预拌混凝土企业污水综合利用技术研究及应用.pdf

新 巍 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 预拌混凝土企业污水综合利用技术 研究及应用 张海霞， 崔鑫， 王龙志， 张雪， 张会冰 ( 山东建泽混凝 土有限公司， 山东 济 南2 5 0 1 0 1 ) 摘要 ： 为了促进预拌混凝土企业污水综合利用技术发展， 开展了不同污水利用率的混凝土工作性能、 含气量、 力学性能、 综合 效益的研究， 并在此基础上进行了污水综合利用技术的中试。研究表明： 随着污水回收系统回收污水利用率的提高， 混凝土工作性 能降低 、 含气量 降低 、 抗压强度提高 ； 污水 利用过程 中， 当混凝 土拌合水中 固形物含量 大于 4 8 时， 混凝土 的工作性 能和 含气量快 速降低 ； 污水的利用可在一定程度上 降低胶材 的用量 ， 而不影 响混凝土 的性能 ： 预拌混凝土企业污水 的综合 利用具有显著 的经济 效 益和社会效益 。 关键词 ： 预拌混凝土； 污水； 综合利用； 性能研究； 固形物； 应用 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 0 5 0 4 Re s e a r c h o n r e a dy - mi x e d c o n c r e t e e n t e r p r i s e s c o mp r e h e n s i v e s e wa g e u t i l i z a t i o n t e c h n o l o g y a n d i t s a p p l i c a t i o n Z HANG Ha i x i a ， CU I Xi n， WANG L o n g z h i ， Z HANG Xu e ， Z HANG Hu i b i n g ( S ha n d o ng J i a n z e Co n c r e t e Co L t d ， J i n a n 2 5 0 1 0 1， S h a n d o n g ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o p r o m o t e t h e d e v e l o p me n t o f c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n t e c h n o l o g y o f s e w a g e ， c a r r i e d o u t t h e r e s e a r c h o f wo r k i n g p e rfo r ma nc e ， a i r c o n t e n t ， me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c o mp r e h e n s iv e b e n e fi t o f t h e c o n c r e t e o f t h e d i f f e r e n t s e wa g e u t i l i z a t i o n r a t i o， a n d o n t h i s ba s i s s e wa g e c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n t e c h n o l o g y i s i n t h e t r i a 1 Re s e a r c h s h o ws t h a t ： wi t h t h e i mp r o v e me n t of s e wa g e u t i l i z a t i o n r a t e ， wo r k i n g p e r f o r ma n c e a n d a i r c o n t e n t o f c o n c r e t e r e d u c e d， a nd 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 i mp r o v e d ； I n t h e p r o c e s s o f s e wag e u t i l i z a t i o n， wh e n t h e c o n c r e t e mi x i n g wa t e r s o l i d c o n t e n t i s mo r e t h a n 4 8 ， t h e c o n c r e t e wo r k i n g p e rfo rm a n c e and a i r c o n t e n t q u i c k l y r e d u c e S e wa g e c a n i n a c e r t ain e x t e n t r e d u c e t h e d o s a g e of t h e p l a s t i c ma t e r i a l an d wi t ho u t a f f e c t i n g t h e p e rfo rm a n c e o f c o n c r e t e Th e c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f r e a d y mi x e d c o n c r e t e e n t e r pr i s e s e wa g e h a s s i g n i fic a n t e c o n o mi c a n d S O - c i a 1 b e n e fit s Ke y wo r d s ： r e a d y - mi x e d c o n c r e t e ， s e w age ， c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n ， p r o p e r t y r e s e a r c h ， s o l i d s u b s t a n c e ， a p p l i c a t i o n 如何保持预拌混凝土企业生产现场环境，做到文明生产， 避免污水外流， 减少生产用水消耗， 一直是预拌混凝土企业所 面对的主要环保问题。 J G J 6 3 -2 0 0 6 凝土用水标准 规定： 混 凝土用水为混凝土拌合用水和混凝土养护用水的总称， 包括饮 用水、 地表水、 地下水、 再生水、 混凝土企业设备洗刷水等。 标准 明确规定了混凝土企业设备洗刷水可作为混凝土用水进行使 用。但预拌混凝土企业通常把混凝土设备洗刷水称为污水 。 对预拌混凝土企业来说， 通常按单位质量的水中， 固形物 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 1 - 1 0 作者简 介： 张海 霞 ， 女 ， 1 9 7 5年 生 ， 山东潍坊 人 ， 高级工程师 ， 从事 高 性能混凝土工程应用技术研 究。地 址： 济南市高新 区舜 华路 1 1 1 7号 科汇大 厦 B区 3 0 2室 。 含量大于5 且对人体有害、 不能正常饮用的水称为污水。预 拌混凝土企业产生的污水中主要含有水泥未水化产物、 胶凝 材料水化产物、 矿物掺合料、 泥土、 外加剂及部分细骨料颗粒 等成分。 对于污水， 预拌混凝土企业通常有3 种处理方法： 一是倾 倒， 这种方式造成沟河堵塞， 污水靠自然蒸发或渗入地下， 对 环境造成污染； 二是沉淀池自 然净化， 将沉淀后的污水部分利 用， 大部分排放， 在预拌混凝土企业这是比较普遍的做法， 但 对公用排水设施造成堵塞； 三是综合利用， 将产生的污水全部 加以利用， 这是目 前少数管理比较先进的企业的做法。 本文开 展了污水对混凝土含气量、 工作性能、 力学性能影响的研究， 以促进预拌混凝土企业污水的综合利用，为预拌混凝土企业 节约生产成本、 降低环境污染， 同时为产生类似污水和其它污 N E W BUl L DI NG M ATE RI AL S 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张海霞， 等： 预拌混凝土企业污水综合利用技术研究及应用 水的企业提供技术方向、 推动和谐社会发展回 。 1 污水回收系统设计 预拌混凝土企业污水的产生主要是设备洗刷水、 清洗场 地产生的废水以及雨水， 因此污水回收系统设计时应考虑全 面。该系统组成包括： 厂区导流管道、 洗车系统、 砂石分离机、 回收系统、 搅拌系统等。 厂区导流管道： 依据厂区内 基本分布， 合理设置导流管路， 收 集厂区 冲洗产生的 污水 和雨 水。 收集到的 污水通过管道流 至回收水池内进行二次利用。 洗车系统： 洗车系统主要由冲洗槽、 接水管等部分组成。 根据车辆大小设计洗车台的尺寸， 根据砂石分离机高度设置 冲洗槽和洗车台高度， 根据车辆出料口高度设计接水管高度， 同时在冲洗槽后方设置挡板， 防止车辆撞坏料槽， 保证接水不 至撒到接料口 外。 砂石分离机： 砂石分离机由自 动清洗装置、 清洗气动蝶阀、 排水槽等装置组成。 每次分离完后自 动清洗砂石分离机内 部， 确保内部清洁， 防止分离机内部堵塞， 延长维护周期， 保障分 离机的使用寿命。 回收系统： 回收系统包括沉淀池和蓄水池等。 在砂石分离 机一侧设置三级沉淀池， 将清洗搅拌机、 混凝土搅拌车的水以 及清洗生产现场的污水导流至沉淀池， 经沉淀后， 较清的水流 入蓄水池。 搅拌系统： 搅拌系 统通过周期性搅拌达到防止泥浆沉淀 凝固的目的， 同时对污水进行搅拌， 还能提高污水泥浆的均匀 性， 防止不均匀泥浆对混凝土性能的不利影响。 该废水回收系统的工作流程为： 搅拌机和运输车洗刷水 以及废弃混凝土经砂石分离机分离回收后， 废浆料经沉淀， 废 水进入蓄水池中储存。厂区地面清洗污水和雨水经排水沟进 入沉淀池， 经沉淀后污水进入蓄水池。 蓄水池中的水可循环洗 车或用于生产。 用于混凝土搅拌前， 对蓄水池中的水进行检验 并启动搅拌系统搅拌均匀，水检验合格后泵送至计量称上计 量搅拌3 1 。 2 试验与结果分析 2 1 原材料 水泥： 山东水泥厂生产的P 0 4 2 5 水泥， 其物理性能指标 如表 1 所示。 表 1 水泥的物理性 能指标 6 新型建筑材料 2 0 1 5 6 粉煤灰： 聊城茌平电厂生产的 级粉煤灰， 细度 2 2 ， 需 水量比1 0 1 ， 烧失量5 3 ， 含水量0 5 4 J 。 矿粉： 济南永通建 材有限公 司产的$ 9 5 级 矿粉， 比 表面积 4 2 8 m 2 k g ， 流动度比9 8 ， 烧失量0 8 ， 2 8 d 活性指数 1 0 1 。 外加剂： 济南华建生产的S M F 一 2型脂肪族系外加剂， 固 含量3 2 7 ， D H值为 1 2 1 ， 氯离子含量0 0 5 ， 总碱量 1 8 ， 减水率2 1 。 细骨料： 济南产机制砂， 细度模数3 1 ， 石粉含量 1 3 5 ， M B值为0 6 ， 压碎指标2 3 1 ， 表观密度2 7 0 0 k g m 。 粗骨料： 泰山产5 2 5 m m石灰岩碎石， 含泥量0 5 ， 针 片状含量 1 9 ， 压碎值9 5 ， 表观密度2 7 2 0 k g m 。 污水： 本企业蓄水池中搅拌均匀后从中取得的回收水。 该 污水呈灰色， 固形物含量5 3 ， 其化学指标如表 2 所示。 表 2 污水溶液 的化学指标 2 2 试验方法 使用不同比例污水配制混凝土， 对混凝土的含气量、 工作 性能和力学性能进行测试。试验在( 2 O 5 ) o C 的室内完成， 每 组试验重复3 次， 取3 次的平均值为测试结果， 若有 1 组数据 超过中间值的 1 5 ， 则取中间值， 若最大值和最小值与中间 值的差均超过中间值的1 5 ， 则试验重做5 - 7 。 2 3 混凝土配制及性能分析 对预拌混凝土企业使用最多的C 3 0强度等级进行不同 比例的污水配制混凝土试验， 并对混凝土性能进行研究。 为测 试污水对混凝土含气量的影响， 在泵送剂中加入一定量的引气 剂， 试验C 3 0 混凝土配比( k g m 3 ) 为： m ( 水泥) ：m( 碎石) ： m( 机制 砂) ： r r t ( 矿渣粉) ： m( 粉煤灰) ： m( 外加剂) ： m( 水) = 2 3 0 ： 9 5 0 ： 8 5 0 ： 6 0 ： 1 1 0 ： 1 0 ： 1 8 0 。 不同比例污水对混凝土性能的影响见表 3 。 表 3 不同 比例 污水对混凝土-陛能的影 响 2 3 1 对坍落度的影响分析 由 表 3 可知， 随着污水掺加比例的提高， 混凝土坍落度呈 降低趋势， 特别是当掺加比例提高至8 0 以上时， 坍落度出现 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张海霞， 等： 预拌混凝土企业污水综合利用技术研究及应用 急剧下降。 由此可知， 当拌合水中固形物含量低于4 8 时， 污 水对混凝土坍落度影响较小嘲 。 2 3 2 对含 气量的影响分析 由表 3 可知， 随着污水掺加比例的提高， 含气量呈下降趋 势， 但当污水掺加比例在5 0 8 0 时， 基本无变化。 由于抗冻 混凝土对含气量要求较高， 因此对于有抗冻性要求的工程， 污 水使用前应试验验证。 混凝土中含气量过大， 会导致混凝土强 度的降低， 因此， 一定程度的含气量降低， 可增加混凝土的密 实度， 提高力学性能。 2 3 3 对混凝土抗压强度的影响分析 由表 3 可知， 随着污水掺加比例的提高， 混凝土7 d 抗压 强度呈上升趋势， 在污水掺加比例为5 0 8 0 时强度基本稳 定， 但超过8 0 时， 强度出现急剧提高现象； 掺加污水后混凝 土的2 8 d 抗压强度均高于不掺加污水的，污水掺加比例为 3 0 和8 0 时， 2 8 d 抗压强度相差不大，全部使用污水时2 8 d 抗压强度最高。 综合表3 可以看出， 掺加不同比例污水对混凝土性能影响 非常大。通过查找资料并进行详细讨论分析， 认为主要是污水 中的固 形物 对混 凝土性能 产生了 影响， 因 此对污水进 行浓缩处 理， 保证固形物含量相同， 调整污水比 例进行试验， 结果见表4 。 表 4 不 同污水 比例 、 相同固形物含量混凝土的性 能 由表4 可以看出， 当污水中固形物含量相同时， 对混凝土 性能几乎无影响， 同时随着固形物含量增加， 混凝土坍落度降 低、 含气量降低、 抗压强度提高。 由上可知， 对混凝土性能的影 响主要是由于固形物含量不同所致。 3 中试验证 上述实验室试验结果显示，使用污水进行混凝土生产在 一 定范围内对混凝土性能影响不大，进而在实际生产中进行 验证， 试验中污水的固形物含量为5 3 ， 具体配合比如表5 所示。验证时采用2 种强度等级，每种强度等级的配合比相 同， 污水比例分别为0 、 4 0 、 5 0 ， 试验结果如表 6 所示。 表 6 结果证明， 在污水掺量低于 5 0 时， 抗压强度仍然 随着污水掺加量的增加而提高， 坍落度变化较小。 分析原因， 主 表 5 生产用混凝土的配合 比 强度等级 污 例 坍落度 抗 压强度 MP a mm 注 ： C 2 0混凝土每 种污水 比例验证 2 O组 ， C 3 0混凝 土每种 污水 比例验证 2 5组 要因为污水中含有一定量的减水剂导致。 对于低强度等级的 混凝土， 混凝土中的胶凝材料相对较少， 而污水中含有一定量 的未水化水泥颗粒、 掺合料颗粒及水化产物等微小固形物， 此 种固形物类似于混凝土中的掺合料，能起到填充混凝土中的 孔隙、 密实混凝土的作用。 所以， 对于强度等级C 3 0以下的混 凝土，污水的掺入能在一定程度上改善混凝土拌合物的性 能， 提高其抗压强度。 对相同强度等级的混凝土， 掺加污水后的配合比在不掺 加污水的配合比基础上减少部分水泥用量进行试验验证， 具 体配合比见表7 ， 性能测试结果见表8 。 表7 不同污水比例下的混凝土配合比 强度 污水 原材料用量 ( k 咖 等 级 比 例 西 面 强度 污水 坍落度 凝结时间， ( h ： ra i n ) 抗压强度， M P a 等 级 比 例 ， m m i 一 i 注 ： C 2 0混 凝土每 种污水 比例验证 2 O组 ， C 3 0混 凝土 每种污 水 比例验 证 2 5组 。 N E W BUl L DI NG MAT ER I AL S 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m