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        混凝土廢漿水對(duì)C30混凝土性能的影響

        2018-05-31 19:18:28黑金龍宋學(xué)鋒梁麗敏
        商品混凝土 2018年5期
        關(guān)鍵詞:漿水攪拌站強(qiáng)度

        黑金龍,宋學(xué)鋒,梁麗敏

        (1. 西安建筑科技大學(xué) 材料與礦資學(xué)院,陜西 西安 710055;2. 云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司,云南 昆明 650501)

        預(yù)拌混凝土攪拌站一直被認(rèn)為是“臟、亂、差”的企業(yè),在生產(chǎn)混凝土過程中,不斷產(chǎn)生廢水、廢渣和噪音等污染,與城市生態(tài)環(huán)境友好發(fā)展相背離,使得商品混凝土領(lǐng)域的發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)。據(jù)行業(yè)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),每生產(chǎn) 1 方混凝土將平均產(chǎn)生 40kg 的廢渣、廢料,產(chǎn)生 0.1 方的廢漿水。廢渣廢料大多攪拌站通過砂石分離機(jī)分離后回收利用,廢漿水的處理就顯得比較困難[1]。如果對(duì)廢漿水不進(jìn)行處理,則全國(guó)攪拌站每年將產(chǎn)生 1.79 億方的廢漿水,這是一個(gè)非常驚人的數(shù)量。

        為貫徹落實(shí)《綠色建筑行動(dòng)方案》(國(guó)辦發(fā)[2013]1 號(hào))文件精神,目前全國(guó)各地已著手建設(shè)綠色混凝土攪拌站,成為繼預(yù)拌混凝土、散裝水泥、預(yù)拌砂漿“三位一體”城市散裝水泥發(fā)展格局之后的一大創(chuàng)舉,其中混凝土廢漿水的處理是制約混凝土行業(yè)綠色健康發(fā)展的一大難題。本文就混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中對(duì)混凝土性能影響做了初步研究,為混凝土廢漿水的循環(huán)利用提供一定的參考。

        1 試驗(yàn)

        1.1 原材料

        (1)混凝土廢漿水選用云南建投曲靖建材金龍攪拌站混凝土沉淀池。

        (2)水泥選用曲靖雄業(yè)水泥廠的 P·O42.5水泥,性能指標(biāo)見表1。

        (3)粉煤灰選用泉恩Ⅱ級(jí)粉煤灰,為電廠分選灰,細(xì)度 12.5%,需水量比 99%。

        (4)粗骨料選用尖腦子石場(chǎng),5~31.5mm 連續(xù)級(jí)配,含泥量 0.3%,針片狀含量 4%,壓碎指標(biāo) 8.6%。

        (5)細(xì)集料選用尖腦子石場(chǎng)細(xì)度模數(shù)為 2.9 的Ⅱ區(qū)中砂,石粉含量 6.7%,MB 值 1.3。

        (6)外加劑使用云南建投高分子公司高性能聚羧酸減水劑,固含量 10%,減水率 28.6%。

        表1 水泥性能指標(biāo)

        1.2 試驗(yàn)方法

        (1)混凝土廢漿水澄清液的 pH 值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸鹽含量、堿含量等按照 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測(cè)。

        (2)混凝土廢漿水干粉化學(xué)分析按照 GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析方法》進(jìn)行檢測(cè)。

        (3)混凝土廢漿水固含量與密度關(guān)系用表觀密度檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)[2]。

        (4)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能分別按照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的平板法早期抗裂試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。

        1.3 配合比

        混凝土廢漿水主要是由混凝土攪拌站清洗罐車的漿水、清洗攪拌機(jī)的漿水和剩余混凝土分離后的漿水等組成,組分主要是水、膠凝材料、砂石料經(jīng)分離后粒徑小于 0.08mm 的石粉和少量泥粉(亞甲藍(lán)試驗(yàn)合格)。研究分別將 0%、20%、40%、60%、80% 和 100% 的混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中,觀察對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和早期抗裂性能的影響規(guī)律,確定混凝土廢漿水用于混凝土中的最佳摻量和用量范圍。

        混凝土廢漿水中固體含量主要是各種粉體材料,混凝土需水量隨著粉料比表面積增大而增加。試驗(yàn)過程中混凝土廢漿水的固體含量等量替代機(jī)制砂,所含水分等量替代用水量[3]。試驗(yàn)采用 C30 混凝土作為基準(zhǔn)配方,其中單方混凝土中摻入的廢漿固體含量分別為 0kg、2.5kg、5kg、7.5kg、10kg、12.5kg,試驗(yàn)要求初始坍落度控制在 (200±20)mm。混凝土配合比見表2。

        表2 配合比 kg/m3

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 混凝土廢漿水的性能指標(biāo)

        混凝土廢漿水澄清液檢測(cè)結(jié)果見表3。根據(jù)表3 的檢測(cè)結(jié)果顯示,混凝土廢漿水澄清液 pH 值為 13.3,呈強(qiáng)堿性,未檢出不溶物,可溶物、氯化物、硫酸鹽含量、堿含量等檢測(cè)結(jié)果完全滿足 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的要求,可用于混凝土的生產(chǎn)拌制。

        混凝土廢漿干粉的化學(xué)成分分析見表4,根據(jù)表4內(nèi)容判斷混凝土廢漿干粉均來自于混凝土中各種原材料,摻入混凝土中不會(huì)影響對(duì)混凝土的正常水化反應(yīng)。

        表3 混凝土廢漿水澄清液性能指標(biāo)

        表4 混凝土廢漿干粉成分分析 %

        試驗(yàn)證明,混凝土廢漿水經(jīng)沉淀烘干后為塊狀固體,若在試驗(yàn)中將固體干粉根據(jù)重量摻入混凝土中,固體干粉不能均勻快速分散,對(duì)混凝土工作性能影響較大。為準(zhǔn)確模擬混凝土廢漿水在固液混合的漿體狀態(tài)下對(duì)混凝土性能的影響,對(duì)混凝土廢漿水固含量和廢漿水密度在不同時(shí)段取樣測(cè)試,洗車高峰期的混凝土廢漿水含固量可達(dá) 10%~13%,洗車低谷期最小只有0.5%~3%,生產(chǎn)情況下一般在 4%~8% 之間,據(jù)此作混凝土廢漿水固含量與密度關(guān)系圖,如圖1 所示。

        圖1 混凝土廢漿水固含量與密度的關(guān)系圖

        經(jīng)過線性擬合可知廢漿的密度和固含量呈線性關(guān)系,表達(dá)式為:

        式中:ρ——混凝土廢漿水密度,kg/m3;

        w——混凝土廢漿水固含量,即混凝土廢漿

        水中固體顆粒的含量,%;

        r——相關(guān)系數(shù)。

        本試驗(yàn)采用混凝土廢漿水的密度為 1053kg/m3,由式 (1) 計(jì)算得出,含固量應(yīng)為 7.5%。

        2.2 混凝土廢漿水對(duì) C30 混凝土常規(guī)性能的影響

        單方混凝土中摻入的廢漿固體含量分別為 0kg、2.5kg、5kg、7.5kg、10kg、12.5kg 的各項(xiàng)性能檢測(cè)結(jié)果如表5。

        圖2 和圖3 為不同摻量混凝土廢漿水摻入 C30 混凝土中,混凝土坍落度和擴(kuò)展度的狀況。隨著混凝土廢漿水摻入量的增加,混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時(shí),混凝土坍落度、擴(kuò)展度幾乎無變化,混凝土工作性能略有改善;當(dāng)混凝土廢漿水摻量超過 60% 時(shí),工作性有明顯下降。

        根據(jù)圖2 和圖3 可以明顯看出,當(dāng)混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時(shí),混凝土 30min 和 60min 的坍落度和擴(kuò)展度規(guī)律一致,說明混凝土廢漿水對(duì)混凝土工作性影響較小。摻量超過 60% 時(shí),60min 混凝土的坍落度和擴(kuò)展度損失非常明顯,可能是混凝土廢漿水為強(qiáng)堿性,影響了外加劑在混凝土中的效果,同時(shí)廢漿水中的顆粒對(duì)外加劑的吸附作用強(qiáng),降低了混凝土的工作性能[4]。

        表5 摻不同摻量廢漿水 C30 混凝土各項(xiàng)性能檢測(cè)結(jié)果

        圖2 摻不同量廢漿水后混凝土坍落度

        圖3 摻不同量廢漿水后混凝土擴(kuò)展度

        通過將不同摻量的混凝土廢漿水摻入混凝土中,觀察混凝土強(qiáng)度發(fā)展可以定性分析廢漿水在水泥水化過程中所起的作用。強(qiáng)度發(fā)展情況見圖4。

        隨著單方混凝土廢漿水摻量從 0% 增加到 40%,混凝土早期強(qiáng)度有 5% 的提高(摻量為 20% 的配方 3d 強(qiáng)度有異常),28d 強(qiáng)度基本持平;摻量超過 60% 時(shí),混凝土早期強(qiáng)度下降 2%~5%;摻量達(dá)到 80% 時(shí),早期強(qiáng)度與 60% 摻量時(shí)接近,28d 強(qiáng)度下降 10%,下降明顯;單方摻量 100% 時(shí),混凝土 28d 強(qiáng)度下降約 1 個(gè)等級(jí)。

        圖4 C30 混凝土摻不同量混凝土廢漿水的強(qiáng)度情況

        當(dāng)混凝土廢漿水摻量不超過 60% 時(shí),混凝土強(qiáng)度略有增長(zhǎng),可能是混凝土廢漿水有一定的活性,同時(shí)廢漿水中的顆粒作為填充物填充了混凝土中的孔隙,一定程度上增加了混凝土的密實(shí)性。當(dāng)摻量超過 60% 時(shí)混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì),可能是混凝土廢漿水的活性較低,同時(shí)混凝土中廢漿水量過多會(huì)導(dǎo)致混凝土顆粒間、水泥砂漿與石子間的粘結(jié)力下降,降低了混凝土強(qiáng)度[5]。

        2.3 混凝土廢漿水對(duì)混凝土早期抗裂性能的影響

        采用混凝土平板法抗裂試驗(yàn),C30 等級(jí)混凝土摻不同用量的混凝土廢漿水,對(duì)混凝土拌合物塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、最大裂縫寬度和總開裂面積進(jìn)行測(cè)量,試驗(yàn)結(jié)果見圖5~7 及表6。

        混凝土中摻入廢漿水對(duì)混凝土早期抗裂性能有一定的影響,試驗(yàn)表明當(dāng)混凝土廢漿水摻量不超過 60%時(shí),混凝土裂縫發(fā)生時(shí)間略有提前,開裂面積略有增加,但抗裂性能屬于同一級(jí)別;當(dāng)摻量超過 60% 時(shí),開裂時(shí)間同樣提前,開裂面積增大明顯,抗裂等級(jí)降低一個(gè)等級(jí)。

        隨著廢漿水摻量的增加,塑性裂縫出現(xiàn)的時(shí)間越來越短,最大裂縫的寬度越來越大,開裂面積越來越大。廢漿水的加入在一定程度上加劇了混凝土的塑性開裂,在混凝土的施工過程中,要更加重視混凝土的保水養(yǎng)護(hù),及時(shí)進(jìn)行二次抹面。

        圖5 摻量為 0% 和 20% 的最大裂縫寬度

        圖6 摻量為 40% 和 60% 的最大裂縫寬度

        圖7 摻量為 80% 和 100% 的最大裂縫寬度

        表6 C30 混凝土早期抗裂性能檢測(cè)表

        混凝土塑性開裂伴隨混凝土的凝結(jié)的整個(gè)過程?;炷恋乃z比及原材料等參數(shù)對(duì)混凝土的塑性開裂有重要的影響,這些參數(shù)主要影響新拌混凝土的塑性狀態(tài)和水泥水化進(jìn)程。廢水的 pH 值較高,且含有一定的固體顆粒,必然帶來混凝土的收縮變大,造成混凝土塑性開裂。只有了解攪拌站廢水使用過程中塑性開裂的特點(diǎn),才能采取有效的措施控制裂縫[6]。

        3 結(jié)論

        (1)混凝土廢漿水化學(xué)成分滿足混凝土用水,可以用于混凝土生產(chǎn)中。

        (2)以 7.5% 濃度的混凝土廢漿水試配 C30 混凝土為例,混凝土中摻入混凝土廢漿水不超過 60% 時(shí),對(duì)混凝土工作性能、強(qiáng)度、早期抗裂性能影響較小。

        (3)單方混凝土中摻入混凝土廢漿水超過60%時(shí),混凝土初始工作性可以滿足,但經(jīng)時(shí)損失大,混凝土抗壓強(qiáng)度明顯降低,混凝土早期抗裂性能明顯下降,綜合性能均有明顯下降。

        [1]黎陽.淺談?lì)A(yù)拌混凝土攪拌站回收水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[J].廣東建材,2016,9∶ 66-68.

        [2]王玥,李丹陽,張慧愛.廢水泥漿水在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中的循環(huán)利用[J].山西建筑,2015,41(5)∶ 95-96.

        [3]楊根宏,楊松林,曹達(dá)純,等.混凝土攪拌站廢漿回收利用的研究與應(yīng)用[J].廣東建材,2013,9∶ 64-67.

        [4]楊志偉,石從黎,張克.攪拌站廢棄泥漿循環(huán)利用方法的研究[J].固廢利用,2012,4∶ 25-27.

        [5]魯俊.混凝土攪拌站回收水對(duì)混凝土性能的影響[J].廣東建材,2016,9∶ 74-75.

        [6]張意,陳家全,何小勇.預(yù)拌混凝土廢水泥漿循環(huán)利用研究[J].建筑材料,2010,80(9)∶ 35-39.

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