混凝土预拌厂废浆水均化技术研究

邢菊香，郑涛，赵日煦，高飞，熊龙，代飞

（中建商品混凝土有限公司技术中心，湖北 武汉 430205）

混凝土是当今世界应用最为广泛的建筑材料之一，但混凝土的生产也带来了一系列的环境压力[1]。据不完全统计，年生产混凝土1000万m3的预拌厂每天清洗运输、搅拌及泵送设备时形成废浆水就可以高达1800m3[2-3]。2020年国家颁布了《固体废物污染环境防治法》，行业环保监管越来越严，目前混凝土预拌厂废浆的处理方式大致可以分为3类：一是配制成低浓度污水使用，属于常规操作，浓度不宜过高，消纳效率有限，附加值较低；二是与骨料混匀使用，存在混不匀和大块废渣的问题，有一定质量风险；第三，交由有资质单位委托处理，定点堆放掩埋或是制成加气砌块等低端产品，成本高达35～40元/t，运输过程还可能存在漏洒风险。如何合规、高附加值地利用废浆水，是打造绿色环保预拌厂亟需解决的问题[4-6]。

预拌厂废浆水的主要成分是未水化的矿渣、粉煤灰微粉和水泥水化产物，其中水泥水化产物中存在大量的Ca（OH）2，使废浆水的pH值一般在13以上，具有强碱性，直接使用于混凝土易导致混凝土和易性差、坍落度损失大等问题[7-9]。本研究采用均化法，通过将合成的新型丙烯酸-丙烯酸羟丁酯-磺酸盐均化剂添加到预拌厂废浆水（废浆水量的0.5%）中进行预处理，可有效减小废浆水的沉降及废浆水对混凝土工作性能的不利影响。

1 实验

1.1 主要原材料

（1）合成原材料

丙烯酸、富马酸、甲基丙烯磺酸钠、丙烯磺酸钠、丙烯酸羟丁酯、过硫酸铵：均为工业级。

（2）试验用材料

水泥：华新P·O42.5水泥，比表面积400m2/kg；矿粉：S95，比表面积455 m2/kg，密度2810 kg/m3，7 d活性83%，28 d活性102%，市售；粉煤灰：Ⅱ级，细度8.6%，烧失量3.0%，需水比93%；砂：岳阳河砂，细度模数2.8，含泥量0.8%；石：5～31.5 mm连续级配碎石，表观密度2780 kg/m3，含泥量0.2%，泥块含量0.1%，针片状含量4.0%，压碎指标6.5%；水：自来水；预拌厂废浆水：预拌厂罐车清洗后废水（固含量8%）；减水剂：zjss-05型，固含量15%，减水率为32%，中建自产。

1.2 均化剂的合成

丙烯酸（或富马酸）-丙烯酸羟丁酯-烷基磺酸钠三元共聚物的合成方法为：称取丙烯酸（或富马酸）、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯磺酸钠或丙烯磺酸钠、过硫酸铵，投入反应釜，各组分用量（质量百分比，合计为100%）为：丙烯酸（或富马酸）35%～60%、丙烯酸羟丁酯15%～40%、甲基丙烯磺酸钠（或丙烯磺酸钠）6%～20%、过硫酸铵0.5%～5%，于70℃搅拌5 h，冷却后即得丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐基三元共聚物均化剂。

丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐基三元共聚物的结构见图1。

图1 丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐基三元共聚物的结构式

1.3 性能测试方法

（1）pH值：参照GB/T 6920—1986《水质pH值的测定玻璃电极法》进行测试；

（2）标准稠度用水量、安定性、凝结时间：参照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。

（3）分散性能：以沉降时间表征均化剂对含泥污水和预拌厂废浆水的分散性能，将固含量均为8%的含泥污水和预拌厂废浆水装入500 mL烧杯中，25℃下静置，每5 min测量一次清水液高度。

（4）混凝土性能：参照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土坍落度和扩展度试验。混凝土力学性能：参照GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土力学性能测试。

2 结果与讨论

2.1 均化处理后废浆水对水泥性能的影响

在固含量为8%的预拌厂废浆水中掺入废浆水质量0.5%的均化剂，替代自来水，进行水泥的标准稠度用水量、凝结时间和安定性试验。结果如表1所示。

表1 均化处理后废浆水对水泥性能的影响

由表1可见，均化剂中聚丙烯酸链段可有效降低废浆水的碱性，掺有0.5%均化剂的预拌厂废浆水经均化后的pH值为8.2，且均化后的废浆水对水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性均无不良影响。

2.2 均化剂的分散性研究

分别在含泥污水、预拌厂废浆水中掺入废浆水质量0.5%的均化剂，进行均化剂的抗沉降效果对比，结果如图2所示，（a）、（b）、（c）、（d）中左侧烧杯均未掺均化剂，右侧烧杯均掺入0.5%均化剂。

图2 均化剂的抗沉降效果

从图2可以看出，掺入0.5%均化剂时，对含泥污水体系，可延长沉降时间40 min；对于预拌厂废浆水体系可延长沉降时间10 h。

2.3 均化处理后废浆水对混凝土性能的影响

废浆水对混凝土的性能影响已经有不少研究，但是废浆水的固含量不同，对试验结果有较大影响。实际生产时预拌厂废浆水的固含量一般可控制在8%以下，试验采用固含量为8%的预拌厂废浆水完全替代自来水，研究其对不同强度等级混凝土工作性能和力学性能的影响，并与采用自来水的混凝土进行对比，试验混凝土的配合比如表2所示。

表2 混凝土的配合比

2.3.1 均化处理后废浆水对混凝土工作性能的影响（见图3）

由图3可见，以均化后的预拌厂废浆水（固含量为8%）替代自来水用于混凝土拌和水时，对C20、C40和C60混凝土的工作性能影响甚微。

图3 均化处理后废浆水对混凝土工作性能的影响

2.3.2 均化处理后废浆水对混凝土力学性能的影响（见图4）

图4 均化处理后废浆水对不同强度等级混凝土抗压强度的影响

由图4可见，对于C20、C40和C60混凝土，采用均化后的预拌厂废浆水（固含量为8%）与自来水作为拌和水时，混凝土的抗压强度均较接近，且采用均化后预拌厂废浆水的混凝土试块的抗压强度略有提高，表明采用均化后的废浆水对混凝土的抗压强度无不良影响。

3 结 论

（1）合成的丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐基三元共聚物均化剂中的聚丙烯酸链段可有效降低废浆水的碱性。掺入0.5%的均化剂对固含量为8%的预拌厂废浆水进行均化处理时，均化后的废浆水对水泥的标准稠度用水量、凝结时间和安定性均无不良影响。

（2）抗沉降试验结果表明，在固含量为8%的含泥污水和预拌厂废浆水中掺入废浆水质量0.5%均化剂时，对含泥污水体系和预拌厂废浆水体系的沉降时间分别可延缓40min和10h。

（3）以均化后的预拌厂废浆水（固含量为8%）替代自来水用于混凝土拌和水时，对C20、C40和C60混凝土的工作性能影响甚微，对混凝土的抗压强度略有提高，表明采用均化后的废浆水对混凝土的性能无不良影响。