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摘要：出于清洁生产的需要，混凝土搅拌站每天产生大量的废水，这些废水主要来源于生产设备和运输车辆的清洗，同时含有生活污水，这导致了搅拌站废水成分复杂。学者研究发现，搅拌站排放的废水含碱量高，固体物质含有未水化的水泥、矿物掺合料和部分泥状颗粒。为了节约成本和环保要求，有些搅拌站将高浓度的废水直接应用混凝土生产，并未考虑废水浓度对混凝土性能及外加剂应用产生的负面影响，这容易造成混凝土坍落度损失大、强度发展不良等问题。
关键词：搅拌站废水；混凝土性能；影响；全利用
1废水的性质
搅拌站通常采用自来水冲洗设备，冲洗后的废水中不仅含有水化程度较低的水泥、未水化的掺合料、细砂、黏土等固体颗粒，同时还含有大量的水化离子，如Ca2+、OH-、SiO42-、K+、Na+、SO42-等，固含量的大小和冲洗水量与相关处理措施有关，而离子浓度的大小与设计的混凝土配合比有关。此外，废水中残留的部分外加剂成分也对废水本身的性质有所影响。废水通常测试的指标主要是固含量。测得固含量为7.1%；朱志恒和梅晓东等测得固含量为6.6%；耿加会等测得固含量为5.3%；刘志杰等[5]测得固含量为5.4%，pH值相差不大，通常大于11。对于其他离子的测试很少，检测5个地区6家混凝土搅拌站所排放的废水的离子浓度。Ca2+、OH-含量相对较高，它们主要来自于水泥水化；K+、Na+的含量与外加剂种类有关，如萘系减水剂；SO42-主要由石膏和外加剂引入。然而，废水中的离子浓度不是一成不变的，而是随着放置的时间延长，废水中悬浮的水泥颗粒继续水化，部分掺合料颗粒也有可能发生水化，从而使Ca2+、OH-等离子浓度发生变化。如果废水在水泥混凝土中利用，这些离子势必会对胶凝材料的水化产生影响。因此，有必要对离子浓度随放置时间的变化进行研究，这对于其在水泥混凝土中重新利用具有重要的参考价值。
2废水对混凝土性能的影响
2.1水泥的标准稠度用水量和凝结时间
废水增加了水泥的标准稠度需水量，且随着废水掺量增加，标准稠度需水量增大，如掺量每增加20%，标准稠度用水量增加0.5%左右，完全用废水时标准稠度用水量增加2.3%；同时，废水浓度增加，标准稠度用水量增大。废水对标准稠度用水量的影响与废水中含有一些固体物质有关，颗粒将增加集料的总表面积，其本身具有的吸水性使有效水量减少，用水量增加。且废水掺量和浓度越大固含量越大，如果称量水时，扣除这部分固含量，这种影响可能会减小。废水也延长了水泥初凝和终凝时间，且随废水的掺量和浓度增加有所延长，不过还在GB/T1346—2001所规定的范围之内。废水对凝结时间的影响可能与废水中含有一定量的缓凝型减水剂有关，水泥安定性均满足要求。此外，过量沉淀渣取代水泥会缩短水泥的初凝、终凝时间，且随废浆料的增加而减小。
2.2流动性
废水在一定掺量范围内增加砂浆或混凝土的流动性，减少流动度损失，但当超过一定量后，降低流动性。也有研究认为废水降低混凝土流动性，这与废水浓度有关。废水浓度增加，流动性降低。当废水浓度小于5%，流动性变化不大，超过5%时快速下降，超过10%时明显减小，且坍落度经时损失也很大。混凝土的强度等级不同，影响也不相同。废水拌和C20混凝土较清水组坍落度损失和扩展度损失大，废水拌和的C40混凝土较清水组的坍落度损失小。研究掺入浓度1%废水的不同等级混凝土强度变化，C10混凝土流动性随废水掺量增加而增大，C20混凝土随废水掺量的增加坍落度先增大后减小，C30、C40混凝土流动性随废水掺量增加而降低，C50混凝土流动性随废水掺量增加没有明显规律，而C60混凝土流动性变化与C20相似。废水的静置存放时间不同影响也不同。发现存放时间延长，废水的影响减小。此外，沉淀渣的掺入降低混凝土和砂浆的流动性，且随掺量的增加而逐渐降低，坍落度经时损失增大。对于中高强度的混凝土，含固取代量大于2%时坍落度和扩展度显著降低，含固取代量达8%时混凝土基本失去流动性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆初始坍落度的变化与废水浓度和掺量有关，废水中缓凝组分对固体物质的吸附作用影响废水制备的砂浆或混凝土的凝结时间，从而导致其流动性和坍落度受到影响。
2.3力学性能
关于废水对混凝土早期和后期强度影响的研究结果差异很大：有认为废水对早期强度影响不大；有认为提高早期强度；有认为废水可以提高28d强度；有认为略降低后期强度；有认为对早期、后期强度影响均不大；有认为对早期、后期强度均有提高；也有认为废水对混凝土强度的影响与混凝土等级有关。上述结果的差异与废水的掺量和浓度有关。在废水掺量低时混凝土强度增加，掺量高时强度降低；在废水浓度低时强度增加，浓度高时强度降低，废水掺量与浓度的变化与混凝土的等级有关。如果在废水中加入稳定剂，可以提高强度90%以上。废水的浓度和掺量最终涉及到废水中的固含量。废水固含量低时，废水带入的固体物质通过填充孔隙，提高密实度，从而提高强度，但过多会降低单位体积胶凝材料的含量和界面过渡区的黏结力，从而降低了强度。
2.4耐久性
关于废水对混凝土耐久性的影响研究不多。废水可提高混凝土的抗氯离子渗透性和抗碳化能力，随废水掺量的增加早期碳化深度变化不大，后期碳化深度有一定增加，均在1mm范围内，但对抗冻融破坏能力和抗盐腐蚀能力影响不大。同时，废水的掺入混凝土有裂缝产生，可能增大混凝土干燥收缩，且随废水掺量的增加而干缩增大，塑性和干燥收缩裂缝出现时间也提前，这是由于废水使水泥水化较快、凝结时间缩短所致。总体而言，废水对混凝土工作性和强度影响较大的是其固含量，但这些固体物质对于提高混凝土的密实度相对比较有利，因而对耐久性的不利影响可能不会太大。由于固体物质成分的复杂性，需要进一步研究。
3使用废水生产混凝土效益分析
根据公司实际生产观察，站内日生产量在１ ５００ｍ３时，每天废水使用量在６０ｔ左右，站内废水池可以基本维持平衡。按每天使用６０ｔ废水粗略计算，每年可使用废水约２．２万ｔ，减少年出渣量约１ ６００ｔ。生产用的自来水价格按３．５元／ｔ计，节约用水成本７．７万元。目前，武汉市内搅拌站出渣成本非常高，仅按１ ６００ｔ废渣计算，需要费用约８万元。此外，因废水无法利用，对厂区环境卫生维护必须要增加人手，以增加３人计，年人工成本１８万，且根本达不到预期效果。以上三项共可节约成本３３．７万元，除去设备年维护费用约１５万元，可产生直接经济效益约１８．７万元。公司三站全部采用该方法生产利用，全年就产生效益约５６万元。而且，将搅拌站站内废水实现全利用，是混凝土行业绿色生产的迫切需要，也是评判所生产混凝土是否为绿色建材的重要指标，其节约用水、降耗减排等可持续生产方式所带来的环境效益与社会效益不可估量。
结论
搅拌站采用多级沉淀系统收集处理废水可实现废水生产混凝土的全利用，废水浓度与搅拌站生产繁忙度正相关。搅拌站可结合自身特点，绘制废水浓度变化趋势图，制定合理的废水利用方案。当废水浓度在３％及以下时，对水泥净浆、混凝土工作性能无明显影响；浓度在４％以上时，水泥净浆流动度变小，混凝土坍落度损失明显变大，不利于生产控制。使用一定浓度废水生产混凝土对其强度影响并不大，甚至会略微提高混凝土强度。
参考文献
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论文作者:郑南
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年15期
论文发表时间:2019/10/25
标签：废水论文; 混凝土论文; 浓度论文; 强度论文; 水化论文; 流动性论文; 水泥论文; 《建筑学研究前沿》2019年15期论文;