J.粉煤灰，2009（1）：33-36.14杭美艳，孙忠科，郭艳梅.不同含气量对混凝土收缩性能的试验研究J.西安建筑科技大学学报（自然科学版），2020（1）：15-20.15韩宇栋，张君，岳清瑞，等.现代混凝土收缩研究评述J.混凝土，2019（2）：1-12.16毛永琳，朱江，杨勇，等.机制砂中的石粉对水泥浆体流动性和干燥收缩的影响J.混凝土，2019（2）：76-79.蒉刘品红，等：搅拌站回收浆液对混凝土性能影响研究74