摻有工業(yè)回收水及復(fù)合外摻材料的商品混凝土性能及應(yīng)用

摘要：本文結(jié)合上海浦蓮商砼拌站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了利用混凝土工廠廢水資源，并在混凝土中大量摻用粉煤灰、高爐礦渣微粉的“環(huán)保型”混凝土的研究和應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：回收水，礦物摻合材料，環(huán)保型混凝土。

    隨著建筑工地混凝土現(xiàn)場(chǎng)攪拌的消失和商品混凝土企業(yè)的大量興起，對(duì)環(huán)境的部分污染也從工地轉(zhuǎn)移到了混凝土企業(yè)；混凝土企業(yè)普遍不同程度地遭遇著“噪聲”、“粉塵”、“廢水”、“廢渣”的困擾，尤其是廢水，既造成了資源浪費(fèi)，又污染了環(huán)境。若在保證混凝土質(zhì)量的前提下，將混凝土工廠的生產(chǎn)廢水形成再循環(huán)，用于混凝土的拌制中，既可節(jié)約寶貴的淡水資源，又可形成商砼企業(yè)“三廢”處理的一條有效途徑，節(jié)約生產(chǎn)成本，其意義重大。另一方面，目前已有眾多商砼企業(yè)積累了粉煤灰、高爐礦渣微粉等工業(yè)固體廢棄物的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，若通過試驗(yàn)，將混凝土工廠廢水利用與大量摻用工業(yè)廢渣類材料技術(shù)匹配，則可在一定程度上實(shí)現(xiàn)商砼混凝土技術(shù)的“環(huán)保性”和“綠色化”。

    本文結(jié)合上海浦蓮商砼拌站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了利用混凝土工廠廢水資源，并在混凝土中大量摻用粉煤灰、高爐礦渣微粉的“環(huán)保型”混凝土的研究和應(yīng)用情況。

1        試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)用原材料

    試驗(yàn)用水泥為42.5RP.O水泥（江西亞東水泥有限公司生產(chǎn)、上海聯(lián)合水泥廠生產(chǎn)），S95高爐礦渣微粉（安徽朱家橋生產(chǎn)），I級(jí)分選粉煤灰（蘇州望亭電廠生產(chǎn)），中砂（細(xì)度模數(shù)2.3～2.4，產(chǎn)地富池），5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石（產(chǎn)地新開元）。外加劑采用RH561型高效減水劑及P621普通型減水劑。

    混凝土拌和用水采用混凝土工廠的回收水。回收水是將拌站的各種廢水集中排放，通過靜置、污水處理（德國Stetter廢水裝置）清水稀釋等工序，并按照一定的頻率抽檢，保證水樣指標(biāo)可達(dá)到JGJ63－1989《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》。典型混凝土工廠回收水的性能指標(biāo)見表1。

表1  混凝土工廠回收水的主要性能(%)

    據(jù)上表，可見典型的混凝土工廠回收水中SO₄^2-、 Cl^- 、S^2-、可溶物、不溶物的指標(biāo)均能滿足混凝土拌合用水要求，PH值為13，呈堿性，這與混凝土工廠堿性環(huán)境有關(guān)，也與混凝土的堿性性能無悖。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    本研究著重考察礦物摻合料—礦粉、粉煤灰與混凝土工廠回收用水的匹配效果，在研究結(jié)果可行的前提下，形成商砼拌站典型配合比，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)和應(yīng)用實(shí)踐。為此，設(shè)計(jì)試驗(yàn)如下：

①水泥、礦渣微粉、粉煤灰的匹配性及摻量范圍試驗(yàn)；亟以考察以回收水為拌和用水時(shí)，礦粉、粉煤灰對(duì)混凝土和易性和強(qiáng)度的影響，確定其合理的摻量范圍。

②復(fù)摻有礦粉、粉煤灰，并以混凝土工廠回收水為拌合水的混凝土的坍落度、強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，確?；炷僚浜媳鹊谋ＷC性和重復(fù)性。

③復(fù)摻有礦粉、粉煤灰，并以混凝土工廠回收水為拌合水的混凝土配合比確定，通過大量試配，確定了拌站常用的C20～C60的典型配合比。

④復(fù)摻有礦粉、粉煤灰，并以混凝土工廠回收水為拌合水的混凝土典型性能試驗(yàn)，以C30為例，考察了該種混凝土的各種性能指標(biāo)。

2        試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1混凝土工廠回收水、水泥、礦渣微粉、粉煤灰的匹配性及摻量范圍試驗(yàn)

    在試驗(yàn)前，借鑒礦粉、粉煤灰混凝土研究經(jīng)驗(yàn)。將粉煤灰，礦粉材料預(yù)先復(fù)合（復(fù)合比例一般為1：0.5—1.3)，形成混凝土中可用復(fù)合外摻料SF材料。采用混凝土工廠回收水配制混凝土，配制強(qiáng)度等級(jí)范圍：C20～C60，坍落度120～220mm(泵送)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2  膠凝物質(zhì)組成與混凝土性能相關(guān)性試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明：

①隨著SF的增加，混凝土的初始坍落度有所降低，混凝土拌合物的粘度有明顯增大的趨勢(shì)，一般應(yīng)控制在35％～45％；當(dāng)SF摻量大于50％時(shí)，坍落度將隨著SF摻量的增加而大幅度下降，物料粘性增大。

②大摻量SF混凝土的早期強(qiáng)度隨著SF摻量增加而降低，但到28天強(qiáng)度趨于接近，說明該混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較好。

③在適宜的SF摻量范圍內(nèi)， P.042.5水泥與SF材料具有較好的匹配性。混凝土工廠回收水無不良影響。

2.2試配混凝土的坍落度和強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)

    以商砼拌站常用的C30～C50配合比為基準(zhǔn)，考察了復(fù)摻以SF材料，并以混凝土工廠回收水為拌和水的混凝土的和易性和強(qiáng)度發(fā)展。結(jié)果見表3。

    表3中每組混凝土經(jīng)過多次試配，結(jié)果發(fā)現(xiàn) ①混凝土工廠回收水無不良影響；②復(fù)摻粉煤灰、礦粉可解決純水泥混凝土或單摻礦粉混凝土的粘性較大，難泵的問題。③統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，C30～C50混凝土的28天強(qiáng)度平均值可達(dá)設(shè)計(jì)值的120%，波動(dòng)差為5％以內(nèi)。

表3　混凝土工廠回收水與大摻量復(fù)合摻和料（SF）預(yù)拌混凝土的統(tǒng)計(jì)性能

(注:上表中F指粉煤灰、S指礦粉)

2.3典型C20～C60商砼配合比和性能

    在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了以混凝土工廠回收水為拌合用水，大量摻有礦粉、粉煤灰復(fù)合SF材料的典型商品混凝土配合比，混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)范圍：C20～C60，坍落度指標(biāo)120～220mm(泵送)。典型混凝土配合比見表4，其性能見表5。

表4  典型預(yù)拌混凝土級(jí)配表

表5  采用混凝土工廠回收水，復(fù)摻SF材料的的典型混凝土性能

2.4典型C30復(fù)摻礦粉、粉煤灰，以混凝土工廠回收水為拌合水混凝土的性能

    表6給出了以表4中C30商砼配比的一些力學(xué)性能和耐久性能數(shù)據(jù)，可見，在大量摻用礦粉、粉煤灰復(fù)合SF材料時(shí)，以混凝土工廠回收水為拌合水的混凝土性能也在正常范圍內(nèi)，與常規(guī)C30混凝土無異。可用于生產(chǎn)和工程建設(shè)。

表6  采用混凝土工廠回收水，復(fù)摻SF材料的的典型C30混凝土性能

3        應(yīng)用情況

     以上海浦蓮拌站為例，從2000年以來，以混凝土工廠回收水為拌合水，采用大摻量礦粉、粉煤灰復(fù)合SF材料的技術(shù)路線，生產(chǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)的預(yù)拌混凝土數(shù)萬立方米，主要涉及的工程有磁懸浮示范線主體工程、盧浦大橋主橋工程、世茂濱江花園地下車庫、東方城市花園一期工程、明珠二期西藏南路地鐵車站、世茂湖濱花園等工程，混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)完全合格，符合國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取得了滿意的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。幾個(gè)主要工程近期應(yīng)用情況如表7。

表7  工程應(yīng)用情況表

4        結(jié)論

①利用混凝土工廠回收水為混凝土拌合水，生產(chǎn)大量摻有復(fù)合粉煤灰、礦粉材料的預(yù)拌混凝土可滿足生產(chǎn)和工程要求。

②經(jīng)過處理的混凝土工廠回收水不會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生副作用，可以作為混凝土拌合水。

③合理復(fù)摻礦粉、粉煤灰組成的外摻材料，取代35％～45％水泥，可滿足常用的C20～C60商砼和易性和強(qiáng)度要求，并可改善混凝土的粘性問題。

④以混凝土工廠回收水為混凝土拌合水，復(fù)以大量粉煤灰、礦粉等外摻材料技術(shù)路線為混凝土預(yù)拌工廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水零排放，綜合利用固體工業(yè)廢料和液體工業(yè)廢料創(chuàng)出一條新路。經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益明顯。