混凝土搅拌站废水废浆性能分析与利用.pdf

2 0 1 5年 第 5期 (总 第 3 0 7 期) N u mb 5 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M ED C0NCRET E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 2 9 混凝土搅拌站废 水废 浆性 能分析 与利用 杨欣华 ， 纪宪坤，王明远，韦庆东 ( 中国建筑科学研究院， 北京 1 0 0 0 1 3 ) 摘要： 检测并分析了5个地区6家混凝土搅拌站的废水废浆性能 ， 选择其 中2家废水废浆进行砂浆和混凝土试验。 试验结果 表明 ： 各家的废水废浆含固量差异较大 ， 部分废水废浆的离子总量超过 J G J 6 3 -2 0 0 6 ( 混凝土用水标准 要求 ； 掺加废水废浆后的 砂浆和混凝土抗压强度变化不大 ； 废水废浆掺量应通过试验确定。 关键词 ： 废水废浆 ； 砂浆； 混凝土 ； 抗压强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 9 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 1 0 9 0 4 Pr oper t i es and appl i c at i on of i ndus t r i al wa s t e s l ur r y and was t e wa t er i n r e adym ixe d concr e t e st at i on Y A NG Xi n hu a， J IXi a n k n n， WANG Mi n g y u a n， WE I Qi n g d o n g ( C h i n a Ac a d e my o f B u i l d i n g Re s e a r c h， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Th e p r o p e rti e s of i nd u s t r i a l wa s t e s l u r r y a n d wa s t e wa t e r o f 6 r e a d ymi x e d c o n c r e t e s t a ti o n s f r o m 5 p r o v i n c e s we r e a n a l y z e d 2 ki n d s o f i n du s t r i a l wa s t e s l u r r y we r e c h o s e n t o p r o d u c e m o r t a r a n d c o n c r e t e Th e r e s u l t s s h o we d tha t t he s o l i d c o n t e n t o f i n d us t r i a l wa s t e s l u r r y a r e d i f f e r e n t wh i c h v a r i e s b e t we e n 0 3 t o 3 0 Th e t O t a 1 i o n c o n t e n t o f s ome wa s t e wa t e r h a s e x c e e d e d the r e q u i r e me n t s o f n a fio n a l s t a n d ard “ S t a nd ard o f wa t e r f o r c o n c r e ” Th e r e i S 1 i t fl e i n flu e n c e o n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f mo r t ar a n d c on c r e t e wh i l e wa s t e s l u r r y a n d wa s t e wa t e r we re u s e d Th e d os a g e o f wa s t e s l u r r y a nd wa s t e wa t e r wh i l e u s i ng s h ou l d b e a s c e r t a i n e d b y e x p e rt m e nt Key wor ds： i n d u s t r i a l wa s t e s l u r r y a n d wa s t e wa t e r ； mo rtar； 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 0 引言 1 废水废浆性能研 究 预拌混凝土在生产过程中会消耗大量的水资源 ， 无论 是混凝土搅拌机 、 运输车 ， 还是泵车 ， 每次工作告一段落时 都需要进行清洗 ， 会 产生大量的废 水废浆。 如果将这 些废 水废浆直接排放将会对市政排水管网造成一定 的负担 ， 同 时废水废浆 中的碱性物质也会对 周边土壤 、 水体造成严重 的污染。 据资料报道 ， 每生产 1 m 混凝土将需要消耗洁净 水 0 1 7 t ， 平均产生废水废浆 0 0 3 t 。 据 中国混凝土网不 完全统计 ， 2 0 1 3年我国预拌混凝土产量 2 1 9 6亿 r n ， 初步 估算 ， 将 消耗洁净水 3 7亿 t ， 产生废水废浆 6 5 0 0万 t _ 2 j 。 如果按 6 5 0 0万 t 废水废浆全部被利用 ， 以北京市现行水价 每吨 5元估算 ， 每年将可为 国家节约资金三亿多元 。 因此 ， 废水废浆再生利用 ， 既可以保护周边环境实 现绿色生产 ， 又可为预拌混凝土企业节约生产成本 。 如何提高废水废浆 的利用率 ， 实现废水废浆零 排放 ， 是预拌混凝土生 产企业 目前急需解决 的重要问题。 本研究调研并收集了国内5个省份的 6家混凝土搅 拌站的混凝土废水废浆进行试验研究 ， 分析 了废水废浆的 含固量和离子含量 。 选择 2家混凝土搅拌站生产 的废水废 浆进行了较系统试验 ， 重点研究了普遍关注 的抗压强度。 为保证试验样品具有较好 的代表性 ， 分别 在北京 、 上 海 、 湖北武汉 、 重庆 、 浙江台州 和浙江舟山选择了 6家混凝 土搅拌站进行废水废浆取样 ， 取样地点均为混凝土搅拌站 废水处置系统 中的废水废浆搅拌池。 生产废水废浆 的外观 见图 1 ， 一般为浑浊的含有一定 固体颗粒 的液体 。 图 1 生产 废水 废浆 图片 分析测定所取废水废浆的含固量和离子含量。 含固量 测试方法参照 J T G E 5 1 -2 0 0 9 ( 公路工程无机结合料稳定 材料试验规程 中含水量试验方法( 烘干法) 进行。 表 1中 列出 6家混凝土搅拌站废水废浆 的含固量 ， 可 以看 出混凝 收稿 日期： 2 0 1 4 - 1 0 - 1 6 基 金项 目： 国家 “ 十二五” 科技支撑计划课题 ： 建筑结构绿色建造专项技术研究( 2 0 1 2 B A J 0 3 B 0 6 ) 1 0 9 - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土废水 废 浆 的 含 固量 差 异 较 大 ， 含 固 量 大 约 为0 3 3 0 ， 其 中4家企业废水废浆 的含 固量低 于 0 5 ， 1 家企 业废水废浆的含 固量超过 了 2 5 。 取样 表明混凝土企业 生产废水废浆的含 固量普遍在 1 以下。 表 1 废水废浆含固量 搅拌站地区 含固量， 浙江舟山 北京 重庆 湖北武汉 浙江台州 上 海 O 2 7 2 8 0 4 0 0 4 8 1 5 7 0 3 3 废水废 浆离子含量 测定 主要依据 D L T 5 1 9 4 -2 0 0 4 水 电水利工程 地质勘 察水质分析规 程 中的测试方 法。 表 2列出了 6家搅拌站废水废浆的离子含量 ， 6 种废水废 浆的p H值基本都大于 1 2 ， 属于强碱性液体。 阳离子中含 量最高 的为 c a 2 ， 阴离子中 O H一 含量最高 ， 以上两种离子 主要为水泥的水化产物。 阴离子 中的 S O 一和阳离 子中的 K 、 N a 含量都 比较高 ， 初步分析是 因为混凝土搅拌站 的 减水剂仍 旧以萘系为主， 导致废水废 浆中含有较多的硫 酸 盐 。 浙江舟山和 台州混凝土搅拌站废水废浆中的 c l 一 含量 较高， 超过2 0 0 mg L ( 质量分数为 0 0 2 ) ， 主要是因为舟 山和台州 目前普遍采用淡化海砂作为细骨料 ， 海砂虽经过 净化处理 ， 但会残留一定 的氯离子。 将 阳离 子和阴离子的 总量与 J G J 6 3 -2 0 0 6 ( 混凝土用水标准 进行对 比， 重庆和 浙江台州的废水废浆离子总量都超过了 2 0 0 0 mg L， 分别 达到了2 5 3 7 mg L和2 6 3 6 mg L ， 北京的废水废浆离子总 量也达到了 1 9 1 7 m g L， 阴阳离子总量 比较高 ， 部分 已经 超过了标准要求的限值。 若将上述废水废浆直接排放 ， 将 会严重污染环境 和土壤 ； 若将其循 环利用于生产混凝 土， 必须通过试验验证对混凝土或砂浆性能的影响。 表 2 废水废浆离子含量分析 mg L 2 废水废 浆对砂浆抗压强度影响 根据 6家混凝土搅拌站废水废浆性能的分析结果 ， 选 择北京和浙江舟山共 2家企业 的生产废水废浆进行 了砂 浆试 验 ， 研 究 对 抗 压 强 度 的 影 响 ， 试 验 方 法 按 照 G B 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检验方法 ( I S O法 ) 进行。 废 水废浆的掺量最高为用水量的 6 0 ， 表 3列 出了用于砂浆 中废水废浆 的离子含量 ， 各项数值满足 J G J 6 3 -2 0 0 6 ( 混 凝土用水标准 。 废水废浆中的固体颗粒折算为细骨料， 与 J G J T 3 2 8 2 0 1 4 预拌混凝土绿色 生产及管理技术规 程 标准要求的折算为胶凝材料有所差异。 试验砂浆配合 比见表 4和表 5 。 图 2和图 3 分别给 出了北京废水 废浆和舟 山废 水废 1 1 0 浆对砂浆抗压强度 的影 响， 数据存在一定 的离散型 ， 但仍 旧能够反映一定的规律。 表4掺加北京废水废浆的砂浆配合比 g ( 1 ) 无论对于北京废水废浆或舟 山废水废浆 ， 胶凝材 料中是否掺加矿物掺合料 ， 总体而言随着废水废浆掺量 的 增大 ， 砂浆 的 3 d和 7 d 抗压强度有降低的趋势 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 5 掺加舟 山废水废桨的砂浆配合比 g 编 号P O 4 2 5 矿 粉桑 水 ZS一0 1 4 0 0 3 o0 3 0 0 0 6 Oo o0 1 0 0 00 ZS一1 1 4 0 0 3 00 3 0 0 2 0 0 5 9 9 95 8 0 0 5 ZS 一2 1 4 0 0 3 0 0 3 0 0 4 0 0 5 9 9 9 0 6 01 0 ZS 一3 1 4 0 0 3 0 0 3 oo 6 0 0 5 9 98 5 401 5 ZS 一4 2 0 0 0 一 一 2 0 0 5 9 9 9 5 8 0 0 5 ZS一5 2 0 00 一 一4 0 0 5 9 9 9 0 6 01 0 ZS一6 2 0 00 一 一0 6 0 0 0 0 1 0 0 o O ( 2 ) 在废水废浆掺量为用水量的2 0 、 4 0 和6 0 时， 掺加废水废浆的砂浆试件 2 8 d 抗压强度相 比基 准强 度略 有提高( 舟 山废水废浆纯水泥砂浆试件略有差异) ， 与通常 所认为的会引起强度降低相反。 ( 3 ) 北京废水废浆 的含固量为 2 8 ， 舟山废水废浆为 0 2 7 ， 两者相差接近 1 0倍 ， 对于砂浆抗压强度的影 响规 律类似 。 皇5 0 墨 o 皇5 0 墨 o 5 5 4 5 3 5 2 5 1 5 5 O ( a ) ( b ) 图2 北京废水废浆对砂浆抗压强度的影响 ( a ) ( b ) 图3舟山废水废浆对砂浆抗压强度的影响 C 3 0 - 0 C 3 0 1 C 3 O _ 2 C 3 0 - 3 ( a ) C 3 0 6 5 55 皇4 5 35 器 2 5 1 5 5 0 3 废 水废浆对 混凝 土抗压性能影响 根据砂浆的研究 结果 ， 选择 了含 固量 为 2 8 的北 京 废水废浆配制 C 3 0 、 C 4 5和 C 6 0三个强度 等级 的混凝 土 ， 研究废水废浆对混凝土抗压性能的影响 ， 分别取代用水量 的 1 5 、 3 0 和 4 5 。 水泥选 用 P 0 4 2 5级 ， 粉煤灰 为 级， 矿渣粉为 $ 9 5级， 外加剂为聚羧酸系高效减水剂 ， 配合 比如表 6 表 8 所示。 表 6 C 3 0混凝土配合 比 编号 废水废 百分率 浆用量， 水泥 F A 材料 ( k g m 。 ) 砂 石 子 水外加 剂 编号 百 C6 00 0 35 0 C6 01 1 3 6 1 5 35 0 C6 02 1 1 2 3 0 35 0 C6 O一3 8 8 4 5 3 5 0 材料 ( k g m ) F A矿粉砂石子水 l- ；0 u 剂 75 7 5 6 7 8 1 1 0 7 1 6 o 5 O 75 7 5 6 7 8 1 1 0 7 2 4 5 0 75 7 5 6 7 8 1 1 o7 4 8 5 0 75 7 5 6 7 8 1 1 0 7 7 2 5 O 图 4给出了废水废浆对混凝土强度 的影响结果 ， 分别 测定了 7 、 2 8 、 9 0 d的抗压强度 ， 混凝土 的试验结果与砂浆 结果略有差异 。 对于 C 3 0混凝土而言 ， 随着废水废浆掺量 由 1 5 增加到 4 5 ， 7 d 抗压强度变化不大， 2 8 d和 9 0 d强 度略有降低 。 基准 C 3 0混凝土的 7 、 2 8 、 9 0 d 抗压强度分别 C A5 - 0 C A5 1 C 4 5 - 2 C A5 - 3 ( b ) C 4 5 图4废水废浆对混凝土抗压强度的影响 为 2 7 9 、 4 7 0 、 5 4 3 MP a ， 废水废浆掺量为 4 5 的 C 3 0混凝 土 7 、 2 8 、 9 0 d抗压强度 分别为 2 6 1 、 4 1 5 、 4 8 3 MP a ， 降低 幅度大约为 1 0 左右。 对于 C 4 5混凝土而言 ， 随着废 水废浆掺量 的增加 ， 抗 压强度的变化规律不明显 ， 废水废浆 掺量为 1 5 和 4 5 的 抗压强度都高于基准 C 4 5混凝 土。 基准 C 4 5混凝 土的 7 、 7 O 60 5 0 五 。 鳗 3 0 出 20 1 0 0 C 6 0 - 0 C 6 0 - 1 C 6 0 - 2 C 6 0 - 3 ( 6C6 0 2 8 、 9 0 d 抗压强度 分别为 3 2 3 、 4 7 1 、 5 9 9 MP a ， 废 水废浆 掺量为 4 5 的 C 4 5混凝 土 7 、 2 8 、 9 0 d抗压 强 度 分别 为 3 8 7 、 5 3 6 、 6 2 5 MP a ， 增加幅度一般不大于 1 0 。 对于 C 6 0混凝土而言 ， 废水废浆的掺加对 于抗压强度 无 明显的影响 ， 废水废浆掺量为 3 0 的 C 6 0 混凝土强度略 高于其他几组 C 6 0混凝土。 1 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 通过对 3个强度等级混凝土的试验研究 ， 结果表明废 水废浆 的掺量在 0 - 4 5 之间 ， 对于混凝土的抗压强度影响 无明显规律 ， 利用废水 废浆生产 混凝土 在技术 上是可行 的。 C 3 0混凝土掺加废 水废浆后抗 压强度 略有降低 ， C 4 5 和 C 6 0 混凝土 中掺加废水废浆 对抗压强度无 不利影 响。 因废水废浆的特性有所差异， 对混凝土抗压强度影 响规律 不 明显 ， 使用前需要通过试验验证。 4 某搅拌站废水废浆if , 4 用情况 在课题的调研过程 中了解到 ， 一些具有一定技术水平 的搅拌站已经 自行开展废水废浆用于生产混凝土 的研究 ， 并取得 了部分系统性 的试验 结果。 某搅拌站从 2 0 1 1年年 初开始探索将生产废水废浆用于实际生产 ， 为 了保证废水 废浆利用科学可行 ， 避免工程质量 问题 ， 搅拌站将使 用废 水废浆与不使用废水废浆的混凝土强度进行了系统对比， 测试数据如表 9所示 。 从 中可以看出 ， 2 0 1 1 年使用废水废 表 9 某搅拌站废水废浆应用前后混凝土抗压强度值 浆生产混凝土的 2 8 d抗压强度值普遍高于未使用废水废 浆的混凝土强度 值 ， 2 0 1 2年使用废 水废浆生 产混凝土 的 2 8 d抗压强度值与未使用废水废浆 的混凝土强度值 相 比 上接第 1 0 5页 7 3高长明 2 0 5 0年世界水泥工业发展技术路线图 J 水泥技术， 2 0 1 0 ( 1 ) 8 文寨军 ， 等 1 氏 热硅酸盐水泥的研制及应用 c 中国建筑材料 科学研究总院 ， 2 0 1 3 9 梁燕君 安全与化工标准t r J - 中国标准化， 2 0 0 9 ( 1 0 ) 1 O 王世俊 技术标准行业垄断性分析及建议 J 中国标准化， 2 0 1 1 ( 1 ) 1 1 丁美荣， 黄忠卫 对3 2 5 复合水泥有关问题的再探讨与分析 J 水 泥， 2 0 1 4 ( 4 ) 1 2 - 徐永模 混凝土绿色发展战略与技术路线 c 中国混凝土与 上接第 1 O 8页 1 0 7 G B 5 0 6 6 6 -2 0 1 1 ， 混凝土结构工程施工规范 s 1 1 J G J 1 6 2 -2 0 0 8 ， 建筑施工模板安全技术规范 s 1 2 J T J 2 6 8 9 6 ， 水运工程混凝土施工规范I s 1 3 T B 1 0 2 1 0 -2 0 0 1 ， 铁路混凝土与砌体工程施工规范 s 1 4 D L T 5 1 1 O 2 0 0 0 ， 水利水电工程模板施工规范 s 1 5 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 ， 自密实混凝土应用技术规程 s 1 1 2 有高有低 ， 但抗压强度均能满足相应的强度等级要求 。 利 用废水废浆生产混凝土即可以减少废弃物的排放 ， 同时降 低了混凝土生产成本 ， 具有较好 的经济和社会效 益 ， 但在 应用之前必须进行系统的试验验证 ， 以保证 混凝土 的产品 质量 。 5 结 论 对 5个地 区 6家混凝土搅拌站生产废 水废浆 的调研 分析 可 知 ， 废 水废 浆 的含 固量差 异 较大 ， 大 约 为0 - 3 3 0 。 废水废浆的 p H值普遍大于 1 2 ， 阳离子 和阴离子含 量最高的分别为 c a “和 O H一 。 由于外加剂或原材料的原 因 ， 部分废水废浆 中的 s 0 一和 c l 一 含量较高， 部分废水废 浆 的阴阳离子 总量超过 了 J G J 6 3 _2 0 0 6 混凝 土用水 标 准 的要求。 对于砂浆而言， 废水废浆掺量不超过总用水量的 6 0 时， 砂浆的3 d和7 d 抗压强度略有降低， 2 8 d 强度略有提 高 ， 但总体影响不大。 对 于 C 3 0 、 C 4 5和 C 6 0混凝土而 言， 废水废浆的掺量在 0 - 4 5 之间， 对于 昆 凝土的抗压强度影 响无明显规律， 总体影响不大， 这与部分搅拌站的研究结果 相符。 由于生产废水废浆的性质存在一定 的差异 ， 为保证混 凝土的生产质量 ， 应用之前必须进行系统的试验验证。 参考文献： 1 何正斌 ， 孙皖红 搅拌站废水对混凝土性能影响研究 J 广东 建材 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 2 4 2 6 1- 2 3 2 0 1 3 年中国各省市商品混凝土产量及增长情况 E B O L 中 国混凝土网， 2 0 1 4 0 4 0 3 第一作者： 杨欣华 ( 1 9 7 9一) ， 女 ， 工程师 ， 研究方向： 主要从事混 凝土绿色生产、 建筑 结构 胶黏剂以及防腐涂 料等研 究。 联 系地址： 北京市北三环东路 3 0号( 1 0 0 0 1 3 ) 联 系电话： 1 3 8 1 1 2 0 6 8 2 3 水泥制品协会 ， 2 0 1 2 ( 9 ) 1 3 l q 培渝 对 通用水泥 国家标准修订 的思 考与建议 J 水泥 ， 2 0 1 4 ( 2 ) 第一作者： 丁美荣( 1 9 6 2 一) ， 男， 高级工程师 ， 从事建材行业科技 、 标准、 质量管理工作。 联系地址 ： 长沙市劳动西路 4 9 9号 湖南省建材行业管理办公室 ( 4 1 0 0 0 7 ) 联 系 电话 ： 1 3 9 0 8 4 5 2 8 7 5 第一作者 联 系地 址 ： 联系电话： 裴新意( 1 9 8 1 一) ， 男， 中级工程师 ， 从事核电工程混凝 土质量管理和核电工程混凝土材料研究。 厂东省深圳市大亚湾核电基地 A E 2 0 9室( 5 1 8 1 2 4 ) 1 8 0 28 7 5 5 7 8 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m