混凝土企业回收废水在混凝土中的最佳用量

吴建康 张志权

[摘要]本文主要介绍混凝土企业生产过程中的各种废水在商品混凝土中的应用，根据沉淀回收废水在混凝土中不同掺量进行试配、检测，对混凝土的拌合物性能、强度、实体回弹、碳化、抗冻、电通量等性能进行试验研究，确定回收废水在商品混凝土中的最佳掺量。同时介绍回收废水在实际使用过程应注意的问题。

[关建词] 混凝土回收废水掺量性能耐久性

众所周知，水是生命之源，是人类文明的基础，随着城市、建筑业、工业等诸多方面的快速发展，导致水资源受到了严重的威胁，如工厂的废水排放污染了河水、人类对自然湖泊的回填等等。建筑行业中商品混凝土的發展过程中也产生了大量的工业废水，有的企业将清洗搅拌楼、搅拌车、场地的污水直接排放到河流中，也有的只是经过简单的污水沉淀，这样就导致附近的河水污染严重。随着建筑行业的飞速发展，混凝土拌合用水的用量也是非常惊人的，据统计每年全世界的耗用量接近10亿立方的河水或饮用水。在这个人类严重缺少饮用水的年代，全球都提出要”节约用水”、”珍惜水资源”，所以如何将混凝土生产过程中的各种废水能够回收利用，是各国提出的“新课题”、“新法规”。根据2011年6月1日实施的江苏省《预拌混凝土绿色生产管理规程》中5.3.1的要求，明确要求生产企业厂区需设置多级废水沉淀池及其他措施将各类污水与沉淀池连接，并且要求对经过沉淀的废水进行合理利用，这样就提出了每个生产企业需充分考虑混凝土回收废水的再利用，并在实际中合理科学考虑使用量与成本。

苏州市场大市范围内的近100家混凝土企业，能够通过“江苏省绿色混凝土”的目前还没有50%，虽然部分混凝土公司通过绿色混凝土的考评，并将循环回收废水用于混凝土的生产中，但每个企业对废水利用量的多少、对混凝土拌合物的性能、强度及耐久性的影响都没能够进行统一试验检测评价。也有许多混凝土公司将回收废水送我苏州市建设工程质量检测中心进行混凝土拌合水性能检测，但对用废水生产的混凝土性能检测的基本没有。虽然有部分混凝土企业能够将部分回收废水进行生产使用，但有些企业是经过认真试配后使用、有些企业就是简单随便代替河水直接生产、有些企业将没经过多级沉淀的废水直接使用，没有具体掺量规定，这样容易导致混凝土生产异常和质量事故。其中也有些企业因随便掺用回收废水导致量混凝土质量问题，如混凝土拌合用水量增加、混凝土强度异常、混凝土长时间不凝结等等现象。

我苏州市建设工程质量检测中心与苏州爱德混凝土公司（已经通过绿色混凝土标准要求，生产废水按照标准进行三级沉淀，满足回收废水再利用的要求）进行联合研究，将混凝土回收废水按照不同掺量进行混凝土试配、检测，对混凝土的拌合物坍落度、强度、实体回弹、碳化、抗冻、电通量等性能进行试验研究，现将研究试配情况总结如下几点：

1、选用原材料的情况

1.1试验用水泥（根据JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》中7.3.1 2规定胶凝材料水泥需用质量稳定、强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥），为了满足混凝土性能，确定选择常州盘固水泥厂P.O 42.5级硅酸盐水泥，其性能见表1，样品见图1。

表1 P.O 42.5盘固水泥主要物理性能

序号 1 2 3 4 5 6

检测项目 比表面积（m2/kg） 标准稠度用水量（%） 安定性

（mm） 凝结时间（min） 3d强度（MPa） 28d强度（MPa）

初凝 终

凝 抗折 抗压 抗折 抗压

标准值 ≥300 ------ ≤5.0 ≥45 ≤600 ≥3.5 ≥17.0 ≥6.5 ≥42.5

实测值 345 27.4 1.5 150 200 5.5 26.7 8.1 48.2

图 1 P.O 42.5盘固水泥图 2苏钢矿粉S95级

1.2试验用矿粉确定选择苏钢矿粉S95级，其性能见表2，

表2 S95苏钢矿粉主要性能

序号 1 2 3 4 5

检测项目 比表面积（m2/kg） 烧失量（%） 含水量（%） 流动度比（%） 活性指数（%）

7d 28d

标准值 ≥400 ≤3.0 ≤1.0 ≥95 ≥75 ≥95

实测值 482 0.2 0.1 100 78 97

1.3试验用粉煤灰确定选择常熟热电厂，Ⅱ级粉煤灰，其性能见表3，样品见图3。

表3 Ⅱ级粉煤灰主要性能

序号 1 2 3 4 5 6 7

检测项目 细度（%） 需水量比（%） 含水量（%） 烧失量（%） 三氧化硫（%） 游离氧化钙（%） 活性指数

7d 28d

标准值 ≤25.0 ≤105 ≤1.0 ≤8.0 ≤3.0 ≤1.0 ≥70 ≥78

实测值 6.5 96 0.2 1.32 0.57 0.19 73 81

图3粉煤灰Ⅱ级图4人工碎石 5- 31.5mm

1.4试验用粗骨料---人工碎石（根据JGJ 52 《普通混凝土配合比设计规程》中7.3.1 2规定对强度等级高于C30级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于25mm；针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%），确定用浙江湖州碎石，其性能见表4，样品见图4。

表4 碎石主要性能

序号 1 2 3 4 6

检测项目 泥含量（%） 泥块含量（%） 针片状含量（%） 压碎值（%） 级配

标准值 ≤0.5 ≤0.2 ≤5.0 ≤12 所检碎石的级配符合5-31.5连续级配，其他性能符合配制C30混凝土要求。

实测值 0.5 0.2 5.0 6.8

图5天然河砂图6 减水剂

1.5试验用细骨料---天然江砂（根据JGJ 52 《普通混凝土配合比设计规程》中7.3.1 3规定对强度等级高于C60级的混凝土，其细骨料的细度模数宜大于2.6，泥含量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%等），确定用天然赣江砂，其性能见表5，样品见图5。

表5河砂主要性能

序号 1 2 3

检测项目 泥含量（%） 泥块含量（%） 颗粒级配区

标准值 ≤2.0 ≤0.5 细度模数2.8，级配区Ⅱ区

实測值 0.6 0.2

1.6试验用减水剂确定用浙江五龙萘系减水剂ZWL-A-Ⅲ，其性能见表6，样品见图6。

表6 减水剂主要性能

序号 1 2 3 4

检测项目 密度（g/m3） 固含量（%） pH值 砂浆减水率（%）

标准值 1.14±0.02 15±3.0 6-12 ≥16.0

实测值 1.136 14.1 10.2 16

1.7试验用拌合水----直接用自来水和回收废水，能满足试验用水，自来水性能及回收废水性能如下检测表7，其性能指标完全符合JGJ63-2000《混凝土拌合用水标准》要求。样品见图7

图7 回收废水和自来水

表7自来水及回收废水主要性能

序号 1 2 3 4 5 6 7

检测项目 可溶物（mg/L） 不溶物（mg/L） 硫酸盐含量（mg/L） PH值 凝结时间（初凝）差（min） 凝结时间（终凝）差（min） 抗压强度比

7d 28d

拌合水 标准值 ≤2000 ≤2000 ≤600 ≥5.0 ≤30 ≤30 ≥90 ≥90

自来水 实测值 237 42 42 7.0 4 3 102 101

回收废水 实测值 912 348 82 12 18 22 94 96

2、混凝土配比试配及各性能检测过程

2.1混凝土试验配比的选择

2.1.1根据JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》中第7章的规定，根据回收废水在混凝土实际使用情况，我们选择一个普通等级C30配合比，按照废水不同掺量的混凝土配合比进行试验，最终确定表8配合比来进行试配对混凝土各性能进行检测。

表8试验配合比表

编号 水泥（kg） 矿粉（kg） 粉煤灰（kg） 中砂（kg） 碎石（kg） 自来水（kg） 废水

（kg） 外加剂（kg） 废水掺量（%）

1 244 69 52 784 1040 176 0 4.83 0

2 244 69 52 784 1040 158.4 17.6 4.83 10

3 244 69 52 784 1040 140.8 35.2 4.83 20

4 244 69 52 784 1040 123.2 52.8 4.83 30

5 244 69 52 784 1040 105.6 70.4 4.83 40

6 244 69 52 784 1040 88 88 4.83 50

7 244 69 52 784 1040 70.4 105.6 4.83 60

8 244 69 52 784 1040 52.8 123.2 4.83 70

9 244 69 52 784 1040 35.2 140.8 4.83 80

10 244 69 52 784 1040 17.6 158.4 4.83 90

11 244 69 52 784 1040 0 176 4.83 100

备注 根据混凝土拌合用水中将回收废水从0%到100%的掺量，10%量为一个等级递增进行掺配试验，保持其他材料用量不变。

2.2根据标准GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的试验方法及要求，对表8中的各配合比进行试验，试验结果见表9，拌合物样品如图8、9、10、11、12、13、14、15、16。

表9各配合比性能检测结果

编号 坍落度（%） 3天强度（MPa） 7天强度（MPa） 28天标养强度（MPa） 标养回弹强度（MPa） 碳化深度（mm） 28天自养强度（MPa） 自养回弹强度（MPa） 碳化深度（mm）

电通量（C）

抗冻强度损失（%）

1 210 17.3 28.1 42.4 32.2 0.0 42.1 29.2 0.4 1057 4.8

2 210 18.5 29.6 43.5 28.6 0.0 43.0 34.8 0.3 1042 4.6

3 195 19.6 30.8 47.1 29.5 0.0 43.5 35.2 0.2 1012 4.7

4 190 21.1 31.4 44.2 30.6 0.0 47.4 35.3 0.1 892 4.2

5 180 22.0 32.0 42.8 32.2 0.0 48.2 33.4 0.1 824 3.5

6 180 21.8 32.3 48.4 35.7 0.0 51.0 33.0 0.1 851 3.1

7 170 18.2 27.2 39.5 33.2 0.0 42.5 32.5 0.1 892 3.8

8 170 15.4 24.6 36.2 31.2 0.0 41.2 30.2 0.1 912 4.7

9 160 13.5 23.0 38.6 30.9 0.0 42.7 29.9 0.1 927 4.4

10 160 14.2 23.8 36.9 29.5 0.0 41.9 30.2 0.1 985 5.4

11 150 15.3 22.3 37.4 28.4 0.0 38.2 31.5 0.1 1014 5.6

图8 拌合物状态图9 拌合物坍落度

图10 混凝土试件成型图11 混凝土电通量试件成型

图12 混凝土电通量试验图13 混凝土电通量试验数据

图14 混凝土坍落度及各龄期强度图

图15混凝土硬化后各回弹及碳化图

图16混凝土耐久性对比图

3、检测结果分析

根据上述试验情况及结果对比可以确定混凝土生产回收废水经过三级处理，完全可以配制普通强度等级的混凝土，尤其在掺量为50%左右时对混凝土拌合性能、强度及耐久性影响不大，而且在强度、耐久性方面还有较积极的影响，具体试配检测结果分析如下：

3.1可以看出从回收废水掺量从0%到100%时，用普通C30强度等级配合比能够配制出较好的混凝土，但随着回收废水的掺量的增加，但混凝土的拌合物的坍落度变小，尤其回收废水掺量超过50%时，坍落度减少了40mm。这就看出了混凝土回收水中的不溶物、其他杂质含量对混凝土拌合物的影响存在，这就需要在配制混凝土配合比时考虑到回收废水对拌合物的影响，需增加用水量或调整外加剂，保证配合比的坍落度满足设计生产要求。

3.2混凝土强度都能够配制出满足C30的混凝土，但纯自来水的强度与实际生产试配强度较相似，随着回收废水的用量增加到50%时，混凝土强度也有所增长，可能有回收废水中的不溶物中的Ca（OH）2与新拌水泥混凝土反应更充分，生产更多的硅酸钙，对强度的增加有利。但随着回收废水掺量比例从50%到100%的逐步增加，导致混凝土试配强度由高往低减少，可能回收废水中的杂质及油污等有害物质对混凝土强度的增长产生不利影响。出现混凝土的配制富余不够，或是混凝土强度达不到设计等级的要求，不能满足混凝土的生产。故根据图14 混凝土坍落度及各龄期强度图可以看出编号6（掺量50%）的配合比强度和坍落度性能最优。

3.3混凝土回弹及碳化值试验可以看出，一般混凝土在标准养护条件下，碳化值都为0，主要是因为混凝土试件在混凝土养护室中的标准养护环境下，与养护水份完全接触，表面形成致密水膜，保护混凝土与大气接触不强烈，再因养护室总的二氧化碳比较稀少。自然养护的混凝土碳化值为回收废水掺量30%前比较明显，回收废水掺量超过30%后到100%时，碳化值基本一致，主要原因掺加回收废水制作的混凝土形成了更为致密的硅酸钙水泥石，空气中的二氧化碳不容易侵蚀，所以碳化深度较小。从回弹强度来看，养护试件的回弹值为回收废水掺量50%时最高，但自然养护的试件的回弹值为回收废水掺量30%时最高，但自然养护从回收废水掺量20%到60%时的回弹值变化不大，说明回收废水掺量在20%到60%之间都能够满足实体检测强度。

3.4混凝土耐久性试验可以看出，回收废水掺量在40%-50%时，电通量值最小即耐久性性能最优，电通量值都能满足100年混凝土耐久性要求；从混凝土抗冻检测指标中得出其回收废水掺量在40%-60%之间时，混凝土的抗压强度损失率最小。所以，可以确定回收废水掺量控制在40%-60%之间时不影响其抗压强度、抗冻后抗压强度损失率、抗渗及电通量性能完全可以满足试配强度等级要求。

3.5从混凝土成本角度看，每方混凝土用水量为180公斤/立方左右，如果回收废水掺量在50%，就可以节约90公斤/立方用水，这样一年按照60万方生产量计算，可以节约用水为5.4万吨水，工业水价格3.3元/吨，节约费用17.82万元，虽然节约费用成本不是非常高，但按照2011年6月1日实施的江苏省《预拌混凝土绿色生产管理规程》中5.3.1的要求，明确要求生产企业厂区需设置多级废水沉淀池及其他措施将各类污水与沉淀池连接，并且要求对经过沉淀的废水进行合理利用，否则可能要进行环保处罚。使用混凝土回收站，实现混凝土生产废水的零排放，不会再产生环保处罚罚款。废水回收再利用可以满足生产也能减排节能，满足绿色混凝土生产要求，同时也有一定的经济效益。

4、总结

4.1、根据本次的回收废水试配情况，可以确定混凝土生产回收废水完全能够配制出符合耐久性要求的混凝土，尤其在回收废水掺量控制在40%-50%之间时，配制的混凝土配合比的坍落度、强度、回弹、碳化值、电通量、抗冻等性能综合指标均能满足设计要求；综上配比各试验参数评估，可以确定经过三级沉淀后的废水经回收后，其掺量与自来水的比例控制在1：1的范围内完全可以满足设计配合比各参数指标要求。对实际生产有一定的参考价值。

4.2、从试配试验结果可以得出，掺回收废水后，受废水影响反应较明显的是混凝土坍落度，主要是因废水中含有大量的不溶物及其他杂质含量，导致拌合水比重提高，从而降低了混凝土拌合物稠度；所以对回收废水的沉底级别、废水本身的质量等等因素都需要通过进一步试验确定和通过试配确定。在实际施工过程中，需要根据混凝土拌合物状态，在保证其强度结构的同时，确保施工顺利的情况下，可以通过增加或减少外加剂掺量等措施来满足生产

4.3、本次试配的混凝土原材料利用了粉煤灰、矿粉双掺量的配合比，这样充分将回收废水中的有效成分的Ca（OH）与SIO2结合生产更多的硅酸钙石，提高混凝土的强度及耐久性，同时混凝土拌合物的优越性也能增加，满足废水代替50%自来水进行混凝土生产，保证施工性能及混凝土质量。

4.4、本次试配的混凝土回收废水是从三级沉淀池中随机取出，保证水质状态、成分具有代表性，这就要求生产企业的废水回收沉淀池要保证在使用过程中一直能够在搅拌状态，保证废水不能沉淀，保证废水的质量恒定。这样才能在混凝土生产过程中能够保证混凝土生产用水使用顺畅，保证混凝土的质量。

4.5、本次试验仅以普通C30等级配合比为例，进行回收废水混凝土试配，不能完全代表所有不同等级的混凝土配合比综合性能，这次试配及论据仅作为混凝土企业同仁在废水利用方面一点参考，具体废水掺量、混凝土拌合物、硬化强度、耐久性方面还是要各生产企业自行按照本单位的生产情况进行试配、试生产，总结更多的经验数据，同时要考虑实际生产中的不利因素，保证混凝土的质量。

说明：文中所指可回收利用的废水仅指混凝土拌合楼（站）、骨料堆场、混凝土回收设备及车辆清洗所产生的污水，不包含厂内机械设备、生活区污水及其他含油渍或泥污等工业废水。

參考标准：

1、JGJ 52 《普通混凝土配合比设计规程》

2、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》

3、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》

4、GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》