郭元強(qiáng)，張興富，陳展華，賴廣興，方云輝，柯余良，李樂民

（1. 科之杰新材料集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361006；2. 廈門新航翔盛混凝土有限公司，福建 廈門 361006）

0 引言

近年來，隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大量投入，預(yù)拌混凝土行業(yè)也得到迅速的發(fā)展，混凝土的需求量也隨之增大。而伴隨著混凝土的生產(chǎn)，也產(chǎn)生了大量廢漿料。廢漿料的主要來源有攪拌車清洗過程中產(chǎn)生的廢漿、生產(chǎn)線上攪拌機(jī)清洗產(chǎn)生的廢漿、報廢的混凝土和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的漏料等。其排放與處置問題，一直是困擾企業(yè)的難題。根據(jù) 2016 年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全國預(yù)拌混凝土的總產(chǎn)量已達(dá)到 22.29 億立方米，若按每生產(chǎn) 1000m3的混凝土將產(chǎn)生 12m3左右的廢漿料計算，數(shù)量十分驚人，處理的費(fèi)用也是巨大的。廢漿料的產(chǎn)生不僅占用有限的土地資源，增加了企業(yè)的成本，而且給企業(yè)的環(huán)保整治和綠色生產(chǎn)管理帶來了嚴(yán)重的影響。

目前，廢漿料的主要處置方式是將清洗后產(chǎn)生的廢漿料通過場地內(nèi)的排水系統(tǒng)，流入沉淀池進(jìn)行均化，使得廢漿料中的固體顆粒分散均勻，經(jīng)管道系統(tǒng)輸送至砂石分離機(jī)，將骨料分離出來再利用，剩余的廢漿料引入另外沉淀池，并與注入的清水中和后，通過壓濾設(shè)備將廢漿料壓濾成含水率為 50%～80% 的泥漿餅，之后采用車輛運(yùn)出場外填埋或二次使用。如何有效地就地處理并實現(xiàn)廢漿料的再利用，是本文開展研究的主要目的。

本文所指廢漿粉是廢漿料經(jīng)壓濾成廢漿餅，采用干燥、粉碎和磨細(xì)等工藝處理后，達(dá)到一定細(xì)度的粉狀材料，其成份主要由水泥、礦粉、粉煤灰和少量泥砂等組成。研究將廢漿粉作為摻合料替代水泥或取代粉煤灰、礦粉進(jìn)行再利用，不僅可以減少耕地占用，減少企業(yè)處理成本的支出，同時，能完全實現(xiàn)預(yù)拌混凝土企業(yè)綠色生產(chǎn)管理“零排放”的環(huán)保目標(biāo)。

本文通過系統(tǒng)試驗，對比分析了廢漿粉在不同摻量情況下對水泥膠砂性能的影響，以探討廢漿粉在混凝土及砂漿中應(yīng)用的可能性，為廢漿粉在預(yù)拌混凝土或預(yù)拌砂漿中的運(yùn)用提供技術(shù)支持。

1 試驗用原材料

1.1 水泥

采用大田紅獅水泥有限公司生產(chǎn)的“紅獅”牌P·O42.5R 水泥，檢測數(shù)據(jù)見表1～3。

表1 水泥檢測數(shù)據(jù)

表2 水泥粒徑測試結(jié)果

表3 水泥化學(xué)成份測試結(jié)果 %

1.2 泥漿餅

廈門新航翔盛混凝土有限公司沉淀池中的泥漿料經(jīng)壓濾機(jī)壓濾而成的泥漿餅。

1.3 砂

采用廈門艾思鷗標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的中國 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂。

2 試驗方法

2.1 需水量比測試

廢漿粉的需水量比的測試參照 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行，其中廢漿粉需水量比配比如表4 所示，其中 y 為廢漿粉的摻加量，對比膠砂的加水量為膠砂流動度在 145～155mm 內(nèi)時的用水量。

表4 廢漿粉需水量比試驗?zāi)z砂配比

2.2 膠砂流動度測試

摻廢漿粉的水泥膠砂流動度參照 GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》進(jìn)行。

2.3 膠砂強(qiáng)度測試

摻廢漿粉的水泥膠砂強(qiáng)度測試參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法（ISO 法）》進(jìn)行。

2.4 細(xì)度測試

廢漿粉的細(xì)度測試參照 GB/T 1345—2005《水泥細(xì)度檢驗方法篩析法》進(jìn)行，測試 45μm 方孔篩篩余，篩析 3 分鐘。

2.5 試驗方案設(shè)計

為了更好地了解廢漿粉的性能，采用 5%～55% 的廢漿粉替代水泥進(jìn)行試驗，具體試驗方案見表5 所示。

表5 膠砂試驗用配合比

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 粉磨時間對細(xì)度、比表面積的影響

將泥漿餅經(jīng)干燥、輥壓粉碎后，采用 4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm 和0.30mm 方孔篩進(jìn)行過篩，得到不同粒徑的試驗樣，以獲取不同粒徑的不同粉磨時間與細(xì)度和比表面積的關(guān)系趨勢，見表6、圖1 和圖2 所示。

從表6 和圖1、圖2 可以看出，隨粉磨時間的增加，廢漿粉的細(xì)度越來越小，比表面積越來越大。當(dāng)粉磨時間小于 10min，不同粒徑的廢漿粉在不同粉磨時間測得的細(xì)度處于 30%～62% 區(qū)間，且粉磨時間每延長1min，細(xì)度平均下降約 3.03%，下降幅度較大；當(dāng)粉磨時間超過 10min，不同粒徑的廢漿粉在不同粉磨時間測得的細(xì)度處于 26%～30% 區(qū)間，且粉磨時間每延長1min，細(xì)度平均下降約 1.15%，細(xì)度下降趨緩，變化幅度較小；當(dāng)粉磨時間達(dá)到 25min 后，不同規(guī)格的廢漿粉測得的細(xì)度值處于 26%～28% 區(qū)間，細(xì)度基本趨于穩(wěn)定。同時，從圖2 中數(shù)據(jù)可得，不同粒徑的粉料經(jīng)過不同時間的粉磨，比表面積由初始的 630m2/kg 開始，粉磨時間每延長 1min，比表面積增長了 20m2/kg。

綜上結(jié)果，確定了以粉磨時間 10min，控制細(xì)度值在 30% 左右的廢漿粉作為開展試驗研究的樣本。廢漿粉樣本的測試結(jié)果見表7～9。

表8 數(shù)據(jù)說明了廢漿粉在細(xì)度為 30% 時，顆粒粒徑小于 3μm 的比水泥要高出了 9%，這也是廢漿粉的比表面積比水泥高的原因之一。

表6 不同粉磨時間的細(xì)度和比表面積試驗數(shù)據(jù)

圖1 粉磨時間與細(xì)度的關(guān)系趨勢

圖2 粉磨時間與比表面積的關(guān)系趨勢

表7 廢漿粉數(shù)據(jù)情況

表9 數(shù)據(jù)說明了水泥中的 CaO 加水后參與水化，使得廢漿粉中的 CaO 含量比水泥低了 53.15%，而廢漿粉中因含有較多細(xì)度模數(shù)超小的砂，使得廢漿粉中的SiO2含量比水泥高了 58.68%。

表8 廢漿粉粒徑測試結(jié)果

表9 廢漿粉化學(xué)成份測試結(jié)果 %

3.2 廢漿粉摻量對需水量比的影響

按照表4 的試驗方案，研究不同摻量的廢漿粉對需水量比的影響。結(jié)果見表10。

表10 廢漿粉不同摻量情況下的需水量比和水泥膠砂流動度試驗數(shù)據(jù)

圖3 是粒徑 2.36mm 和0.60mm 的廢漿粉經(jīng)粉磨至30% 時內(nèi)摻的試驗數(shù)據(jù)，說明了隨著廢漿粉摻量的增加，需水量比呈現(xiàn)逐步增加的趨勢。分析認(rèn)為，因廢漿粉的細(xì)度達(dá)到 30% 時，其比表面積可達(dá)到 1020m2/kg左右，比水泥的比表面積要高出近 3 倍之多，且粒徑＜3μm 的占比比水泥多出了 9%，因此，隨著廢漿粉摻量增加，膠材的比表面積也隨之增大，造成了需水量比增多。

圖3 廢漿粉摻量與需水量比關(guān)系趨勢圖

由圖3 可以看出，當(dāng)廢漿粉摻量在 30%（含）以內(nèi)，兩種粒徑廢漿粉的需水量比基本一致；當(dāng)摻量超過 30% 以后，0.60mm 篩余比 2.36mm 篩余的需水量比值多0.8%～2.4%，但差值相差不大。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，Ⅲ 級粉煤灰需水量比不大于 115%，Ⅱ 級粉煤灰需水量比不大于 105%，兩種粒徑的廢漿粉都能滿足需水量比的要求。試驗說明了在廢漿粉細(xì)度相當(dāng)?shù)那闆r下，粒徑的大小對需水量比的影響不大，因此，在生產(chǎn)加工廢漿粉的過程中可以減少過篩環(huán)節(jié)，以減少加工成本的支出。若將廢漿粉替代 Ⅱ 級粉煤灰使用，則宜將摻量控制在30% 以內(nèi)。

3.3 廢漿粉摻量對水泥膠砂流動度的影響

廢漿粉摻量對水泥膠砂流動度的影響結(jié)果見表10和圖4。從圖4 可以看出，隨著廢漿粉摻量增加，水泥膠砂流動度呈現(xiàn)逐步下降趨勢，摻量小于 35% 時，流動度值均能滿足不小于 180mm 要求（GB 175—2007 標(biāo)準(zhǔn)要求普通硅酸鹽水泥在進(jìn)行膠砂強(qiáng)度檢驗時，其用水量按0.50 水灰比和膠砂流動度不小于 180mm 來確定）。這是由于廢漿粉的比表面積明顯比水泥、粉煤灰和礦粉等的比表面積大，在保持相同用水量的情況下，隨著廢漿粉摻量的增加，膠材的比表面積增大，使得水泥膠砂流動度呈現(xiàn)下降的趨勢。

根據(jù)試驗結(jié)果，結(jié)合水泥標(biāo)準(zhǔn)要求的膠砂流動，建議廢漿粉內(nèi)摻摻量控制在 35% 以內(nèi)，既能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，又能達(dá)到廢物合理回收利用的目的。

圖4 廢漿粉摻量與水泥膠砂流動度關(guān)系圖

3.4 廢漿粉摻量對水泥膠砂強(qiáng)度的影響

廢漿粉摻量對水泥膠砂強(qiáng)度的影響結(jié)果見表11 和圖5、6。從圖5 與圖6 趨勢可知，水泥膠砂強(qiáng)度隨廢漿粉摻量的增加，呈現(xiàn)下降趨勢。經(jīng)過試驗計算，廢漿粉摻量每增加 1%，強(qiáng)度平均下降0.58MPa，這是由于廢漿粉的組成成份決定了等量取代水泥后將降低膠材中的 C3A 和 C3S 礦物的含量，隨著廢漿粉摻量的增加，導(dǎo)致膠材中的 C3A 和 C3S 礦物的含量也隨之減少，從而使得強(qiáng)度隨之降低。因此，在使用中，應(yīng)根據(jù)砂漿或混凝土的設(shè)計強(qiáng)度和廢漿粉的成份確定合理摻量。

表11 廢漿粉不同摻量情況下的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

由圖5 和圖6 可知，當(dāng)廢漿粉摻量在 10%～15%時，水泥膠砂 7 天和 28 天強(qiáng)度未見明顯下降；當(dāng)摻量在 15%～35% 以內(nèi)時，水泥膠砂 28 天抗壓強(qiáng)度呈近似線性下降的趨勢。

根據(jù) GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中強(qiáng)度活性指數(shù)不小于 70% 限值要求（內(nèi)摻粉煤灰 30% 時），廢漿粉的摻量應(yīng)控制在不超過 25%，可滿足該限值規(guī)定，說明廢漿粉可以替代粉煤灰作為輔助摻合料使用。

圖5 廢漿粉摻量與水泥膠砂強(qiáng)度關(guān)系圖

圖6 廢漿粉摻量與水泥膠砂強(qiáng)度比關(guān)系圖

4 結(jié)語

結(jié)合廢漿粉的質(zhì)量特性以及摻入廢漿粉對膠砂性能影響的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，證明廢漿粉可作為輔助材料替代部分水泥使用，但在實際應(yīng)用中應(yīng)做好如下質(zhì)量控制：

（1）廢漿粉經(jīng)過干燥、粉碎粉磨加工后，控制細(xì)度在 30% 左右時，可以作為輔助材料替代部分水泥使用，性能與粉煤灰相當(dāng)，不僅實現(xiàn)廢物再利用，而且可以減少材料成本和環(huán)境污染。

（2）使用廢漿粉替代粉煤灰作為輔助摻合料時，摻量宜控制在 25% 以內(nèi)，但在實際應(yīng)用中，還應(yīng)結(jié)合廢漿粉的品質(zhì)、性能，經(jīng)試驗確定廢漿粉的合理摻量。