周小强，刘 春

(浙江广厦建设职业技术大学 建筑工程学院，浙江 东阳 322100)

近年来，随着中国基建力度不断加大，混凝土作为大宗建筑材料，使用量达到前所未有的高度，然而搅拌站在生产混凝土的同时，会产生大量废水废浆，有资料显示[1]：一个年生产量5× 105m3的搅拌站排放的废水高达8× 104t；生产约120 m3的混凝土每天清洗设备产生的废水可达60 t.中国是当前混凝土生产和消费的大国，每年产生的废水废浆数量达数亿吨.

目前搅拌站多采用三级沉淀法处理废水废浆，其工作原理是先将废水废浆经过三级沉淀池过滤，然后将沉淀后的清水回收利用，剩下的固体废弃物另做处理.但这种处理方式不能有效利用固体废弃物，且废水废浆中的固体废弃物填埋会浪费一定的土地资源，若排入下水道则会产生新的废渣，必须花费大量的人力物力清理下水道[2].就当前处理技术而言，将废水废浆按一定比例和清水混合后作为拌和用水回收利用于混凝土生产是最佳处理方式.已有很多学者进行了相关研究，取得了不同的成果，曲睿祚[3]研究认为，不同含固量的废弃浆料对不同强度等级混凝土新拌性能和力学性能影响相近，都存在最优掺量.李小玲等[4]认为，掺搅拌站废水对中低强度等级混凝土的抗压强度整体影响不大，但在掺量为30%时混凝土的抗压强度最高.张意等[5]研究认为，对于中低强度等级的混凝土，随着废水掺量增加坍落度逐渐减小，坍落度经时损失逐渐变大.当前对搅拌站废水的回收利用研究大多集中于中低强度等级的混凝土，而对高强度混凝土的回收利用研究较少，而高强度混凝土的应用以C60为主，本文以交港搅拌站沉淀池的废水为研究对象，研究废水的性质及回收利用对C60混凝土性能的影响.

1 试验用原材料

1）水泥：P.O42.5R水泥（珠江水泥厂），28 d抗压强度为49.5 MPa.

2）粉煤灰：Ⅲ级粉煤灰（东莞沙角电厂），灰褐色，含水率为0.56%，比表面积为375 m2·kg-1，密度为2.56 g·cm-3.

3）矿粉：S95级矿渣微粉（揭阳市永泰矿渣微粉厂），28 d活性指数为104%.

4）骨料：细骨料为惠州产中砂，细度模数为2.5，含泥量为0.85%，表观密度为2 580 kg·m-3，堆积密度为1 485 kg·m-3，粗骨料为清远产碎石，5～25 mm连续级配.

5）外加剂：聚羧酸高性能减水剂（广州三骏建材科技有限公司），无毒、无嗅、无腐蚀性减水剂，pH=5.5，推荐掺量范围为1.6%～2.5%，减水率为26.4%.

6）水：自来水、搅拌站废水.

2 废水的性质

2.1 化学性质

大部分搅拌站废水废浆的主要成分为水泥水化后的产物C-S-H 凝胶、钙矾石、氢氧化钙、砂石、外加剂和未反应的矿物掺合料等混合物[6]，其中有害离子主要为Na+、K+、Cl-和SO42-，pH 值一般在12左右.经测试，本试验废水废浆pH 平均值为12.5，有害离子平均含量见表1.

分析表1 中数据，各有害离子平均含量符合JGJ 63—2006《混凝土拌合用水标准》规定，可以用作拌和用水.

表1 废水中有害离子平均含量

2.2 物理性质

沉淀池废浆的固体颗粒成分主要是水化后和未水化的水泥、矿物掺合料等.废水浓度指废水中固体颗粒质量占总质量的百分比.本实验取匀浆池废水做浓度与密度关系试验，建立废水浓度与密度的关系曲线如图1，在一定范围内废水浓度和密度存在较好的线性关系.

图1 还可以反映废浆浓度主要集中在5%～12%，密度集中在1.03～1.08 g·cm-3，在该区间内浓度与密度基本呈线性相关，废水浓度的平均值为8.5 g·cm-3，当废水浓度在12%以上时，其浓度与密度线性关系较差.

图1 试验用废水浓度和密度关系

3 试验结果与分析

为使实验结果具有代表意义，取实验用废水浓度为8%，研究不同掺量（10%、30%、50%、80%、100%）废水对C60混凝土性能影响，其拌和用水的组成分别为0%废水+100%清水、10%废水+90%清水、30%废水+70%清水、50%废水+50%清水、80%废水+20%清水和100%废水+0%清水，胶凝材料取500 kg，设计表观密度取2 400 kg·m-3，外加剂掺量取胶凝材料总质量的1.6%.试验参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》和GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，分别测试混凝土拌合物工作性能（以初始坍落度和初始扩展度表征）、抗压强度和抗碳化性能，试验配合比见表2.

表2 试验用C60混凝土配合比

3.1 废水对C60混凝土工作性能的影响

试验研究了8%浓度下不同掺量的废水对C60混凝土的初始流动度和坍落度的影响，结果分别如图2和图3.

图2 对C60混凝土初始坍落度的影响

图3 对C60混凝土初始扩展度的影响

从图2、图3 中可以看出，加入不同掺量的废水后，混凝土的坍落度、扩展度都出现了一定程度的下降，随着废水掺量的增加，混凝土的初始坍落度和初始扩展度也出现了下降趋势，这说明废水的掺入对混凝土拌合物的新拌性能均有不利的影响.从图3 可以看出，当废水掺量超过30%时，混凝土的扩展度出现了明显下降.加入废水后混凝土初始坍落度和初始扩展度下降明显的主要原因是：虽然废水废浆中含有少量的减水剂，但是经过多次稀释后其作用严重削弱，而随着掺入废水的比例不断加大，废水中固体颗粒对新拌制减水剂吸附作用越来越明显，而且在保持废水和清水总质量不变的情况下，随着废水掺量增加其实际单位体积用水量在减少，这对混凝土工作性能有不利影响.

3.2 废水对混凝土抗压强度的影响

本试验测试了不同掺量废水对C60混凝土不同龄期（7、28、60 d）强度的影响，试验结果如图4.

从图4可以看出，废水的掺入有助于提高混凝土的各龄期强度，其中7 d强度能提高6 MPa，28 d强度能提高8 MPa，60 d强度能提高10 MPa，而且随着掺量的增加，各龄期的抗压强度也随之提高.

图4 8%废水对C60混凝土抗压强度影响

废水能大幅度提高C60混凝土各龄期强度的原因可能有：第一，废水中含有一定量的细小固体颗粒物质，像未水化的水泥、粉煤灰和矿渣等碱性物质，这些碱活性物质再次经过水化作用生成水硬性的水化硅酸钙凝胶填充在混凝土空隙中，降低了混凝土结构空隙率，提高了混凝土密实度；第二，高强混凝土本身具有较低的水胶比，在保持废水和清水总质量不变的情况下，随着掺入废水比例不断增加，其实际水胶比在不断降低，而较低的水胶比也是提高混凝土强度的重要因素.

3.3 废水对混凝土抗碳化性能的影响

混凝土的耐久性决定着结构能否在预期使用寿命内完成基本功能，其中抗碳化性能是一个重要指标，本试验依照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB/T 50082—2009），试件以3 块为一组，尺寸为100 mm×100 mm×100 mm.在二氧化碳浓度为（20±3）%，温度为（20±5）℃，湿度为（70±5）%条件下进行碳化测试，经3、7、14、28、56 d取出进行碳化深度测试，试验结果见表3.

表3 不同掺量废水对C60混凝土碳化深度的影响

从表3的碳化深度数据可以看出，掺入不同掺量废水后的混凝土，各个龄期的碳化深度都小于基准值.说明加入废水对改善抗碳化性能是有利的，加入废水能够降低混凝土各龄期碳化深度的重要原因是废水的掺入使得废水中微小水化颗粒能够填充混凝土中的空隙，使得整体密实性更好，从而有效阻止外部二氧化碳的侵入，对钢筋混凝土的结构安全性较为有利.

4 结语

通过对搅拌站废水性质及8%浓度废水对C60混凝土性能影响的研究，可以初步得到以下结论.

1）本试验搅拌站废水各项化学指标符合标准，浓度在5%～12%时，其浓度与密度存在着较好的线性关系；

2）废水的掺入对C60混凝土拌合物初始工作性能有较大影响，掺入不同掺量的废水时混凝土的初始坍落度和初始扩展度均减小，随着掺量增加，呈递减趋势，当掺量超过30%时下降最为明显；

3）废水的掺入对C60 混凝土强度的提高较为有利，7 d 强度平均能提高6 MPa，28 d 强度平均能提高8 MPa，60 d强度平均能提高10 MPa；

4）废水的掺入对改善C60混凝土各龄期的抗碳化能力有效，各个龄期的碳化深度都小于基准值.

由此可以得出，将搅拌站废水按照一定掺量回收利用于C60混凝土生产在理论上是完全可行的，可以在满足强度和工作性的基本要求下适当减少胶凝材料的用量，从而达到节材和减排的双重效果.