搅拌站污泥对混凝土力学性能和耐久性的影响.pdf

第 4 6卷第 1期 2 0 1 5 年 1 月 V b 1 4 6 No 1 J a n 2 01 5 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 5 3 搅拌站污泥对混凝土力学性能和耐久性 的影响 邓 斌 ，贾兴文 2 ( 1 重庆建工第二建设有限公司，4 0 0 0 3 0 ，重庆；2 重庆大学材料学院，4 0 0 0 4 5 ，重庆 ) 摘要：混凝土搅拌站污泥作混凝土掺合料可有效提高其利用率。通过对污泥取代粉煤灰试件进行水泥 胶砂试验，评价了污泥的活睦，并研究了污泥对混凝土力学性能和耐久性的影响。结果表明，搅拌站污泥活 性较低，如污泥取代粉煤灰比例不超过 3 0 ，则不会对混凝土抗压强度和耐久陛产生不利影响。 关键词：污泥；活性；掺合料；抗压强度；渗透陛 中图分类号 ：T U 5 2 8 5 2 文献标志码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 3 0 4 EFFECT oF S LUDGE oF M I XI NG ST ATI ON ON M ECHANI CAL P ROPERTI ES AND DURABI LI TY oF CoNCRETE De n g Bi n ，JI A Xi n g- wen ( 1 S e c o n d C o n s t r u c t i o n Co L t d ，C h o n g q in g C o n s t r u c t i o n E n g i n e e ri n g G r o u p Co L t d ，4 0 0 0 3 0 ，C h o n g q i n g ，C h i n a ； 2 C o l l e g e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ，C h o n g q i n g U n i v e r s i t y ,4 0 0 0 4 5 ，Ch o n g q i n g ，C h i n a ) Abs t r a c t ： S l u dg e a t c o nc r e t e mi xi ng p l a n t c o u l d b e u s e d a s c o n c r e t e a g g r e g a t e t o i n c r e a s e i t s u t i l i z a t i o n Ce me n t mo r t a r t e s t i s c a r r i e d o ut b y us i n g s l ud g e t o r e p l a c e p o wd e r e d c o a l a s h ，t o e v a l u a t e t he a c t i v i t y o f s l ud g e a n d r e s e a r c h t h e i nf l u e nc e o f s l u d g e o n me c h a n i c a l p r o pe r t y a n d d u r a b i l i t y a n d d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e I t i s f o u n d t ha t s l u d g e ha s r e l a t i v e l y l o w a c t i v i t y a n d t h a t i t wi l l no t p r o d u c e i nflue n c e o n c o mp r e s s i o n s t r e n g t h o f c o nc r e t e whe n i t s c o n t e n t r e pl a c i n g po wd e r e d c o a l a s h i s n o t mo r e t h a n 3 0 Ke y wo r d s ： s l u d g e ；a c t i v i t y ；a d mi x t u r e ；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ；pe n e tra t i o n 混凝土搅拌站冲洗运输车辆和搅拌设备后产生的 废水，经砂石分离后，废水中的颗粒在沉淀池中逐渐 沉淀形成污泥 1】 。据测算，一个年产量 2 0 万 m 的混 凝土搅拌站，每年产生的污泥约为 1 5 0 0 - 2 0 0 0 t 。由 于担心污泥会对混凝士陛能产生不利影响。一些搅拌 站将清理出来的污泥散乱堆放、甚至随意倾倒，导致 污水流淌和严重扬尘；一些搅拌站还须耗费大量资金 定期清理污泥； 仅有少数搅拌站考虑了污泥的回收利 用，主要用于制备强度等级 C 2 0 及以下的低强度混 凝土，但回收利用率较低。 为了提高利用率，一些搅拌站将污泥与自来水混 合后作为混凝土拌和用水，由于污泥含水量高，若直 接采用污泥掺加 自来水作为混凝土拌和用水 ，则须对 混凝土拌和用水的密度和浓度进行实时监控，对正常 的生产有不利影响 口 ；由于污泥性质波动较大，即使 将污泥烘干，也可能会对混凝士眭能产生不利影响。 本文对 3 家大型混凝土搅拌站污水沉淀池中提取的 污泥进行物理化学性质测试，对污泥作掺合料时的 活性进行了评价 ，并在此基础上研究了污泥部分取 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 9 2 8 作者简介：邓斌 ( 1 9 7 2 一 )，男，四J I 重庆人，高级工程师，总工程 师 ，主要研究方向 为建筑工程技术 质量 管理 ，e ma i l ：8 2 4 0 1 5 0 2 4 代粉煤灰作掺合料时对混凝土力学性能、 干燥收缩、 抗渗性和碳化性能的影响，为促进污泥在混凝土中 的利用提供依据 。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 水泥：密度为 3 0 5 g c m 、比表面积为 3 6 5 m 2 k g 的 P O 4 2 5 R硅酸盐水泥。 粉 煤 灰：密 度 为 2 4 5 g c m 、 比 表 面 积 为 3 3 0 m k g的 级干排粉煤灰，来源为某电厂生产所 排放的固体废弃物 。 矿渣 ：密度为 2 8 8 g c m 、比表面积为 4 9 0 m2 k g 的 $ 9 5级矿渣 。 砂：表观密度为 2 6 9 0 k g m 、细度模数 2 8 ，并 经水洗后烘干的中砂；评定污泥涪眭时采用细度模数 为 2 6的 I S O标准砂。 骨料 最大粒径为2 5 n R lT l 的连续级配石灰石碎石， 产自重庆歌乐山，含泥量为 0 3 0 o ，压碎指标为 7 8 8 0 。 外 加 剂 ：采用 聚 羧 酸 盐高 效 减 水 剂 ，固 含 量 4 0 ，减水率 3 0 ；缓凝剂采用工业级葡萄糖酸钠 。 水泥、粉煤灰和矿渣的化学组分见表 1 。 5 4 建筑技术 第 4 6 卷第 1 期 表 1 水泥 、粉煤灰和矿渣 的化学组分 组分 C a 0 S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 Mg O S O 3 N a 2 O O f c 哟 L O I 水泥 6 1 6 2 0 2 0 5 8 9 3 9 2 l _4 6 2 8 7 O 1 8 0 3 4 1 4 6 1 5 5 粉煤灰 3 4 1 4 0 O 8 2 5 - 3 1 1 5 - 3 5 0 4 9 O 7 6 0 1 4 1 1 2 O - 3 9 3 -2 5 石 厂 馇 3 7 5 9 3 0 9 7 1 1 4 1 7 9 7 6 0 2 2 O 1 3 0 6 6 0 4 6 1 0 1 采用 x射线荧光光谱分析仪 ( XR F) 检测 A，B， C三家搅拌站污泥的化学组成 ，结果见表 2 ；试验所 用混凝土基本配合比见表 3 。 表 2 搅拌站污泥化学组分 组分 A B C Ca O 3 9 4 0 4 0-3 9 3 9 6 O S i O2 3 4 4 0 3 4 0 7 3 4 2 4 Al 2 O3 8 7 8 9 1 7 8 9 2 F e 2 O3 7 9 5 62 9 7 8 9 S O3 3 4 7 29 6 3 2 4 Mg O 27 9 2 6 0 2 7 2 Ti O2 1 5 O 1 5 5 1 5 0 K2 O 1 1 4 1 _3 6 1 2 2 Na 2 O O 2 1 O2 7 O 2 4 P 2 O s 0 1 3 0 1 8 0 1 4 MnO 0 1 O 0 1 3 0 1 2 S r O O 0 9 0 21 0 1 O Zr O 00 4 0 1 1 0 0 7 表 3试验所用混凝土的基本配合 比 _ m 强度 水泥 中砂 碎石 粉煤 矿渣 水 减水 缓凝 等级 灰 剂 剂 C2 O 2 2 5 6 7 5 l 1 7 0 1 2 0 0 1 8 O 8 6 O 1 7 C3 0 2 2 0 6 8 5 l l 7 0 7 0 5 O l 7 5 1 0 2 0 1 7 C6 0 41 0 5 5 0 l J 7 0 6 0 9 0 1 6 0 l 6 8 0 28 采用 MA S T E R S I Z E R 2 0 0 0 激光粒度分析 仪分 析 A和 B两家搅拌站的污泥粒度，结果 见图 1 。 A搅拌 站污泥比表 面积 7 0 8 m k g ，平均粒 径 8 4 1 7 g m，中值 粒径 1 8 0 5 3 g m；B搅拌 站污 泥 比 表面 积 9 7 6 m k g ，平 均 粒 径 6 1 4 8 g m， 中值 粒 径 1 2 6 2 7 g m。根据图 1 中污泥的粒度分布可知，污泥比普通 粉煤灰的比表面积大得多，因此其更适合作为混凝土 掺合料而非细骨料。 1 2 试验方法 污泥活性评定参照 G B T 1 2 9 5 7 -2 0 0 5 用于水 泥混合材的工业废渣活性试验方法，利用水泥胶砂 2 8 d 抗压强度比评定污泥涪眭；胶砂力学性能测定参 照 G B 1 7 5 2 O O 7 通用硅酸盐水泥 ； 水泥标准稠度、 凝结时间测定参照 G B T 1 3 4 6 _ _ 2 0 0 1 水泥标准稠度 用水量、凝结时间、安定性检验方法；混凝土干燥 收缩和耐久性试验参照G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝 土长期性能和耐久性能试验方法标准 ，混凝土力学 粒发 。 ( a) ) 0 1 0 l l l 0 J O 0 1 0 0 0 粒度 l u ll ( b) 图 1 搅拌站污泥粒度分布 ( a )A搅拌站污泥粒度分布； ( b )B搅拌站污泥粒度分布 性能试验参照G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 混凝土物理力学性 能检验方法，采用 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 1 0 0 m m试件， 标准养护至 2 8 d 龄期。 污泥颗粒很细 ，当污泥取代粉煤灰时 ，混凝土中 细粉料的体积有所增加， 水灰比和减水剂用量不变时 ， 混凝土坍落度和坍落度经时损失显著增大，对混凝土 泵送和成型密实度产生不利影响。因此通过增加减水 剂用量的方法，使污泥取代粉煤灰比例不同时，不同 配合比的混凝土的坍落度均保持在 1 6 0 1 8 0 m m。 2 试 验分 析 2 1 污泥的活性评价 混凝 土搅拌站污水沉淀池 中的污泥颗粒很细 ， 将污泥烘干后进行筛分 ，粒径小于 7 5 g m的颗粒 占 烘干污泥总质量的 9 0 9 5 ，而粒径大于 1 5 0 g m 的颗粒不足烘干污泥的 5 。污泥含水率通常大于 9 0 ，且难以脱水和干燥 ，导致污泥难以利用。如 果能用污泥替代部分粉煤灰，则可减少粉煤灰用 量，并省去污泥清理的费用。因此 ，本文研究了污 泥的活性，以确定污泥是否可以作为混凝土掺合 料。污泥烘干后过 8 0 g m筛，筛余 3 ，按质量取 代 3 0 的 4 2 5 级硅酸盐水泥 ，水泥胶砂流动度为 1 8 0 mm，对比掺加 3 0 的污泥与未掺加污泥的胶 砂 试件 的 2 8 d抗 压 强度 。测 试 污泥 对 水泥 标准 稠 7 6 5 4 3 2 l 0 _ l 嚣 7 6 5 4 3 2 O S黔 2 0 1 5 年 1 月 邓斌 ，等 ： 搅拌站污泥对混凝土力学性能和耐久性的影响 5 5 度用水量和凝结时间的影响，并评价 3 家搅拌站 的污泥活性 ，试验结果见表 4 。 表 4 污泥活性评价结果 检测项目 A B C 水泥 标准稠度用水量 3 0 7 3 2 4 3 3 0 2 8 2 初凝时间 m i n 1 9 6 2 0 8 2 0 6 1 8 0 终凝 时间 mi n 2 5 0 2 5 6 2 3 8 2 1 8 2 8 d 抗压强度比 6 7 - 3 6 2 5 6 6 1 l 0 0 根据表 4 可得 ，利用污泥取代 3 0 水泥后，水 泥胶砂试件的 2 8 d 抗压强度比最大值仅为 6 7 3 ， 说明污泥活性很低。 污泥的比表面积比常用的水泥 、 矿渣和粉煤灰的比表面积更大，污泥取代水泥后导 致标准稠度用水量显著增加。此外，由于污泥颗粒 吸附并包裹水泥颗粒，阻碍了水泥进一步水化 ，导 致水泥初凝时间和终凝时间均有所延长。由于污泥 颗粒很细，且在水中浸泡较长时间，能够水化的颗 粒已经水化 ，不存在未水化的水泥颗粒或具有水硬性 的矿物掺合料。污泥中可能含有少量 C a ( O H ) 和可溶 性硫酸盐，也表现出一定的活性，但活性明显较低； 污泥颗粒很细，掺加到混凝土中与石灰石粉一样具有 良好的填充作用 3 ， 。 2 2 污泥对混凝土力学性能的影响 标准养护条件下 ，污泥取代粉煤灰比例对混凝土 2 8 d抗压强度的影响见表 5 。 表 5 标 准养护下污泥取代粉煤灰对混凝土 2 8 d抗压强度的影响 MP a 污 泥取代 O 1 O 2 0 3 0 4 0 5 0 粉煤灰比例 C2 0 23 6 25 6 2 4- 3 2 2_ 3 1 96 l 7 8 污泥 A C3 0 3 4 8 3 6 6 3 3 8 3 3 5 3 1 3 2 9 5 C6 0 67 5 68 - 4 6 4 1 61 0 5 96 5 8 8 C2 0 23 6 25 4 2 2 6 21 5 2 04 1 8 2 污 泥 B C3 0 3 4 8 3 6 6 3 5 6 3 2 8 2 9 7 2 7 1 C6 0 67 5 66 5 6 5 I 3 6 26 6 0 3 5 7 6 由于 污 泥 活性 很 低 ，因 此在 配 置 混 凝 土 时 ， 不应用污泥取代水泥，而应用污泥取代粉煤灰， 以避免混凝土抗压强度明显降低。 根据表 5 可知， 当污泥取代粉煤灰比例超过 3 0 后 ，混凝土 2 8 d 抗压强度 均明显降低 ，但 C 2 0 和 C 3 0混 凝土的 抗压强度降低幅度相对较小 ，C 6 0混凝土的抗压 强度降低幅度相对较大 ；当污泥取代粉煤灰量小 于 2 0 时 ，污泥颗粒具有 良好的填充作用 ，有利 于提高混凝土抗压强度。因此 ，污泥取代粉煤灰 比例不超过 3 0 时，不会对混凝土 2 8 d 抗压强度 产生显著的不利影响 ；对于低强度等级混凝土， 污泥取代粉煤灰的比例最高可达 3 0 ；配制 C 6 0 混凝土时 ，掺加适量污泥不会对混凝土力学性能 产生不利影响 ，污泥取代粉煤灰的比例不宜超过 2 0 。 实际工程中，混凝土可能存在养护时间较短甚至 不养护的问题，其实际的抗压强度与标准养护条件下 的存在显著差异 ，试验研究了自然养护条件下 ( 室温 2 0 3 0 3 ，相对湿度 6 0 - 8 0 ) 污泥取代粉煤灰作掺 合料时 ，对不同强度等级的混凝土 2 8 d 抗压强度的 影响见表 6 。 表 6 自然养护时污泥取代粉煤灰对 混凝土 2 8 d 抗压强度的影响 MPa 污泥取代 0 1 O 2 0 3 0 4 0 5 0 粉煤灰比例 C2 O 2 0 5 21 6 1 8 - 3 1 6 3 l 5 6 l 5 8 污 泥 A C3 0 3 1 2 3 0 6 2 8 - 8 2 7 5 2 5 - 3 2 4 5 C6 O 61 -3 6 2 4 6 0 1 5 9 0 5 7 5 5 5 2 C2 0 2 0 5 2 04 1 9 6 1 8 5 1 6 4 1 4 2 污泥 B C 3 0 3 l -2 2 9 6 2 8 6 2 6 8 2 5 7 2 3 1 C6 O 61 - 3 5 9 5 5 8 - 3 56 6 5 5 2 5 3 6 根据表 6 ，自然养护状态下，不同强度等级的混 凝土，其2 8 d 抗压强度相对于标准养护条件下均有所 降低 ；随着污泥取代粉煤灰比例的增加 ，混凝土的 2 8 d 抗压强度逐渐降低，尤其是污泥取代粉煤灰比例 达到 3 0 以后， 降低较为显著。因此， 掺加污泥后， 有必要加强混凝土的养护，以避免随着污泥取代粉煤 灰作掺合料时导致混凝土抗压强度显著降低。 2 3 污泥对混凝土抗渗性能的影响 参照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能 和耐久性能试验方法标准 A s T M C 1 2 0 2 -1 9 9 7 ( 混 凝土氯离子渗透电量陕速测定方法采用电通量法测 试混凝土 6 h电通量 ，评价掺加污泥对混凝土抗渗性 能的影响 ，试验结果见图 2 。 由图 2 可知， 随着污泥取代粉煤灰比例的增大， 混凝土 6 h电通量值逐渐增大，这表明混凝土抗渗性 有所降低。但污泥掺加比例不超过 3 0 时不会对混 凝土抗渗陛产生显著的不利影响；当污泥取代粉煤灰 比例超过 3 0 后，混凝土抗渗性能显著降低，表明 污泥取代粉煤灰的比例不宜超过 3 0 。 2 4 污泥对混凝土碳化性能的影响 污泥颗粒很细，具有良好的填充作用，从而改变 5 6 - 建筑技术 第 4 6卷第 1期 4 0 O O 3 5 0 O 3 0 0 0 2 5 0 0 蜩 2 0 0 0 1 5 0 O l 0 0 0 5 O 0 0 1 5 0 0 J 1 0 0 0 脚 5 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 污泥取代粉煤 比例 ( a) 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 污泥取代粉煤比例 ( b) 图 2污泥取 ( a )C 3 0 混凝土； ( b )C 6 0混凝土 混凝土孔隙结构 ，同时也有可能影 响混凝土的抗碳 化性能，污泥取代粉煤灰对混凝土抗碳化性能的影 响见图 3 。 由图 3可知 ，随 着污泥掺加比例的增加 ，混凝 土的碳化深度逐渐增大，当污泥掺量超过 2 0 时， 混凝土的抗碳化性能相对于未掺加污泥的混凝土已 明显降低。 污泥颗粒很细， 虽然具有一定的填充作用， 但污泥颗粒容易团聚，导致混凝土坍落度经时损失 增大 ，且成型时的密实度也有所降低 ，因此掺加污 泥后，混凝土的抗碳化陛能有所降低。 3 试 验结论 ( 1 )污泥活性很低，将其掺加到混凝土中时， 不应采用污泥取代水泥的方式；可利用污泥取代部 分粉煤灰，利用污泥中的细颗粒以产生良好的填充 作用。 ( 2 )污泥取代粉煤灰后，会导致混凝土坍落度 明显降低，坍落度经时损失增加，因此可以适当增 加减水剂用量，确保证混凝土具有良好的流动性， 从而使污泥颗粒发挥 良好 的填充作用 ，避免对混凝 土力学性 能产生不 利影响 ；对于低强度混凝土 ，污 童 聪 整5 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 污泥取代粉煤比例 ( a ) 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 污泥取代粉煤比例 ( b) 图 3 污泥取代粉煤灰对混凝土 2 8 d 碳化深度的影响 ( a )C 3 0 混凝土： ( b )C 6 0 混凝土 泥取代粉煤灰的质量比可达到 3 0 ，对于高强度混 凝土，污泥取代粉煤灰的质量比不宜超过 2 0 。 ( 3 ) 污泥取代部分粉煤灰作为混凝土掺合料时， 必须加强混凝土的养护，当养护条件不良时，污泥 取代粉煤灰的质量比不宜超过 2 0 ，否则会导致混 凝土力学性能显著降低。 ( 4 )混凝土中掺加污泥取代粉煤灰比例不超过 3 0 时 ，不会对混凝土的抗渗性和碳化性能产生显 著的不利影响，也表明掺加适量污泥作为混凝土掺 合料时不会对混凝土耐久性产生不利影响。 参考文献 李锋 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 5( 3)： 2 0 3 - 2 0 4 何廷树 ， 李小玲 ， 王福川 ， 等 搅拌站废水对不同掺合料配制的 C 8 0 高强混凝土强度的影响 J 硅酸盐通报 ， 2 0 1 1 , 3 0( 2 )： 3 8 4 3 8 8 冯桂云 ， 曹双梅 ， 吴江源 石灰石粉取代粉煤灰在泵送混凝土中 的试验研究 J 混凝土与水泥制品 ， 2 0 1 2 ， 3 9( 1 2 ) ： 8 0 - 8 2 魏莹 双掺偏高岭土和石灰石粉对混凝土性能的影响 J _ 混凝土 与水泥制品 ， 2 0 1 3 ， 4 0( 2 )： 1 9 2 1 谭智源 ， 盛余飞 跨海桥梁高性能大体 昆 凝土配制技术 【 J _ 建 筑技术 ，2 0 1 3，4 4 ( 5 )： 3 9 9 4 0 1 纪晓佳 ， 宋茂强 ， 庞 苗 糯米浆三合土的物理力学性能试验研 究 J 建筑技术 ， 2 0 1 3 ， 4 4( 6 )： 5 4 0 5 4 3 如 加=2 m 0 g 聪 谨