混凝土搅拌站废水回用对C10～C60混凝土性能影响的试验研究.pdf

中国科技核心期刊 新 鲤 巍 圃 混凝士搅拌站废水回用对 C 1 0 C 6 0 混凝士 牲能影晌的试验研究 姚源， 张凯峰， 刘康 ， 赵世冉 ， 王宁 ( 中建西部建 设北方有 限公 司， 陕西 西安7 1 0 1 1 6 ) 摘要： 研究了浓度为 l 的混凝土搅拌站废水对水泥标准稠度用水量、 凝结时间和胶砂强度的影响规律， 废水取代量对不同强 度等级混凝土工作性 能和强度 的影响规律 。结果表明： 掺入废 水后水泥浆体 的标准稠度用 水量 有所增加， 凝结时间延长 ， 强度略有 提高； 废水对不同强度等级混凝土工作性能和力学性能影响规律有所不同， 综合坍落度和扩展度2个指标， 可确定不同等级混凝土 工作性能的废水最佳掺量 ， 且废水对不 同等级的混凝土的强度 均有 一定的增 强作用 。 关键词： 废水； 浓度； 性能； 水泥； 混凝土 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 文献标识码： A 文章编号； 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 l 5 ) 0 5 0 0 1 2 0 3 Ex p e r i m e n t a l s t u d y o n t h e e ffe c t s o f wa s t e wa t e r o n th e CI O - C6 0 s p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e Y A0 y 帆， Z H A NG K a if e n g ， L I U K a n g ， Z H A0 S h i r a n ， W AN G M ( C h i n a We s t C o n s t r u c t i o n N o r t h C o L t d ， Xi a n 7 1 0 1 1 6 ， S h a a n x i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s a r t i c l e ， t h e e f f e c t s o f w a t e r c o n s u m p t i o n o f s t a n d a r d c o n s i s t e n c e ， s e t t i n g t i me a n d mo rt ar s t r e n g t h we r e s t u d - i e d u n d e r l c o n c e n t r a t i o n o f wa s t e wa t e r f r o m c o n c r e t e mi x i ng p l a n t On t h i s b a s i s ， t h e i n flu e n c e o n t h e d i ffe r e n t s t r e n g t h l e v e l o f c o n c r e t e u n d e r d i f f e r e n t d o s a g e o f wa s t e wa t e r wa s als o a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e c e me n t p a s t e mi x e d wi t h wa s t e wa t e r h a s hi g h e r wa t e r c o n s u mp t i o n ， t h e s e t t i n g t i me p r o l o n g e d a n d t h e s t r e ngth i n c r e a s e dW i t h d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n wa s t e wa t e r a d d e d i n t o c o n c r e t e t h e r e g u l a r i t y o n i t s wo r k i n g p e r f o r ma n c e a n d me c h a n i c a l p r o pe r t i e s i s d i ffe r e n t Op t i ma l d o s age o f wa s t e wa t e r t o d i f - f e r e n t s t r e n g t h g r a d e c o nc r e t e c a n b e d e t e r mi n e d b y t h e c o mb i n a t i o n o f s l u mp v alu e a n d e x t e n s i o n v a l u e An d t h e wa s t e wa t e r h as c e r t a i n e n h a n c e me n t e f f e c t o n t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e o f d i f f e r e n t g r a de s Ke y wo r d s ： w a s t e w a t e r ， c o n c e n t r a t i o n ， p e rf o r ma n c e ， c e m e n t ， c o n c r e t e 我国是一个水资源相对较匮乏的国家， 且随着经济的发 展和城市化进程的加快， 城市缺水问题将更加突出_l l。而混凝 土搅拌站作为用水大户， 在冲洗、 搅拌、 运输、 清洗泵送设备及 场地时会产生大量的废水， 对环境造成较大的污染 2 1 。因此， 将搅拌站废水经过一定的处理后与自来水混合作为混凝土的 拌合用水， 回用于搅拌站， 是解决废水浪费和水资源匮乏矛盾 的重要手段。 目 前， 已 经有部分学者对搅拌站废水回用于混凝 土做了一定的研究口 q ， 但大多数研究集中在低标号混凝土同 ， 废水对中高标号混凝土工作性能和力学性能的研究较少或仅 研究废水对单一标号混凝土性能的影响规律8 1 。为综合研究 搅拌站废水对于不同 等级混凝土的 应用价值， 本文 研究了 搅 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 1 5 作者简介 ： 姚源 ， 女， 1 9 8 8年生， 陕西西安人 ， 硕士 。地址： 西安市长安 区王寺西街 ， E - ma i l ： 4 5 5 3 4 5 5 7 5 q q e c ru。 1 2 新型建筑材料 2 0 1 5 5 拌站废水对水泥试件以及对 C 1 0 一 C 6 0 混凝土工作性能和力 学性能的影响规律。 1 试验 1 1 原材料 水泥： 陕西冀东P 0 4 2 5 水泥， 细度( 8 0 m方 孔筛筛余 ) 1 3 ， 安定性合格， 主要物理力学性能见表 1 。 表 1 水泥的主要物理力学性能 粉煤灰： 级， 陕西渭南电厂， 4 5 m方孔筛筛余 l 5 4 。 矿粉： S 9 5 级， 陕西韩城电 厂产， 比表面积4 5 5 m 2 k g 。 细骨料： 西安渭河中砂， 细度模数2 1 ， 含泥量2 9 。 粗骨料： 5 3 1 5 m m连续级配卵石， 含泥量 1 3 ， 针片状 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 姚源， 等： 混凝土搅拌站废水回用对 C I O C 6 0 混凝土性能影响的试验研究 含量2 ， 压碎指标5 0 。 聚羧酸减水剂： 大连西卡， 固含量 1 8 5 。 试验用水： 取自中建商品混凝土西安公司沣谓站的生产 废水， 将浓度为1 的 废水与自 来 水混 合作为试验用水， 废水 的主要性能指标见表2 。 表 2 混凝土搅拌站废水的主要性能指标 1 2 试验方法 1 2 1 废水的基本性能测试 混凝土搅拌站废水( 以 下简称废水) 的浓度、 p H值参照J G J 6 3 -2 0 0 6 ( 混凝土用水标准 进行测试， 氯离子和硫酸根离子 含量分别参照G B T 1 1 8 9 6 - - 1 9 8 9 ( g 质 氯化物的测定 和G B 1 1 8 9 9 - - 1 9 8 9 O J 质 硫酸盐的测定 进行测试。 水泥的标准稠度 需水量和凝结时间参照G B ff 1 3 4 6 - - 2 0 1 1 水泥标准稠度用水 量、 凝结时间、 安定性检验方i i 进行测试。 胶砂强度参照G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 水 泥胶砂强度检验 方法( IS O 法) 进行测试。 1 2 2 混凝土工作性能测试 混凝土坍落度和扩展度参照G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 普通混 凝土拌和物性能试验方法标准 进行测试。 通过测量坍落度和 扩展度来表征混凝土的流动性能，在试验过程中同时观察混 凝土的保水性和黏聚性能。 1 2 3 混凝土力学性能测试 试件的成型及养护按照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 进行。 试件成型后在室内环境中静置 1 d 拆模，后将试块放入标准养护室中养护至3 d 、 7 d 和2 8 d 龄期， 测试试件的抗压强度。 2 试验结果及分析 2 1 废水对水泥基本性能的影响 将浓 度为l 的废水以0 和1 0 0 比 例取代自 来水， 加 入到水泥中，测试废水对水泥净浆标准稠度用水量、凝结时 间， 以及对胶砂强度的影响。结果如表3 所示。 表 3 废水取代量对水泥基本性能的影响 废水 取代量 ， 标准稠度 凝结f m i n 抗折强度I M P 8 抗压强度 M P a 用水量 初凝终凝3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 0 1 2 8 1 6 0 2 0 7 6 O 8 0 8 5 2 92 3 8 8 49 8 1 0 0 1 2 9 1 7 0 21 5 6 2 8 - 3 8 9 3 1 0 41 5 51 4 从表 3 可以看出： ( 1 ) 掺入废水的水泥净浆标准稠度用水量较掺自 来水的稍 有增加。 因为废水中的悬浮颗粒增大了集料的比表面积， 且这 些颗粒本身具有一定的吸水性，这2 种原因共同作用使水泥 的标准稠度需水量有所增加。 ( 2 ) 掺废水水泥狰浆的初凝时间和终凝时间较掺自 来水的 也有所延长。 主要由于废水中大量存在的C a ( O H ) 导致拌合 用水的碱性增强， 在一定程度上抑制了水化速率。另外， 由于 冲刷泵送设备所带来的缓凝组分也会导致水泥初凝时间和终 凝时间有所延长。 ( 3 ) 掺废水的水泥胶砂试件强度较掺自 来水的有所提高。 掺废水的胶砂试件3 d 、 7 d 、 2 8 d 抗压强度比掺自 来水的分别 提高了6 2 、 7 0 和3 2 。 这主要由于废水中部分存在的水 泥、 活性粉煤灰、 活性矿粉等组分， 既能作为填充料、 又能在碱 性环境下发生水化反应， 生成水化硅酸钙， 改善体系的微观结 构， 提高试件的早期强度和后期强度。 2 2 废水对混凝土性能的影响 C I O C 6 0混凝土配合比见表4 。将浓度为 1 的废水以 0 , 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 的比例取代自 来水，测试不同强 度等级下废水取代量对混凝土工作性能和力学性能的影响。 表4 C I O C 6 0混凝土配合比 2 2 1 废水取代量对不同强度等级混凝土拌合物 工作性能的影响( 见图l 、 图2 ) 2 5 0 2 00 逞1 5 0 1 00 5 O O 0 60 2 0 日 8 0 C I O C 2 0 C 3 0 C 4 0 C 5 0 C 6 0 强度等级 图 1 废水取代量对不同强度等级混凝土坍落度的影响 由图1 、 图2 可知， 废水在不同取代量下对各强度等级混 凝土工作性能的影响规律不尽相同。对C I O 混凝土来说， l 浓度的废水在各取代量时的坍落度和扩展度均高于基准， 坍 落度和扩展度最多分别提高了3 5 和6 7 ； 对C 2 0混凝土来 NE W BUI L DI NG M ATE R I AL S 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 竺 兰 兰 圭 苎 兰 奎 里 c l o c 6 o 混 凝 土 性 能 影 响 的 试 验 厨 F-j I 究 _ _ - _ _ _ _ - _ - _ _ 。 一 ， 一 7U 60 0 5 0 0 目4 0 0 蓥 3 0 0 2 0 0 】 O O 0 C 1 0 C 2 0 C 3 0 C 4 0 C 5 0 C 6 0 强度等级 图 2 废水取代量对不同强度等级混凝土扩展度的影晌 说， 随着废水取代量的增加， 坍落度先增大后减小 ，扩展度逐 渐减小； 对于C 3 0 、 c 4 O 混凝土， 随着废水取代量的增加 ，坍落 度和扩展度基本都小于基准； 而对于 C 5 0 混凝土 ，废水取代 量的 变化对坍落度和扩展 度的 影响没有明显规律；对于C 6 0 寒 静 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 废水取代量 ( a ) C 2 0 混凝土 5 2 4 8 4 4 4 0 3 6 强 3 2 幽 2 8 鞲 2 4 2 0 l 6 混凝土， 坍落度和扩展度均在 废水取代量为2 0 时达到最大 值。 综合坍落度和扩展度2 个指标， 对于1 浓度的废水 ，C I O 、 C 2 0 、 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0 、 C 6 o 混凝土中最佳取代量分别为8 0 、 2 0 、 2 0 、 4 0 、 2 0 、 2 0 。 关于掺入废水对混凝土工作性能的影响规律， 主要受2 种因 素 的 同 作 用， 正 因 素 为 废水 中 的 外 加 剂 组 分， 能 改 善 混 凝土的和易性， 提高混凝土的 坍落度和扩展 度， 改 善混凝土的 工作性能。 负因素为废水中的悬浮颗粒和惰性组分 ，吸附正常 掺入的外加剂，降低混凝土的工作性能。 废水中外加剂的掺 量、 有效成分与惰性成分的差异， 造成废水对各强度等级混凝 土工作性的影响结果存在差异。 2 2 2 废水取代量对不同强度等级混凝土抗压强度 的影响( 见 图3 ) 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 废水取代量 ( b ) C 4 0 混凝土 75 7 O 塞 嚣 龋 5 5 5 0 4 5 4 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 废水取代量 ( c ) C 6 0 混凝土 图 3 废水取代量对不同强度等级混凝土抗压强度的影晌 由图3可知， 1 浓度的废水对于不同强度等级混凝土的 抗压强度影响各有不同。 对于c 2 0 混凝土 ，随着 废水取代 量的 增大， 各龄期的 抗压强 度也逐渐增大， 最佳取代量为8 0 ，2 8 d 强度提高了6 1 ； 对于C 4 0 ， 各龄期强度在取代量为 2 0 时达到峰值， 2 8 d 强度提高了8 9 ；而对于C 6 0 混凝土， 2 8 d 各取代量下的抗压强度均高于基准， 废水取代量为8 O 时 提高最多，达到l 4 5 ， 3 d 、 7 d 抗压强度也比基准分别提高了 9 7 和7 8 ， 综合 判断最佳取代 量为8 0 。 综上所述， 废水对 不同强度等级混凝土影响结果各不相同，最佳掺量也有所差 异， 但对于各等级混凝土有增强的作用， 尤其对 C 6 0 等级混 凝土的增强效果较明显。 废水能 在一定程度上提高不同强 度等级混凝土强度的主 要原因，是碱性的废水对于矿物掺和料的激发效应和混凝土 孔结构的改善。废 水中 含有的 活性粉 煤灰和 矿粉部 分被碱性 激发， 生成水硬性的 水化硅酸钙胶凝填充在混 凝土 孔隙中 ，降 低了 孔隙 率， 改善体系孔结构； 另外， 废水中 还有部分未水化 的粉煤灰 和矿粉作为 微集料填充在硬化体的 孔隙中 ，这2 种 效应共同作用使结构更加致密 1 4 新型建筑材料 2 0 1 5 5 3 结语 ( 1 ) 废水的加入使得 水泥 净浆的 标准稠度用 水量增加 ，凝 结时间有所延长，且在一定程度上提高了胶砂试件的早期和 后期强度，掺废水试件的3 d 、 7 d , 2 8 d 抗压强度比掺自来水 的分别提高了6 2 、 7 0 和3 2 。 ( 2 ) 废水对不同强度等级混凝土工作性能的影响规律不尽 相同。 综合坍落度和扩展度2 个指标， C I O C 6 o 混凝土中l 浓度废水的最佳取代量分别为8 0 、 2 0 、 2 0 、4 0 、 2 0 、 2 0 。 ( 3 ) 用浓度 1 废水制各C 2 0 、 C 4 0 、 C 6 0 混凝土， 废水取代 量对不同强度等级混凝土影响结果各不相同，最佳掺量也有 所差异， 但对不同 强度等级的混 凝土 均有一定的 增强作用 ，尤 其对C 6 0 混凝土的增强 效果更加明 显， 试 件的3 d 、7 d , 2 8 d 抗 压强 度比 掺自 来水的试件分别 提高了9 7 、 7 8 和1 4 5 。 参考文献： 【 1 】 迟培云， 吕平， 周宗辉 现代混凝土技术【 M 】 上海 ： 同济大学 出版 社， 1 9 9 9 ( 下转第4 7页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张苏龙 ， 等： 沥青路 面有机硅预防性养护材料 的性能研究 采用构造深度试验和摆式摩擦仪来评价S P M处治后对 沥青路面抗滑性能的影响。以构造深度 D和抗滑摆值B P N 为指标评价， 试件分为2 组， 分别为空白试件和 S P M处治后 的试件， 实验结果如表8 所示。 表 8 S P M处治后对沥青路面抗滑性 能的影响 从表8 可以看出， S P M作为雾封层技术的一种，虽然可 以向下渗透，但是在路表固化成膜的那部分仍然会对路面的 表面构造有一定影响， 使得路面的构造深度下降。比较 S P M 对不同级配混合料的B P N影响大小，从高到低依次排列为： S M A 一 1 3 A C 一 1 3 O G F C 一 1 3 ， 这与3 种混合料的空隙率是相关 的， O G F C是开级配，本身构造深度大就有很好的抗滑性能， 而且空隙率 1 8 ， 涂抹有机硅以后， 大部分有机硅溶液渗入 混合料内部， 而表面残留的少量的有机硅对抗滑基本无影响； 而A C与S M A均为密级配，空隙率相对较小， S P M处治后会 使得B P N降低1 0 1 7 ， 而S P M对S M A混合料的抗滑影响 超过A C混合料， 这是因为S M A采用高油石比与高矿粉用量 形成沥青玛蹄脂填充混合料空隙， 压密后空隙率 4 ， 表面基 本不透水， 更多的S P M残留在混合料表面纹理较低处固化成 膜， 使得构造深度下降， 从而降低了抗滑性能。 当B P N下降到4 5以下时，已无法满足高速公路以及一 级公路对抗滑性能的要求， 当原路面服役一段时间以后， 因为 表面在车轮荷载作用下被磨平，造成抗滑性能下降，当进行 S P M处治时， 需要采取相关措施来提高路面的抗滑性4 - 5 1 。 通常可以采用橡胶粉或者石英砂来提高路面的抗滑性能， 因 为其与S P M的粘附性能较好，并且橡胶粉多来自 于废旧轮 胎， 在废物利用的同时可以降低路面的噪声， 具有一定的经济 性。 6 结论 ( 1 ) 以甲基一 苯基作为侧链可以赋予 S P M成膜后足够的 刚性和韧性， 在保证耐磨性能的同时达到良 好的防水效果。 ( 2 ) S P M在道路表面固化成膜后， 可以封闭部分连通孔 隙， 从而减少水分进入， 起到防水效果， 有效降低路面的渗水 系数和混合料的吸水率。 ( 3 ) S P M可以有效抑制路面的松散， 在水损害和有机溶 剂侵蚀的条件下， 有效减少飞散损失， 防止坑槽的发生， 延长 道路使用寿命。 ( 4 ) S P M处治对空隙率较小的A C和S M A混合料的抗滑 性能影响要大于开级配的O G F C混合料， 特别是对于S M A混 合料， 必要时在S P M处治后可以撒布一些石英砂或者橡胶粉 来提高路面的抗滑性能。 参考文献 ： 【 1 宋琦 ， 刑德 华 沥青 混凝 土路 面预 防性养 护技 术研 究 J 1 公路 ， 20 1 3( 1 ) ： 2 6 0 2 6 4 f 2 】 A s m a T ， I b r a h e e m， S u d a M， e t a E v a l u a t i o n o f c o mm o n m a i n t e n a n c e me t h o d s f o r fl e x i b l e p a v e me n t s J A me ri c a n J o u r n al o f E n g i n e e r i n g a n d Ap p l i e d S c i e n c e s ， 2 01 1 ， 4( 3 )： 41 3 42 4 ( 3 】 L i n J u n t a o ， C h e n Me i z h u ， Wu S h a o p e n g U t i l i z a t i o n of s i l i c o n e mMn t e n a n c e ma t e rials t o i mp r o v e t h e mo i s t u r e s e n s i t i v i t y o f a s p h a l t mix t u r e s 【 J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 2 ( 3 3 )： 1 6 4 】 L i n J u n t a o ， G u o P e i d a ， Wa n ， e t L a b o r a t o r y i n v e s t i g a t i o n o f r e j u v e n a t o r s e a l ma t e ri al s o n p e r f o r m a n c e s of a s p h alt mi x t u r e s J 】 C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ( 3 7 ) ： 4 1 - 4 5 5 】5 Wa n g Ha o ， Wa n g Z i l o n g E v a l u a t i o n of p a v e m e n t s u rf a c e f r i c t i o n s u b j e c t t o v a r i o u s p a v e me n t p r e s e r v a t i o n t r e a t me n t s叨 C o n s t rn- c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 1 3 ， 4 8 ： 1 9 4 2 0 2 A ( 上接第 1 4页) 2 】 程永伟 污水回用 于混凝土拌合 用水方面 的应用研 究 D 昆明： 昆明理工大学 ， 2 0 0 7 【 3 】 常洪 民， 葛新文 ， 王 东旭 废弃混凝土 拌合物 分离浆水再 利用技 术的试验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 7 ) ： 6 9 7 0 【 4 4 李小玲， 何廷树 混凝土搅拌站废水对水泥及胶砂性 能影响 J 混 凝土 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 3 9 1 4 1 【 5 张承志 商品混凝土【 M】 北京： 化学工业出版社 ， 2 0 1 3 6 】 李建章 ， 冷发光 ， 丁威 搅拌 站循环水在混 凝土 中应用研 究 J 中 国建材科技， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 1 3 1 6 7 】 欧阳孟学 ， 李永鹏 ， 张凯峰 ， 等 利用 搅拌站 生产废水制 备 C 2 0 一 C 4 0混凝 土的实验研究【 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 1 2 4 1 2 9 8 】 何廷树 ， 李 小玲 ， 王 福川 ， 等 搅拌站 废水对 不 同掺和料 配制 的 C 8 0高强混凝土 强度 的影 响 J 】 _ 硅酸盐通报， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 3 8 4 3 8 8 【 9 】9 李峰 商 品混凝土搅 拌站废 水 回收利用 【 J 四川建 筑科 学研究 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 2 0 3 2 0 4 A N E W BUI L DI NG MAT E RI A 5 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m