文件名称：关于混凝土离析的原因，以及其预防解决办法
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更新时间：2022-03-02

混凝土废水的回收利用

随着我国经济建设和城市化进程的加快，基础建设的逐年增加，商品混凝土的需求量也逐年增长，商品混凝土行业也得到迅猛发展。同时，混凝土搅拌站生产过程中产生的固体废弃物和搅拌站废水也随之增加，废水的随意排放，对环境造成严重的污染。

搅拌站废水是搅拌站清洗搅拌站地面及设备（搅拌车、泵车及其他施工车辆）而产生的固体废弃浆体，这些浆体经沉淀分离后，形成搅拌站废水。如图5-1所示。

图5-1  搅拌站废水的组成图

清洗搅拌、运输设备的废水中含有水泥、外加剂等强碱性物质，其pH值可达到10～12，不溶物含量约为3000～5000mg/L。由于缺乏科学的管理和配套的处理技术措施，大量的废水直接排入下水道，废水中的微粉颗粒淤积硬化后堵塞下水道，需要花费大量的人力、物力来清理下水道。

1.搅拌站废水的特点与应用现状

1.1废水的特点

水泥是由CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂四种主要的氧化物化合而成，水泥与水接触后，水泥熟料中的离子开始溶解，迅速变成含有Ca²⁺、Na⁺、K⁺、OH^-和SO^２-，液相中还有极少量的Al₂O₃、SiO₂等多种离子的溶液。天然砂、石中含有泥、泥块、硫化物、硫酸盐等。运输车中残留的混凝土冲洗后，粒径大于0.15mm的颗粒经过砂石分离机分离出去，废水中含有的细小固体颗粒重要为水泥、矿物掺合料以及砂、石多带入的粘土或淤泥颗粒及可溶性的无机盐和残留的外加剂。因此，废水是含有Ca²⁺、Na⁺、K⁺、OH^-和SO^２-等离子和没有水化的水泥、矿物掺合料、细砂、泥土的混合水溶液。

废水中因含有Na⁺、K⁺等离子，含碱量较高，在有水存在的条件下，废水中的碱与砂、石骨料中的活性成分SiO₂发生化学反应，引起混凝土的不均匀膨胀，导致裂缝的产生，影响混凝土结构物的耐久性。这种化学反应造成的破坏叫做“碱—集料反应”，“碱—集料反应”已经引起业界的普遍关注，我国对“碱—集料反应”也做出相应的规定，我国依据工程环境进行分类，将水泥的总碱量（以当量Na₂O计，即R₂O=Na₂O%+0.658K₂O%）控制在0.6%以下，外加剂带入的碱含量不宜超过1kg/m³，混凝土总碱量不超过3kg/m³。

搅拌站废水中的Na⁺、K⁺来自于水泥、外加剂、矿物掺合料，混凝土运输车残留运输量0.5%的混凝土，混凝土中的浆体约占30%，混凝土的总碱量不超过3kg/m³，假如刷一次车用0.5吨水，可以计算出每吨搅拌站废水中的碱含量为0.009%，含量较低。因此，可以认为，使用废水不会造成“碱—集料反应”。

1.2 搅拌站废水回用的研究应用现状

20世纪80年代，在德国，混凝土搅拌站废水已经被利用到混凝土生产中，德国的利用率为95%，日本的利用率为92%，而我国搅拌站废水的利用率仅为5%左右，远低于发达国家的利用水平。国外对废水中的固体含量，也有标准规定，1991年9月，Dafst制定的第一版“利用废水、混凝土残余物、砂浆残余物生产混凝土准则”，依照该准则，搅拌站废水固体物质含量不超过18kg/m³；对于短期使用的建筑，固体物的含量可以放宽到不超过35kg/m³，可作为混凝土拌合用水使用，禁止在加气混凝土和高强混凝土中使用搅拌站废水。

英国标准BSEN1008中规定，搅拌站废水可单独或混合后应用于混凝土生产，其中固体材料总量不超过混凝土骨料总量的1%。如果混凝土中骨料的用量为1800kg/m³，按照此规定，废水中的固体物含量可以有18kg/T，假如混凝土用水量为180kg/m³，则废水中的固含量浓度允许达到10%。

美国的ASTMC1602/C与1603M-04标准中规定，废水中固体含量不应大于5%。经我公司技术人员分别对早晨6时、上午11时、下午16时，一天测试三次。经过一个月的取样检测发现，洗车高峰期上午11时废水固含量达10～12%，早晨仅为1～3%。废水的密度为1.04g/cm³，平均固含量为5.4%，由此看来美国标准的规定更符合实际。

搅拌站废水在混凝土中作为拌合水使用，国内外学者均进行了大量的研究，主要集中在搅拌站废水对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性几个方面。从工作性上看，使用搅拌站废水拌制的混凝土流动性、和易性均小于饮用水拌制的混凝土；从力学性能来看，对于低强度等级混凝土，搅拌站废水掺量的增加对混凝土抗压强度影响不大，而对中高强度等的混凝土，混凝土抗压强度随搅拌站废水掺量的增加而降低，掺量越大，降低幅度也越大；从混凝土耐久性上来看，掺加搅拌站废水对混凝土的抗冻融性、抗渗透性和抗碳化性方面基本无不良影响。姚志玉研究表明，掺加搅拌站废水抗冻融能力优于饮用水配制的混凝土。

2.搅拌站废水对水泥性能的影响

混凝土拌合用水①符合国家标准的饮用水，pH值为7.1。②搅拌站废水的固含量为5.3%，pH值为11.5。主要成分：水、水泥、粉煤灰、矿物掺合料、小于0.15mm的细砂粉及少许的含泥量（亚甲蓝试验合格）。

表5-5  废水固体成分分析

1.1搅拌站废水对水泥标准稠度用水量、凝结时间的影响

搅拌站废水中含有少量水泥水化产物Ca(OH)₂及残留的外加剂，pH值为11.5，将其按一定比例与饮用水混合作为混凝土拌合用水使用时，可能会影响到水泥的标准稠度用水量、凝结时间、安定性及水泥胶砂强度等。按照（GB/T1346-2011）《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》，对废水掺量分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%时，测试水泥的标准稠度用水量、凝结时间及安定性，其试验结果见表5-6。

表 5-6 搅拌站废水掺量对水泥性能的影响

由表5-6试验结果可知：搅拌站废水在不同的掺量下，水泥的安定性均合格，说明搅拌站废水没有对水泥的安定性产生不良影响。

搅拌站废水对水泥的标准稠度用水量产生一定的影响，随着掺量的增加，水泥标准稠度用水量逐渐增大，搅拌站废水掺量为100%时水泥标准稠度用水量较掺量为0%增加了2.3%，基本接近掺量每增加20%，标准稠度用水量增加0.5%左右。这是因为搅拌站废水中含有一些悬浮颗粒，不易沉淀，增加了水泥的总表面积，增加水泥的标准稠度需水量；此外，这些颗粒本身会有一定的吸水性，同样会增加用水量。

搅拌站废水对凝结时间产生一定的影响，随着掺量的增加初、终凝时间逐渐延长，掺量为100%时，初凝时间延长17min，终凝时间延长20min。初凝与终凝时间对水泥凝结时间的影响小于《混凝土用水》JGJ63-2006标准规定的差值在30min以内，可以用作混凝土拌合水。水泥凝结时间的测定是在水灰比0.25左右情况下测得的，而C30混凝土的水胶比为0.5左右，大约是测定水泥凝结时间的水灰比的2倍，如果考虑上矿物掺合料替代的水泥减少的量，在加上外加剂对混凝土凝结时间的影响，水泥凝结时间波动30min,混凝土凝结时间将波动到90～120min。

1.2 废水对水泥胶砂强度的影响

依据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法ISO法》，对搅拌站废水掺量为0%、20%、40%、60%、80%、100%时，对3d和28d水泥胶砂抗折和抗压强度进行试验，水泥胶砂配合比见表5-7。

表5-7  不同掺量废水的水泥胶砂配合比

搅拌站废水不同掺量的情况下，对3d和28d的水泥胶砂抗折强度和抗强的影响，其试验见表5-8。

表5-8   搅拌站废水对水泥胶砂强度的影响

由表5-8试验结果可知：不同掺量搅拌站废水对水泥胶砂3d、28d抗压强度和抗折强度影响不大，各掺量下的强度值与饮用水水泥胶砂强度的比值均大于90%，符合《混凝土用水》JGJ63-2006的要求指标，可以作为混凝土用水使用。

根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011的计算公式，碎石混凝土强度ƒ_cu,0与胶凝材料28d胶砂强度ƒ_b（可以按照水泥28d胶砂强度值乘以矿物掺合料的影响系数求得）存在如下关系：

从上式可知，当水胶比一定时，混凝土抗压强度随胶凝材料28d强度变化而变化，而胶凝材料28d胶砂强度与水泥的28d强度有很大的关系。若胶凝材料中粉煤灰掺量为20%，粉煤灰的影响系数取0.8，水泥28d胶砂强度变化1MPa，则胶凝材料28d强度变化0.8MPa。假设C30混凝土水胶比为0.47，代入上式，混凝土强度将变化约0.8MPa。假如水胶比为0.3，则水泥强度波动1MPa，混凝土强度波动约1.3MPa。从以上分析来看搅拌站废水对水泥胶砂强度影响较小，不会引起混凝土抗压强度的巨大波动。

3.废水对减水剂减水率的影响

搅拌站废水的pH值较高，并含有以下砂、石留下的泥粉等有害杂质，这些物质将会对减水剂带来一定的影响。根据《混凝土外加剂匀质性能试验方法》GB/T8077-2012及《混凝土外加剂》8076-2008，废水与饮用水对不同种类减水剂的减水率、水泥净浆流动度和1h经时损失、凝结时间的差别。将所使用减水剂的减水率调整到20%左右，进行试验，其结果见表5-9。

表5-9  废水对外加剂性能的影响

从表5-9试验数据可以看出，搅拌站废水对不同种类的减水剂的净浆流动度和1h经时损失的性能指标差别很大。从减水率来看：萘系减水剂、脂肪族减水剂的减水率饮用水与废水差别相差在2%左右；氨基磺酸盐减水剂的减水率差别在1.5%左右；聚羧酸减水剂的减水率降低最多，减低了4%。从净浆流动度来看：萘系、脂肪族、氨基磺酸盐高效减水剂的初始流动度，饮用水与废水相差20～30mm，1h经时损失小于30mm；聚羧酸减水剂两者的初始净浆流动度差值在70mm左右，1h经时损失两者差值更大，达100mm，经时损失也达45mm/h，超过30mm/h。从凝结时间来看，搅拌站废水对萘系、脂肪族、氨基磺酸盐减水剂的凝结时间影响不大，对聚羧酸减水剂的凝结时间缩短30min左右。

有研究表明，水泥中的硫酸根含量对于萘系减水剂和脂肪族减水剂存在最佳掺量，水泥净浆流动度及经时损失取决于最佳硫酸根含量，搅拌站废水中含有的硫酸根离子对萘系和脂肪族的影响较小。搅拌站废水中的硫酸根离子影响聚羧酸减水剂在水泥上的吸附量，再加上搅拌站废水中的砂石骨料剩余的泥粉吸附一定量的聚羧酸，降低聚羧酸的浓度，使净浆流动性变差。

搅拌站废水可以使减水剂减水率降低，使用搅拌站废水拌制混凝土时，应尽量避免使用聚羧酸减水剂，使用传统高效减水剂可以通过提高减水剂掺量来获得满意的混凝土工作性。例如，假如减水剂掺量为2.0%时，减水剂的减水率为20%，那么掺量改变0.1%，减水剂相应变化1%左右。如上文所述，完全使用搅拌站废水传统减水剂减水率降低2%左右，可以通过提高外加剂掺量0.2%来解决。

4.搅拌站废水对混凝土的影响

4.1 搅拌站废水对混凝土的工作性、抗压强度的影响

搅拌站废水含有水泥水化产物Ca(OH)₂、矿物掺合料和残留的外加剂，pH值较高。国内外已经有许多专家学者对搅拌站废水对混凝土性能的影响做大量的研究，并得出很多有价值的结论，搅拌站废水的掺入对混凝土性能并没有明显不良影响。结合自身搅拌站废水的具体特点，用搅拌站废水与饮用水混合使用配制C20、C30、C40三种强度等级的混凝土，搅拌站废水分别掺入0%、20%、40%、60%、80%、100%进行试验，其配合比如见表5-10、表5-11和表5-12。

表5-10  C20 混凝土配合比