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2 0 1 5年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONCRE T E AND CE MEN T P R0DUC T S 2 01 5 No 8 Au g u s t 利用蒸压釜冷凝水 制备 C 8 0混凝土 蒋元海 ， 梁 俊 ， 谷志攀 ( 1 嘉兴学院建筑工程学院 ， 3 1 4 0 0 1 ； 2 马鞍山宏泰建材股份有限公司， 2 4 3 1 0 0 ) 摘要 ： 将 P HC管桩 生产过程 中蒸压釜冷凝 水以一 定比例 替代 混凝土搅拌 用水 ， 试配 c 8 0新拌 混凝土 ， 测定 新拌 混凝 土的工作性和蒸养混凝土抗压强度及蒸压混凝土抗压强度。 试验结果表 明， 用蒸压釜冷凝水制备的新拌混 凝 土 其混凝土坍落度可 以满足管柱生产要 求， 蒸养混凝土强度可 以达到 6 0 MP a以上 ， 蒸压 混凝土强度达到 8 0 MP a 以 上 分 析 了冷 凝 水 配 制 混 凝 土强 度 增 长的 机 理 。 关键词 ： P HC管桩 ； 蒸压釜 ； 压蒸养护 ； 冷凝水 ； 混凝土 Ab s t r a c t ：Us i n g a u t o c l a v e d k e t t l e c o n d e n s a t i o n wa t e r i n s t e a d o f c o n c r e t e mi x i n g wa t e r t o p r e p a r e C8 0 c o n c r e t e f o r t h e P HC p i l e p r o d u c t i o n ，t h e wo r k a b i l i t y o f f r e s h c o n c r e t e a n d t h e c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a f t e r s t e a m c u rin g a n d aft e r a u t o c l a v e d c u ri n g a r e t e s t e d ，I l e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s l u mp o f t h e f r e s h c o n c r e t e p r e p a r e d b y u s i n g a u t o c l a v e d k e t tl e c o n d e n s a t i o n w a t e r c a n me e t t h e r e q u i r e me n t s o f p i l e p r o d u c t i o n ， t h e c o n c r e t e s t r e n g t h c a n r e a c h mo r e t h a n 6 0 MP a a f t e r s t e a m c u rin g ，a n d t h e c o n c r e t e s t r e n g t h r e a c h e d mo r e t h a n 8 0 MP a a f t e r a u t o c l a v e d c u ri n g An d t h e n ，t h e me c h a n i s m o f c o n c r e t e s t r e n g t h g r o w t h wi t h c o n d e n s a t i o n w a t e r i s a n a l y z e d Ke y wo r d s ：P HC p i l e ； Au t o c l a v e d k e t t l e ； Au t o c l a v e c u r i n g ； C o n d e n s a t i o n wa t e r ； Co n c r e t e 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 0 8 2 9 一 O 3 0前 言 蒸压釜在 P HC管桩等建材制 品生产时需消耗 大 量 的 饱 和水 蒸 汽 ， 以管 桩 生产 用 直径 3 2 m、 长 度 2 8 m的一台蒸压釜来计算 ， 通常情况下 ， 每生产一釜 的管 桩 需要 消 耗 1 5 2 0 t 的饱 和水 蒸 汽 。说 明在 管 桩生产过程中 ， 由于管桩与蒸压釜的热交换和蒸压 釜与周围环境的热交换 ， 使高温高压的水蒸汽凝结 成冷凝水 每生产一釜 的管桩 ， 可以产生 1 5 2 0 t 的 冷凝水 。由此可见， 蒸压釜作业 中的能耗很高 ， 同时 又将 产生大 量 的冷凝 水 。 蒸压釜是建材行业不可或缺的设备 ， 因而其在 建材行业数量较多 ， 据不完全统计 ， 全 国在管桩 、 加 气混凝土 、 灰砂砖 、 硅酸钙板材 、 纤维增强板等生产 企业生产线上的蒸压釜约有 5 2 0 0多台。若一台蒸 压釜 以每天周转 2次 、每年运转 3 0 0天来计算 ， 每 年消耗的水蒸气可达 6 0 0 0万 t ，即将产生 6 0 0 0万 吨的冷凝水【 l - 3 。其中一部分冷凝水为蒸压釜内的高 温高压水蒸汽在与管桩 、 加气混凝土等制品做热交 换过程 中，释放热量后在制 品的表面凝结而成 ； 水 泥在水化过程中产生的部分 C a ( O H ) 将在冷凝水 中 溶解 使冷凝水呈现较高的 p H值 ： 对冷凝水的化学 分析表 明， 其 C a ( O H ) ： 的浓度一般为 0 , 5 1 5 ， 因 基金项 目： 浙 江省公益性科 技计 划项 目( 2 0 1 3 C 3 1 1 2 7 ) 。 此 ，即使对高温冷凝水进行过滤处理除去杂质后 ， 由于其高硬度高碱度 的特性 ， 还不能直接用作锅炉 用水 。若将这些高碱性 的高温冷凝水直接排放到 河道 ， 将会造成严 重的环 境污染 ， 对水资源环境造 成很大的压力 目前 。 国内在高温高压蒸汽养护作业 中产生的 蒸压釜冷凝水 的主要处理方法有 ： 最简单的处理 就是将冷凝水排放到河道或者先排放到冷凝水池 。 待其冷却后 用于管桩生产用砂石清洗 、 机械设备 清洗 、 生 产车间的清洗等 ； 或待冷却后排放 到附近 的河道 中阎； 有些企业 ， 考虑到冷凝水 内含一定浓 度 的 C a ( O H ) ， 在排 放之前 ， 采取酸碱 中和处理 的办 法 ， 然后再排放到河道9 3 ； 福建 大地管桩有 限公司 经过 大量 的试 验研究 将锅 炉燃烧后 的烟道气体 ( 内含 S O ： 等酸性气体) ， 通过管道引入冷凝水 中， 使 烟道气体 中的 S O 等 酸性氧化物与冷凝水 中的 C a ( O H ) ： 反应 ， 中和了冷凝水中的部分 C a ( O H ) ， 降低 了 冷凝水 的碱度和硬度 ， 同时使烟气得到净化阎 。 本文提 出将排放的蒸压釜冷凝水用 作混凝土 拌合用水 ， 不仅可节约混凝 土搅拌用水 ， 降低冷凝 水 的废水处理费用 。 同时， 还可以直接降低管桩 、 加 气混凝 土等混凝 土制品的生产成本 。基 于上述设 想 ， 采用蒸压釜冷凝水作为混凝土拌合用水 并进 行 了试 验 研究 一 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 2期 1试 验原材 料 水泥 ： P O 5 2 5级 ， 比表面积 3 5 8 m2 k g ， 初凝时 间 1 1 5 mi n ， 终 凝 时间 1 7 0 mi n ， 3 d抗 压强度 3 2 3 MP a ， 2 8 d抗压强度 5 6 6 MP a 。 细骨料 ： 河砂 ， 细度模数 2 7 ，中砂 ， 质 量符合 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 建设用砂中的 I 类砂要求 ， 含 泥 量为 0 7 。 粗骨料 ：碎石 ， 5 2 5 m m连续级配 。质量符合 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 建设用卵石 、碎石中 I类要 求 ， 压碎值 7 6 ， 针片状 4 0 ， 含泥量 0 2 。 掺合料 ： 硅砂粉 。 质量符合 J C r r 9 5 0 -2 0 0 5 ( 预 应力高强混凝土管桩用硅砂粉 要求 ，比表 面积 4 2 0 m Z k g ， S i O 2 含量 9 4 1 。 减水剂 ： 萘 系高效减水剂 ， 含固量 3 2 5 ， 密度 1 1 9 8 g e m ， 减水率 l 6 。 2混凝 土养 护制 度及 混凝土试 验 方法 2 1 混凝土养护制度 采用 1 0 0 m m 1 0 0 m m 1 0 0 mm三联试模制作 ， 成 型后采用 P H C管桩生产 同条件养护 ：常压蒸汽养 护+ 高压蒸汽养护相结合 的二次养护方式 其 中蒸 养时间为静停 O 5 h ，升温 1 5 h ，恒温 4 5 h ，共计 6 5 h ； 蒸压 时间为 ： 升压 2 h ， 恒压 5 5 h ， 降压 1 5 h ， 开 门静停 O 5 h ， 共计 9 5 h 。 2 2 混 凝土试 验方 法 新 拌混 凝 土 坍 落度 测 定按 照 G B T 5 o 0 8 0 2 0 0 2 ( 普通混凝 土拌合物性能试验方法标准 的规 定进行 ； 蒸汽养护结束后 ， 混凝土试件冷却至室温 ， 然后按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能 试验方法标准 的规定进行混凝土抗压强度测定 。 3混凝土 配合 比方 案及试 验结 果 C 8 0蒸压混凝土配合 比方案 ， 采用在现有 P HC 管桩生产配合 比的基础上做适 当调整 混凝土配合 比的基本参数设计如下 ： ( 1 ) 离心混凝土的表观密度为 2 5 8 0 k m3 。 ( 2 ) 胶凝材料总量为 4 2 0 k g m ， 其 中 ： 硅砂 粉掺 加 2 7 4 ， 即 1 1 5 k g m 。 ( 3 ) 粗 细集料 总量为 2 0 4 0 k g m ， 其 中砂 率 S p = 31 4 。 ( 4 ) 混凝土的水灰 比 W C = 0 2 9 。 ( 5 ) 新拌混凝土的坍落度为 3 5 c m。 ( 6 ) 冷凝水的替代拌合用 自来水的比例分别为： 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 O 和 1 0 0 这 6种 情况 ， 其 混 凝 土配合 比的代号分别为 A1 、 A 2 、 A 3 , A 4 、 A 5 、 A 6等 。 蒸压 C 8 0混凝土配合 比设计方案见表 1 。 表 1 混凝土配合比 新拌混凝土的坍落度测定 、 常压蒸汽养护后混 凝土抗压强度及蒸压养护后混凝 土抗压强度测定 结果 ， 见表 2 。 表 2 试验 结果 一 3 0一 从表 2可知 。新拌混凝土 的坍落度 可以满 足 P H C管桩生产人工布料及离心密实的要求 ： 常压蒸 汽养护后 。 掺加冷凝水的混凝土配合 比的抗压强度 达到 6 0 MP a 。而且随着冷凝水掺加 比例 的提高 ， 混 凝 土的脱模强度也稍有提高 ： 蒸压养护后 ， 掺加冷 凝水 的混凝 土抗压强度与不掺加冷凝水的配合 比 相 比较 ， 其混凝土强度有较大的提升 ， 通过 图 1可 以发现 ，最低 可 以提 升 6 9 5 。而且 随着 掺量 的增 加 ， 混凝 土抗压强度 的提高幅度增大 ， 冷凝水替代 拌合用 自来水的比例 由 2 O 增加到 1 0 0 时，抗压 强度可以增加 2 1 7 。 因此 ， 冷凝水替代拌合用 自来 水搅拌得到的混凝土不仅可 以满足 P H C管桩对生 产人工布料及离心密实的要求 ， 还可 以较大幅度地 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒋元海 ， 梁俊 ， 谷志攀 利用蒸压釜冷凝水制备 C 8 0混凝土 提高混凝 土的抗压强度。 25 2 O 霎1 5 毯 营1 0 赠 0 5 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 冷凝水替代拌合用 自来水的 比例 图 l 冷凝水 的替代拌合用 自来水后抗压强度增加 比较 4结果 分析 硅酸 盐 水 泥在 常压 蒸 汽 养 护过 程 中 ， 其 水 泥 熟 料矿物 C ， S 、 C ： S 、 C 、 C F等开始水化 ， 并随着蒸汽 养护温度的提高和养护时间的延长 ， 熟料矿物 的水 化程度增大。主要形成水化硅酸钙 、 氢氧化钙、 水化 硫 铝酸钙 、 水化铝酸钙 、 水化铁铝酸钙等水化产物。 主要水化反应 的历程如下 ： 2 ( 3 C a 0 S i O 2 ) + 6 H o _ _ + 3 C a O 2 S i O 2 3 Hz O + 3 C a ( O H) 2 2 ( 2 C a 0 S i O 2 ) + 4 H 2 O + 3 C a O 2 S i O 2 3 H2 O + C a ( O H) 2 3 C a O A1 2 03 + 1 0 H2 O+ C a S O 4 2 H2 O 3 C a 0 Al 2 03 Ca S O4 1 2 H2 0 3 C a O A 1 2 O 3 + 1 2 H 2 O + C a ( O H) C a O A 1 2 0 3 1 3 H2 0 4 C a O A 1 2 0 3 F e 2 0 3 + 1 0 H2 O + C a ( O H) 2 _ 6 C a O A 1 2 0 3 F e 2 o3 1 2 H2 o 上述水化产物 中 C a ( O H ) 的数量较大 ， 大概 为 水化产物的 2 0 2 5 ， 但该矿物的自身强度很小 。 常压养护后 。进行 1 8 0 的压蒸养护 ，促使 C a ( O H ) ： 与硅砂粉掺合料 中的 S i O ： 及砂石集料表面的 S i O 发生水热合成反应： C 3 S 2 H3 + S i 02 - - - CS H+ C s S 6 H5 与此 同 时 ，也 可 能发 生 水化 硅 酸 钙 晶形 转 化 。 形成大量晶体强度很高的托勃莫来石 C S 6 H 。 在水热合成反应 中，混凝土拌合物中 C a ( O H) 的浓度越高 ， 则水热合成反应越快 ， 生产的托勃 莫 来 石 C 5 S 6 H 也越 多 。 采用一定浓度的 C a ( O H) 碱性拌 和水 ， 与水泥 水化作用后生成了低钙水化产物托勃莫来石。另一 方面 ， 当掺一定量的硅砂粉 ( 掺量在 3 0 时) 后 的混 凝土经蒸压处理后 ， 水泥石成份 中的托勃莫来石又 比不掺硅砂粉的混凝土所 占的比例更多 。 其水化硅 酸钙在很大程度上转化为更紧密的托勃莫来石 。 使 得混凝土 内部结构致密 ， 密实度 提高 混凝土强度 得到明显提升 ， 其反应式克分子量关系为： C a ( O H ) z + 6 S i O 2 - - + 5 C a O 6 S i O z 5 H 2 0 蒸压釜冷凝水 中含有较高的 C a ( O H) ： ， 可以补 充水 泥熟料 矿物常压蒸汽养 护时形 成 的 C a ( O H) 数量 ， 从而提高管桩生产 C 8 0混凝土中水泥水化体 系内 C a ( O H) ： 的数量和 p H值 ， 最终使得压蒸混凝 土的强度也越大 ，而且随着冷凝水 比例 的提高 ， 混 凝土 中 C a ( OH) 的浓度也增高 ， 混凝土强度提高幅 度增大 ， 随着反应速度 的深入 ， C S逐渐减少 ， 当 C S 1 5时， 生成卷箔状半结 晶性 的 C S H就越多 ， 最 终生成托勃莫来石 。 5结 论 ( 1 ) 利用蒸压釜冷凝水替代 自来水配制管桩生 产用 C 8 0混凝土有较高 的可行性 ， 新拌混凝土的坍 落度可以满足布料及离心密实要求 ， 而且冷凝水 的 替代 比例越高 ， 其混凝土强度提高程度越大。 ( 2 ) 蒸压釜冷凝水替代 自来水用 于管桩 生产 ， 可 以将 蒸压釜高 温冷凝水 内一定浓度 的 C a ( O H 1 2 ， 进 行 有效 利 用 ，免 去 了进 行 酸碱 中和 处 理 的费 用 ， 降低了生产成本 ， 有较好的经济效益。 ( 3 ) 蒸压釜冷凝水替代 自来水生产 P HC管桩 ， 保证水资源 的持续循环利用 ， 具有很好的经济技术 效益和环保效益， 是 P HC管桩绿色生产的一项重要 技 术 提升 。 参考文献 ： 【 1 】 蒋元海 关于我 国管桩 行业现状及发展 的建议 【 J 混凝 土 与水泥制品 2 0 0 7 ( 4 ) ： 3 1 3 2 2 】 蒋元 海 我 国管桩 行业 值得研发 的一些技术 问题 J 】 混凝 土与水泥制品， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 2 9 3 1 3 】 姜 勇 我 国加气 混凝 土 的现 状与 发 展 【 J 加 气 混凝 土， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 3 - 7 4 托斯 腾 迪 兹 德 国威翰 加气混 凝土 生产技 术【 J 新 型建 筑材料， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 4 2 4 5 【 5 G e o e S c h o b e r 蒸压加气混凝土生产一现状与趋势【 J 】 加 气混凝土， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 2 5 2 7 6 】 谢恩 预应力 高强混凝土管桩生产 中的热浪费分析 J 现 代科技， 2 0 0 9 ( 1 1 ) ： 3 8 ， 7 0 7 魏宜龄 技术改造减法 增效 j 】 建筑装饰材料世 界， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 1 6 1 8 8 】 冯小 朗 管桩 压蒸养 护余热利 用及再 利用二 氧化硫脱 硫 技术 P 1 Z L 2 0 0 8 1 0 0 7 0 8 0 9 6 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 6 1 6 作者简 介： 蒋元海 ( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 教授 。 联 系电话 ： 1 3 0 6 7 5 5 2 0 8 8 E - ma i h s z j y h 8 8 8 1 6 3 c o rn 一 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m