歐陽孟學(xué),李國新,任慧超
(1. 西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院,陜西 西安 710055;2. 中建西部建設(shè)北方有限公司,陜西 西安 710086)
近年來我國建筑業(yè)飛速發(fā)展,然而我國水資源卻是相當(dāng)匱乏。在建筑產(chǎn)業(yè)鏈中,混凝土攪拌站是用水大戶,每天需要消耗大量的水資源,但混凝土攪拌站產(chǎn)生的廢水具有堿度高、懸浮顆粒(水泥水化產(chǎn)物及礦粉)多的特點(diǎn)[1],如何將攪拌站生產(chǎn)廢水回收利用,與自來水進(jìn)行混合作為拌合用水應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)中,成為眾多學(xué)者爭先研究的問題[2]。
程永偉[3]通過掃描污水和普通飲水的微觀結(jié)構(gòu),比較完善地分析了污水用于拌合水的反應(yīng)機(jī)理以及對混凝土力學(xué)性能的影響;李章健、冷發(fā)光、丁威等[4]發(fā)現(xiàn)循環(huán)水混凝土拌合物工作性能與普通自來水混凝土相差不多,但具有一定的緩凝作用。何廷樹、李小玲、王福川等[5]通過試驗表明,隨著混凝土拌合用水中廢水摻量的增大,水泥凈漿的流動度相對變差,試樣的早期抗壓強(qiáng)度提高,但后期強(qiáng)度增長慢,其對于強(qiáng)度的影響不大。俞黎明[6]對預(yù)拌混凝土“三廢”進(jìn)行回收綜合利用,將分離出的廢漿、沉渣、分離水重新利用,達(dá)到了零排放的標(biāo)準(zhǔn)。
本文主要通過不同濃度廢水按不同摻量與自來水混合作為拌合用水,研究其對混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響,為混凝土試配以及最終的生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)保證與技術(shù)依據(jù)。
(1)水泥:陜西冀東水泥生產(chǎn)的冀東牌 P·O42.5級水泥,其性能指標(biāo)見表1。
(2)骨料:細(xì)骨料,西安渭河中砂,細(xì)度模數(shù)2.1,含泥量為 2.9%;粗骨料,5~31.5mm 連續(xù)級配卵石,含泥量 1.3%,針片狀含量 2%,壓碎指標(biāo) 5.0%。
(3)礦物摻合料:陜西渭南電廠,Ⅱ級粉煤灰,其 45μm 方孔篩余量為 15.4%;陜西韓城電廠,德龍牌S95 級礦渣粉,其比表面積為 455m2/kg。
(4)外加劑:西安某外加劑廠生產(chǎn)的聚羧酸減水劑,含固量 18.5%。
(5)拌合水:自來水,pH 值 7.0;廢水,西安某商混站沖地、沖洗攪拌車、攪拌機(jī)和報廢混凝土分離廢水,經(jīng) 2 級沉淀池沉淀后,取得濃度為 1.0%。
表1 所用水泥的物理性能
試驗開展選用西安某公司 C30 商品泵送混凝土配比,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定調(diào)整,具體配比見表2。
流動度試驗、膠砂抗壓強(qiáng)度試驗參照 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》及 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。通過不同摻量(0%、20%、40%、60%、80%、100%)廢水替代試驗用水,觀察廢水對整個膠凝體系流動性、膠砂抗壓強(qiáng)度(3d、28d)的影響規(guī)律及變化情況。
表2 試驗配合比 kg/m3
試驗參考 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范,通過不同摻量(0%、20%、40%、60%、80%、100%)廢水替代試驗用水,觀察廢水對混凝土工作性能及抗壓性能的影響。
3.1.1 水泥凈漿流動度
通過試驗,不同廢水摻量對水泥凈漿流動度的影響如表3 所示。
表3 不同廢水摻量下水泥凈漿流動度
從表3 數(shù)值來看,摻入廢水的水泥凈漿流動度均小于基準(zhǔn)試樣,但隨廢水摻量的增加,水泥凈漿流動度減小程度呈現(xiàn)出先大后小的變化趨勢,分析原因可能是摻量較少時廢水中含有的水泥、粉煤灰等活性成分,變相增加了膠凝材料用量,而實際用水量卻有所減少,故引起凈漿流動度減小的情況;隨廢水摻量的增加,其內(nèi)部引入的外加劑(主要為聚羧酸減水劑)含量也在增加,有效減少了用水量,從而引起流動度的增大。
3.1.2 水泥膠砂強(qiáng)度
膠砂試件養(yǎng)護(hù)到達(dá)相應(yīng)齡期時取出擦拭晾干,采用電動抗折試驗機(jī)進(jìn)行抗折測試,抗折做完后用進(jìn)行抗壓測試,各摻量廢水膠砂試塊強(qiáng)度發(fā)展趨勢如表4、圖1所示。
表4 各摻量廢水膠砂試塊抗壓強(qiáng)度表
圖1 不同摻量廢水膠砂試件抗壓強(qiáng)度變化趨勢圖
由圖1 可知,3d、28d 齡期時,試件強(qiáng)度均隨廢水摻量的增加呈現(xiàn)出先減后增的變化趨勢,在廢水摻量為20% 時,試件各齡期強(qiáng)度最低,其 3d、28d 抗壓強(qiáng)度分別為 24.9MPa 及 47.3MPa;廢水摻量為 100% 時,試件 3d、28d 齡期抗壓強(qiáng)度分別為 30.1MPa 及 53.0MPa,且 28d 齡期強(qiáng)度高于基準(zhǔn)。分析原因可能是廢水中含有水泥、粉煤灰、外加劑等活性成分,由于強(qiáng)度主要決定于骨料漿體界面之間的過渡區(qū)及漿體內(nèi)部的毛細(xì)孔缺陷等,而廢水中水泥漿體比較細(xì),剛好填充空隙,提高密實度,可以提高強(qiáng)度。因此,在水灰比相同情況下,摻入比例較高的廢水后水泥膠砂試樣的抗壓強(qiáng)度有一定的增加。
通過混凝土試配,可以得到不同廢水摻量的 C30 混凝土工作性能及抗壓強(qiáng)度的變化,結(jié)果如表5 所示。
表5 不同廢水摻量下混凝土工作性能及抗壓強(qiáng)度
在試配過程中發(fā)現(xiàn),隨廢水摻量的增加,混凝土工作性能波動較大,且混凝土黏性較大;不同齡期時,混凝土抗壓強(qiáng)度均隨廢水摻量的增加先增后減。3d、7d 齡期時,混凝土抗壓強(qiáng)度在 40% 廢水摻量時達(dá)到峰值,28d 齡期時,混凝土強(qiáng)度在 20% 廢水摻量下最高,達(dá)到了 41.4MPa;商混站廢水中含有水泥、粉煤灰、礦粉、外加劑等活性成分,因此在水灰比相同的情況下,混凝土的強(qiáng)度會有一定程度的增加。但是,廢水中也會含有一些懸浮顆粒以及活性不高的成分,這些成分的存在會增加用水量,更重要的是會降低強(qiáng)度。因此,廢水中活性成分與惰性成分比重的高低,會影響廢水對于混凝土強(qiáng)度的影響。
(1)隨 1.0% 濃度廢水摻量的增加,水泥凈漿流動度先減后增,100% 摻量時水泥凈漿流動度為 215mm,但仍低于基準(zhǔn)值。
(2)水泥膠砂試件抗壓強(qiáng)度隨廢水摻量的增加先減后增,100% 廢水摻量 28d 齡期試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到53.0MPa,相比基準(zhǔn)值提高了 6%。
(3)隨廢水摻量的增加,混凝土工作性能波動較大,且混凝土黏性變大。
(4)28d 齡期時,混凝土強(qiáng)度在 20% 廢水摻量下最高,達(dá)到 41.4MPa。
[1]曾光,張玉平,湯天明,等.?dāng)嚢枵旧a(chǎn)廢水在混凝土中的應(yīng)用研究[J].建筑設(shè)計管理,2009(3): 61-63.
[2]李小玲,何廷樹.?dāng)嚢枵旧a(chǎn)廢水對水泥性能的影響[J].混凝土,2011(3): 139 -141.
[3]程永偉.污水回用于混凝土拌合用水方面的應(yīng)用研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2007.
[4]李章建,冷發(fā)光,丁威,等.?dāng)嚢枵狙h(huán)水在混凝土中應(yīng)用研究[J].建筑設(shè)計管理,2008,17(3): 13-16.
[5]李小玲,何廷樹,王福川,等.?dāng)嚢枵緩U水對不同摻合料配制的 C80 高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的影響[J].硅酸鹽通報,2011(4): 385-388.
[6]俞黎明.預(yù)拌混凝土“三廢”回收綜合利用技術(shù)[J].施工技術(shù),2016,45(3): 53-55.