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预拌混凝土质量控制

作者：李彦昌，王海波，杨荣俊

京东

随着我国经济的飞速发展，节约资源、保护环境、维持社会的可持续发展日益受到全社会的关注。商品混凝土由于其施工方便，有利于采用新技术、新材料，提高工程质量等许多优点而得到广泛的应用。长期以来，商品混凝土搅拌站每天产生大量的浆水和废料，混凝土搅拌设备和运输设备的清洗所产生的废水一直是混凝土生产企业头痛的问题。因此，合理回收利用废水具有十分显著的经济效益和社会环境效益。

商品混凝土企业冲洗搅拌机、运输车后产生大量的废水，废水中含有水泥、集料、集料带入的杂质和外加剂等，清洗水泥浆或混凝土的水为强碱性，pH值高达12左右，随意排放会污染环境。因此，搅拌站的固体废弃物和废水的资源化利用一直受到人们的高度重视，而将沉淀清澈后的废水按一定比例与自来水混合再作为混凝土拌合水使用，是搅拌站废水资源化利用的最有效途径。

大量实验研究表明，搅拌站回收废水会导致中低强度等级混凝土拌合物的坍落度和扩展度变小，但影响幅度不大；对于中低强度等级混凝土，掺入废水对其力学性能无不利影响，特别是低强度等级的混凝土，掺入废水反而会使其力学性能有所提高。

结合商品混凝土搅拌站的生产状况，通过商品混凝土回收机离心分离出砂石得到浆水，研究不同比例的废水掺量和不同浓度的废水对防水混凝土凝结时间、工作性能、力学性能和抗渗性的影响，并分析其机理。

1实验部分

1.1原材料

原材料：亚东P.O.42.5水泥，自来水，搅拌站回收废水。水泥的基本性能见表1-2。矿渣粉和粉煤灰的相关性能分别见表3-4。

实验所用细集料为巴河河砂，细度模数为2.8，粗骨料为阳新5～31.5mm连续级配碎石，减水剂为聚羧酸高性能减水剂(带引气作用)，含固量为11%，减水率为20%。

1.2试验方法

1.2.1废水浓度的测定

回收的浆水浓度是不断变化的，采用烘干的方式来测定其浓度，分别计算废水在105℃的干燥箱内烘干至恒重前后质量的对比，其计算公式如式1。

大量废水浓度的分析测定结果表明，废水的浓度稳定在4%～6%之间，本研究对浆水浓度为5%的废水进行成分分析，其结果如表5。从表5可以看出，废水的技术指标完全满足混凝土用水标准，且满足于较高要求的预应力混凝土用水标准。

1.2.2防水混凝土制备

采用4种不同水泥基材料的基准配合比进行混凝土试配，其中分别为C30P6(两类)、C45P8和C50P8三个标号，依据GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对混凝土的坍落度和经时坍落度进行测试，制作150mm×150mm×150mm的混凝土试件，养护1d后脱模取出，置于标准养护室内养护，到达3d、7d、28d和60d龄期后测试混凝土抗压强度。试验基准配合比如表6所示。依据基准配合比，选取经过陈化6h以上，浆水浓度为5%的废水，对用水量中自来水和废水的质量比例进行如下设定，见表7。

1.2.3水泥凝结时间的测定

水泥净浆凝结时间的测试参照GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》进行。

1.2.4电通量

电通量参考GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，试件在底面直径100mm、高200mm的圆柱试模中成型，24h后拆模，置于标准养护室养护28d后，将试件切割成(50±2)mm高的试块，进行真空处理后，最后进行电通量的测试。

1.2.5抗水渗透性

抗水渗透性试验按GB/T50082—2009规定的试验方法进行，采用高度为150mm的圆台形试件(上面直径为175mm，底面直径为185mm)。在标准条件下养护28d，分别采用渗水高度法和逐级加压法测定防水混凝土的抗渗能力。

2分析与讨论

2.1废水对水泥凝结时间的影响

表8为废水对水泥凝结时间的影响，其中废水浓度为5%。从表8可以看出，全部使用废水对水泥凝结时间影响较小。与自来水组对比，掺废水的水泥净浆的初凝、终凝时间相对短一点，可能是由于废水中存在的部分水化水泥颗粒在水泥浆体中起到了成核作用，加速了水泥水化，所以凝结时间相对短一些。

2.2废水对混凝土经时坍落度的影响

商品混凝土的经时坍落度直接关系到混凝土的泵送性能问题。研究了不同浆体浓度的废水对混凝土0min、30min、60min和120min的坍落度的影响，其中基准配合比采用表6中C30P6I的配合比，废水与自来水的掺量比例为1∶1。实验结果如表9所示。

由表9可知，浆水浓度小于5%时，对混凝土初始流动性能影响不大；浆水浓度超过10%时，对混凝土初始流动性能有较大影响，且随着浓度的增加，坍落度损失增大。相对而言，废水作为混凝土拌合水时比自来水组的坍落度损失更大。这主要是由于废水中含有一定量的氢氧化钙，导致整个体系中的碱性环境提高，从而加速了胶凝材料的水化。另一方面，废水中的细小颗粒，在一定程度上诱导胶凝材料成核作用，也不利于混凝土的经时坍落度。因此，较低浆体浓度的废水对混凝土的工作性能影响不大。

2.3废水对不同等级混凝土强度的影响

废水对不同等级混凝土强度的影响见表10，其中浆水浓度均为5%。

从表10可以看出，对于低标号混凝土(C30P6)，随着拌合水中废水比例增大，混凝土早期强度逐渐降低，但后期强度变化不大，且废水拌制混凝土的后期强度还略有增大；相对而言，较高比例的矿物掺和料配制的混凝土(C30P6Ⅰ)，早期强度下降比较明显。这主要是由于矿物掺和料的早期火山灰活性较低，与此同时，在较低胶凝材料用量的情况下，废水中的细小颗粒阻碍了胶凝材料之间的接触率，从而不利于水化进程。而对于高标号(C45P8、C50P8)混凝土而言，掺加废水后，早期强度和后期强度均有明显增长。配制高标号混凝土时，水泥用量较高，早期水化迅速；同时由于废水中含有大量的氢氧化钙，有利于促进矿物掺和料的火山灰活性，废水中所含的水泥和矿物掺和料等活性成分也加速了水化进程。另一方面，废水中的细小颗粒在后期很好地填充在混凝土体系空隙中，增强了混凝土的密实度，有利于后期强度的增长。

2.4废水对混凝土电通量的影响

图1为废水对混凝土电通量的影响，其中浆水浓度为5%。

从图1可知，总体而言，废水对混凝土的抗渗性能影响不大。而相比之下，在配制低标号混凝土时，胶凝材料用量低，采用较高比例的矿物掺和料时，随着废水用量比例的增加，试件的电通量逐渐减小；而采用低比例矿物掺和料时，随着废水用量的增加，试件的电通量逐渐增大。这主要是由于废水中较高含量的氢氧化钙，在较高比例的矿物掺和料的情况下，提高了矿物掺和料的二次水化反应率，增加了混凝土的密实度，从而降低了电通量。另一方面，废水对高标号混凝土的抗渗性能影响不大。

2.5废水对混凝土抗渗性的影响

在标准条件下养护28d后分别采用逐级加压法和渗水高度法进行抗渗性测试，通过逐级加压法测定C30P6Ⅰ、C30P6Ⅱ和C45P8、C50P8均达到P6、P8抗渗等级。采用渗水高度法测试过程中将水压加到1.2MPa，持续24h后测定其渗水高度，同时分别测定不同标号A(未掺废水)、E(全掺废水)两组试样的渗水高度。由图2可知，采用废水制备混凝土时，不同标号混凝土渗水高度均有下降，而当制备高矿物掺合料掺量的混凝土时，废水制备混凝土的渗水高度进一步下降。水泥混凝土的渗透性主要由体系中连通的毛细孔决定，该类孔隙水量越多，水泥混凝土的抗渗性越差。因此，废水的高碱性促进矿物掺合料的二次水化作用，降低了孔隙率，提高混凝土的密实度，进而提高了其抗渗性能，这与抗渗性结果相一致。

3结论

针对目前商品混凝土的应用现状，通过商品混凝土回收机的离心分离手段，取得废弃浆水并加以回收利用，较为系统地研究了废水对防水混凝土凝结时间、工作性能、强度及抗渗性能的影响规律，得到如下结论：

1)废水的加入对水泥的凝结时间影响较小，随着浆体浓度的增加，混凝土的工作性能逐渐变差，相对于自来水而言，废水对混凝土的经时坍落度损失影响较大。

2)废水在一定程度上提高混凝土的抗压强度，有利于试件的强度发展。当采用废水配制低标号混凝土时，其早期强度偏低，但后期强度发展良好。废水配制高标号混凝土时，其碱性环境和细小颗粒的填充作用有利于混凝土强度的发展。

3)电通量测试和抗渗性实验结果表明，废水有利于混凝土的抗渗性能，较高比例的矿物掺和料在废水的碱性环境下有利于二次水化，增强混凝土的密实度。