戴前天，郭偉，李劍澎，費(fèi)洗非

（珠海春禾新材料研究院，廣州 珠海 519000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，重大工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，混凝土材料的需求量持續(xù)增長，原材料供應(yīng)和混凝土制備對于資源、能源和環(huán)境的影響也日益凸顯?；炷猎谏a(chǎn)過程不僅中需要大量的拌合水，而且在處置廢棄混凝土、清洗生產(chǎn)和運(yùn)輸設(shè)備、清潔場地過程中都會(huì)產(chǎn)生大量廢水廢漿，從而對周邊水環(huán)境和土壤構(gòu)成潛在的威脅。

住建部于 14 年 10 月 1 日，發(fā)布了建筑標(biāo)準(zhǔn) JG/T 328—2014《預(yù)拌混凝土綠色生產(chǎn)及管理技術(shù)規(guī)程》。標(biāo)準(zhǔn)中對混凝土成型過程中產(chǎn)生的廢水廢漿提出綠色生產(chǎn)要求。預(yù)拌混凝土綠色生產(chǎn)應(yīng)配備完善的生產(chǎn)廢水處置系統(tǒng)，包括排水溝系統(tǒng)、多級沉淀池系統(tǒng)和管道系統(tǒng)等。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，當(dāng)采用壓濾機(jī)對廢漿進(jìn)行處理時(shí)，壓濾后的廢水應(yīng)通過專用管道進(jìn)入生產(chǎn)廢水回收利用裝置，壓濾后的固定應(yīng)做無害化處理，且過濾后的廢水廢漿應(yīng)達(dá)到現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

珠海市每年預(yù)拌混凝土用量超過 1000 萬立方米，所產(chǎn)生的廢水廢漿高達(dá) 30 萬噸以上。廢水廢漿中含有大量的有害成分，如果未經(jīng)處理直接排放，勢必會(huì)造成周邊土壤和地下水的嚴(yán)重污染。準(zhǔn)確處理廢水廢漿不僅能夠節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境而且還能在廢水廢漿和預(yù)拌混凝土之間產(chǎn)生自給自足的良性循環(huán)[1-3]。在我國大力倡導(dǎo)“綠色、環(huán)保、節(jié)能、減排”的大背景下，實(shí)現(xiàn)預(yù)拌混凝土的綠色生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水廢漿的零排放和完全循環(huán)利用是預(yù)拌混凝土行業(yè)急需解決的重要問題。研究廢水廢漿高效綜合利用，對于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、提高預(yù)拌混凝土行業(yè)水資源的利用率，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

1 廢水廢漿研究現(xiàn)狀

預(yù)拌混凝土生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水廢漿的過程主要包括：清洗攪拌鍋和運(yùn)輸車。主要是廢水、廢漿和砂石混合物。固化物主要包括（C-S-H 凝膠、Ca(OH)2、AFt、外加劑、細(xì)骨料、未完全水化的水泥和未參加反應(yīng)的礦物摻合料等）[4-5]。預(yù)拌混凝土企業(yè)在處置廢棄混凝土、清洗設(shè)備和場地所產(chǎn)生的廢水廢漿，經(jīng)砂石分離機(jī)處理后，仍含有大量固體細(xì)顆粒，要通過沉淀池或者壓濾機(jī)將廢漿渣水分離后再分別利用或外排。廢水廢漿回收工藝見圖1。

圖1 廢水廢漿回收工藝流程圖

1.1 用作混凝土拌合水的廢水廢漿研究現(xiàn)狀

周其家[6]等研究證明回收、沉淀處理后的廢水澄清液符合混凝土用水各項(xiàng)指標(biāo)，可以直接作為混凝土的拌合用水；廢水泥漿中固體顆?？梢宰鳛榛炷恋募?xì)集料，混凝土的工作性與抗壓強(qiáng)度均隨著廢水廢漿用量的增加，呈現(xiàn)出先增加后降低的現(xiàn)象，每立方米最佳廢水廢漿用量為 80kg/m3。李小玲[7]研究表明，廢水經(jīng)過分離處理后的澄清液再作為混凝土拌合水制備混凝土?xí)r，對混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響不大，誤差在國家所規(guī)定的范圍之內(nèi)；對于強(qiáng)度等級較低的混凝土，運(yùn)用自來水和廢水所制備的混凝土抗壓強(qiáng)度差別不大，但像C80 這種高強(qiáng)度等級混凝土的抗壓強(qiáng)度，不僅與廢水摻量有關(guān)還與礦物摻合料的摻量有關(guān)。

陳儉偉[8]研究表明，廢水可以用作混凝土拌合用水且對混凝土力學(xué)強(qiáng)度影響不大；當(dāng)廢水濃度＜12% 時(shí)，同比例混合廢水和自來水用作混凝土拌合用水，當(dāng)廢水濃度＞15% 時(shí)，混凝土坍落度損失較大，不適合用作混凝土用水，混凝土的工作性能隨著廢水濃度的變化而變化，濃度增加時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整外加劑摻量。楊欣華[9]分別在北京、上海、武漢、重慶、浙江臺(tái)州和浙江舟山選擇了 6 家混凝土攪拌站的廢水廢漿攪拌池中取樣進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果表明各家的廢水廢漿含固量差異較大，含固量大約在 0.3%～3.0% 區(qū)間范圍內(nèi)，廢水廢漿顯堿性，pH 值＞12，廢水廢漿中離子含量的最高陰陽離子分別為 Ca2+和 OH-；對于中等強(qiáng)度等級的混凝土，例如C30、C45 和 C60 混凝土而言，廢水廢漿使用量在 45%之內(nèi)時(shí)基本不影響混凝土抗壓性能。

張凱峰[10]研究了不同濃度廢水在不同摻量下對水泥工作性能和凝結(jié)時(shí)間的影響，研究結(jié)果表明：水泥膠砂流動(dòng)度隨著廢水摻量的增加而小幅度降低，凝結(jié)時(shí)間隨著摻量的增加而延長；廢水濃度影響膠砂強(qiáng)度但無明顯規(guī)律，膠砂強(qiáng)度和廢水濃度之間存在最佳廢水摻量；當(dāng)廢水濃度為 1% 時(shí)，廢水的摻量不影響 C60 混凝土的抗壓強(qiáng)度，廢水摻量為 80% 時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最高。

1.2 廢水廢漿制備混凝土的研究現(xiàn)狀

歐陽孟學(xué)[11]采用濃度為 3.5% 的廢水制備 C20～C40 混凝土，研究發(fā)現(xiàn)該濃度下 C40 廢水最佳摻量為20%，C35 廢水最佳摻量為 40%，C30 廢水最佳摻量為60%，C25 廢水最佳摻量為 40%，C20 廢水最佳摻量為60%；高松林[12]利用回收廢水廢漿制備 C60 混凝土，研究表明利用回收廢水和砂石骨料配制的 C60 混凝土強(qiáng)度及耐久性能指標(biāo)均能滿足工程要求，且與常規(guī)拌合用水配制的 C60 混凝土無明顯差別，但是廢水的摻入量對混凝土的工作性能及坍落度經(jīng)時(shí)損失影響較大，工程使用時(shí)濃度應(yīng)控制在 7% 以下，摻量控制在 40% 以下；何延樹[13]研究了廢水對是否摻加硅灰混合材的 C80高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明摻入廢水能夠有效提高摻加硅灰高強(qiáng)混凝土早期性能，但會(huì)降低無硅灰混凝土早期強(qiáng)度，且廢水對 C80 高強(qiáng)混凝土后期強(qiáng)度影響不大，能略微提高混凝土后期性能。

李輝[14]通過對 C30 混凝土的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明攪拌站回收廢水漿的濃度控制在 20% 以內(nèi)、摻量在每方混凝土代替清水 50～80kg 時(shí)，通過控制外加劑的摻量，對混凝土拌合物的工作性能無不良影響，完全可以達(dá)到不加廢水漿混凝土的效果，并且可以保證較好的坍落度損失控制；對硬化混凝土的力學(xué)性能和長期耐久性能無不良影響，特別是在抗壓強(qiáng)度方面，加入了廢水漿代替部分清水混凝土的抗壓強(qiáng)度還偏高 10%。廢水漿濃度在 5%～20% 范圍內(nèi)，廢水漿的濃度對混凝 28 天齡期的抗壓強(qiáng)度值影響較大，其影響關(guān)系可用回歸經(jīng)驗(yàn)公式來表示：

其中：Y——混凝土強(qiáng)度值，MPa；

X1——廢水漿濃度，mg/L；

X2——廢水漿摻量，%。

廢水漿的用量對混凝土力學(xué)性能和流動(dòng)性影響不大，實(shí)際生產(chǎn)中可忽略。

1.3 廢水廢漿對混凝土耐久性能的影響

陳展華[15]研究發(fā)現(xiàn)將廢水廢漿干粉球磨 10min后，在 10% 摻合比下作為混凝土摻合料使用幾乎具有和礦粉一致的效果，所制備成型的混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)展度略小但抗壓強(qiáng)度幾乎一致；張良超和李永飛[16-17]將經(jīng)過砂石分離機(jī)分離出的廢水廢漿和增效劑混合制備出具有良好的工作性能、能滿足力學(xué)性能和施工要求的混凝土。

趙志軒[18]研究了廢水廢漿干粉取代水泥的摻量對C30 和 C50 混凝土抗凍性、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕與抗碳化等耐久性能的影響，研究結(jié)果表明廢水廢漿干粉在 0～6% 的摻量范圍內(nèi)能降低混凝土的抗凍性、抗氯離子滲透與抗硫酸鹽侵蝕性能，且隨著摻量的增加，耐久性能隨之降低，且對強(qiáng)度等級為 C50 的混凝土耐久性能影響大于 C30 混凝土。

侯旭林[19]研究了廢水廢漿干粉取代水泥的摻量對C30 和 C50 混凝土干縮性能和塑性變形方面的影響，研究結(jié)果表明，相同摻量下，C30 混凝土的干燥收縮小于 C50 混凝土且兩種強(qiáng)度等級下的混凝土干縮性能都隨著廢漿的摻量增大而降低；摻量＜6% 時(shí)，廢水廢漿加劇了混凝土裂縫的發(fā)展速度，造成 6h 時(shí)的最大裂縫增加。曲睿祚[20]采用含固量為 10% 的廢棄漿料等質(zhì)量取代自來水配制混凝土，并與采用自來水配制的混凝土相比較，探究了廢漿摻量對混凝土耐久性能的影響，研究結(jié)果表明，廢漿對混凝土的抗?jié)B性和抗碳化能力具有增加作用，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級≤C30 時(shí)，隨著廢漿摻量的增加混凝土的抗氯離子滲透性顯著提高，廢漿摻量＞60% 時(shí)，隨著廢漿摻量的增加混凝土抗氯離子滲透性反而顯著降低；與自來水拌制的混凝土相同齡期相比，摻加 10% 廢棄漿料拌制的混凝土的孔隙率略有降低。

向佳瑜[21]用廢水制備了 C20～C60 混凝土，并研究了廢水對混凝土耐久性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明廢水的摻入可有效降低 C20～C60 混凝土的電通量，C60 混凝土全部使用廢水時(shí)，6h 電通量可降低至 300C 左右；廢水能夠降低碳化深度，且碳化深度隨著廢水摻量的增加而降低。姚志玉[22]研究表明強(qiáng)度等級≤C35 混凝土，廢水的摻入，能改善混凝土拌和物的性能，提高混凝土強(qiáng)度，參考摻量為 20%～40%；廢水的摻入對混凝土的凝結(jié)時(shí)間、抗?jié)B性能影響甚微，一定程度上能提高混凝土的抗凍性能。

廢水中含有未完全水化的水泥、粉煤灰和礦粉等活性組分，這些活性組分能夠與 Ca(OH)2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物和膠凝物質(zhì)，從而提高混凝土強(qiáng)度。同時(shí)像礦粉和粉煤灰等能夠有效填充空隙，密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)，從而提升混凝土耐久性能。

2 結(jié)論

綜上所述，廢水廢漿經(jīng)過靜止沉淀等一系列過程后，所得上層澄清水能夠直接用作混凝土拌合水；廢漿中的固體顆?？梢杂米骷?xì)骨料，且在球磨 10min 后在 10% 摻量下，幾乎能夠等效取代礦粉；廢水濃度和摻量對混凝土工作性能和力學(xué)性能存在一定影響，工程應(yīng)用時(shí)應(yīng)保證廢漿濃度在＜7%、摻量＜40%；經(jīng)過靜置處理后的澄清廢水能夠在一定范圍內(nèi)取代拌合水制備 C20～C80 混凝土，且所制備的混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能均能滿足指標(biāo)；廢水廢漿經(jīng)過靜置、沉淀、壓濾后干燥而成的干粉取代水泥制備的 C30 和C50 混凝土耐久性能較差；中等強(qiáng)度等級的混凝土，像 C20～C60 混凝土，摻入廢水能夠有效提高混凝土的密實(shí)性、抗氯離子滲透能力和碳化能力，而高強(qiáng)度等級的混凝土，像 C80 高強(qiáng)混凝土，混凝土抗氯離子滲透能力和碳化能力的主要影響因素是礦物摻合料而不是廢水。

3 展望

目前國內(nèi)對于廢水廢漿的重復(fù)利用方式，主要通過沉淀池和壓濾機(jī)將廢水廢漿分離出來再分別利用或外排。不論是采用沉淀池分離還是壓濾機(jī)分離，都需要占用很大的場地。分離后的清水因堿性較高且含有多種化學(xué)外加劑，直接作為拌合水使用時(shí)容易造成混凝土的質(zhì)量波動(dòng)，大部分企業(yè)只能部分用于拌合混凝土，而分離出的固體料渣則作為固廢外運(yùn)處理。采用這樣的處理方式，不但水資源沒有得到充分利用，而且處理固廢時(shí)還容易造成二次污染，所能獲得的廢水廢漿并沒有達(dá)到完全循環(huán)利用效果。

在上述廢水廢漿研究基礎(chǔ)上考慮一種完全回收利用廢水廢漿的新技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是，通過再生過程中工藝和參數(shù)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)廢水廢漿形態(tài)的充分穩(wěn)定，從而避免當(dāng)前一些企業(yè)廢水廢漿回收再利用導(dǎo)致原材料和混凝土質(zhì)量大幅波動(dòng)的問題；同時(shí)，將上述預(yù)處理過程與混凝土基本原材料和配合比的優(yōu)化相結(jié)合，使不同粒徑的顆粒得到更加充分和緊密的堆積，從而開發(fā)出早期和長期性能更加優(yōu)越的混凝土材料新體系。具體而言，項(xiàng)目擬開發(fā)預(yù)拌混凝土廢水廢漿再生利用技術(shù)，是將沉淀池中沉淀的固體料渣通過濕法粉磨工藝制成再生料漿，在制漿過程中通過化學(xué)和礦物添加劑，調(diào)節(jié)其濃度、堿度和細(xì)度，達(dá)到設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入儲(chǔ)漿罐，使用時(shí)再由料漿泵輸送到攪拌樓配料，用于混凝土生產(chǎn)，使廢水廢漿得到全部再生利用。