废水废浆掺量对外加剂相容性的影响

尹晓波 戴前天 韩金龙 王文君

（1 珠海市润豪商品混凝土有限公司；2 珠海春禾新材料研究院有限公司）

1 原材料

⑴水泥：所用水泥为华润水泥有限公司生产的P.O 42.5 和P.II42.5R 水泥，水泥的基本性能见表1。

表1 华润水泥基本性能

表2 华润水泥胶砂力学性能

⑵废水废浆：珠海澳砼商品混凝土有限公司，三级沉淀池后悬浊液，基本性能见表3。

表3 废水废浆基本性能

混凝土废水废浆经分离系统将砂、石去除后，剩余的浆料流入沉淀池中，受天气、搅拌站沉淀池构造、搅拌设备型号及功率、搅拌车清洗频次等影响，废弃浆料的含固量测试结果存在较大差别。

图1 为废浆含固量和密度的关系图，根据长期的废浆采样测试结果，废浆的含固量在5%～30%范围内波动，含固量和密度呈现y=137.45821x-131.2025 的线性关系，方差值R2=0.79716。为便于分析废浆对水泥性能的影响，后续试验中将废弃浆料的含固量调配固定为10%。

图1 废浆含固量和密度关系图

⑶水：自来水。

⑷外加剂：宝润低标。外加剂主要性能参数见表4。

表4 外加剂性能参数

2 试验方案和配合比

混凝土废水废浆中含有未水化的水泥、掺合料和水泥水化产生的Ca(OH)2和混凝土外加剂，为提高废水废浆中胶凝材料的活性通过化学激发湿法粉磨方式对废水废浆进行活性激发[1]。

湿磨是一种在液相环境中细化颗粒的处理方式，水在湿磨工艺中也能作为一种助磨剂在研磨过程中起到细化颗粒粒径的作用，使研磨效率更高[2]。在球磨机中，多级旋转叶片带动研磨球和和浆料进行公转运动，在公转运动的过程中，球与球之间、球与浆料之间相互碰撞、剪切所产生的高能运动使研磨腔内形成涡流，并使物料颗粒相互碰撞，进而使颗粒之间产生和剪切和挤压力，从而使湿磨细化过程更加高效。在湿磨工艺中水的参与加速了研磨腔内的搅拌速度，使研磨球和物料颗粒均匀地分布在整个研磨腔之中，研磨球和物料颗粒之间发生的接触更加全面，物料可以得到更加有效的研磨。在湿磨过程中，除了物料颗粒粒径在强机械力的作用下逐渐减小，物料表面的晶格结构也在研磨过程中被破坏，产生晶格错位、缺陷、重结晶，结晶度和晶格能减小，表面结构趋于非晶态，从而使颗粒内部更容易被水分子进入，加速水化反应的进行[3-4]。

根据《JC/T 1083-2017 水泥相容性试验方法》测试废水废浆与外加剂相容性。Marsh 筒法是一种测定水泥与混凝土外加剂混合物的流变特性的方法，其试验结果与浆体实际粘度变化的相符性较好，且可定量判断外加剂掺量的作用效果。

试验配合比见表5。

表5 废水废浆与外加剂相容性配合比

3 结果与分析

3.1 试验结果

表6 中，PO 表示华润PO42.5R 水泥，华润PII 表示PII42.5R，0.4%为外加剂掺量，初始/1h 表示流动度，其中21.55s/128.84s、115mm/115mm，即根据水泥相容性试验方法Marsh 筒法测试的初始/1h 流动时间为21.55s/128.84s，扩展度为115mm/115mm。表7 采用湿磨三乙醇胺球磨处理，0.03%三乙醇胺表示球磨废水废浆固含量的0.03%，球磨转速和时间分别为400r/min和20min。

表6 描述了基于PO42.5R 和PII42.5R 水泥，不同外加剂掺量下，废浆掺量30%、50%和70%废水废浆的初始/1h 流动度影响。表7 描述了三乙醇胺湿法球磨工艺下，基于PO42.5R 和PII42.5R 水泥，不同外加剂掺量下，废浆掺量30%、50%和70%废水废浆的初始/1h 流动度影响。

表8 为表8 试验的28d 抗压强度；表9 为表7 试验的28d 抗压强度。

表8 废水废浆与外加剂相容性试验28d 抗压强度

表9 湿磨废水废浆与外加剂相容性试验28d 抗压强度

3.2 结果分析

不同球径ZrO2球的最佳质量比为10mm:8mm:5mm:3mm=1:3:6:2；最佳球磨转速和时间分别为400r/min 和20min；最佳料球比（球磨机内滞留矿量/介质填充量）和介质填充率（磨矿介质静止时松散容积/筒体有效容积）分别为0.6 和0.3。

三乙醇胺可加速体系中C2A、C3S 水化，提高水化产物中Ca(OH)2的生成量。并且在Ca(OH)2的作用下，体系中Al2O3和SiO2能够进行二次水化。三乙醇胺不仅有助磨的作用，在水泥水化过程中还具有增溶作用，具有良好的活性激发效果。醇胺类有机物以0.03%的掺量对粉料活性激发效果较好，试验采用0.03%和0.05%[5]。

根据文献可知[6]，存在四种相容性：①外加剂掺量较低时达到饱和，饱和点明显，1h 后损失小，意味着水泥与减水剂的相容性好；②对应饱和点外加剂掺量较大，相应静浆的粘度较高，且随时间迅速增长；③初始相容性较好，但1h 后流动度损失明显；④初始相容性不好，但不随时间变。由表6 和表7 可知，湿磨前P.O（30、50、70）饱和掺量点分别为0.6%、1.0%、1.2%和1.4%，P.II（30、50、70）饱和掺量点分别为0.8%、1.2%、1.4%和1.8%；三乙醇胺湿磨后P.O（30、50、70）饱和掺量点分别为1.0%、1.2%和1.4%，P.II（30、50、70）饱和掺量点分别为1.0%、1.2%和1.4%，三乙醇胺湿磨明显降低了废浆在P.II 中的饱和掺量点，0.03%和0.05%三乙醇胺对饱和掺量影响大致相同。

表6 废水废浆与外加剂相容性试验结果

表7 湿磨废水废浆与外加剂相容性试验结果

P.O 水泥组强度随着掺量的增大先增大后降低但始终大于基准组；P.II 水泥组强度随着废浆掺量的增大而降低且始终低于基准注；相同外加剂掺量条件下，三乙醇胺球磨能够增大28d 抗压强度，总体上来看0.05%三乙醇胺球磨效果好于0.03%组。

4 结论

图2 不同废浆处理方式的28d 抗压强度

⑴湿磨前P.O（30、50、70）饱和掺量点分别为0.6%、1.0%、1.2%和1.4%，P·II（30、50、70）饱和掺量点分别为0.8%、1.2%、1.4%和1.8%；三乙醇胺湿磨后P·O（30、50、70）饱和掺量点分别为1.0%、1.2%和1.4%，P·II（30、50、70）饱和掺量点分别为1.0%、1.2%和1.4%。

⑵三乙醇胺湿磨降低了废浆在P.II 中的饱和掺量点，0.03%和0.05%三乙醇胺对饱和掺量影响大致相同。

⑶P.O 水泥组强度随着掺量的增大先增大后降低但始终大于基准组；P.II 水泥组强度随着废浆掺量的增大而降低且始终低于基准注。

⑷相同外加剂掺量条件下，三乙醇胺球磨能够增大28d 抗压强度，总体上来看0.05%三乙醇胺球磨效果好于0.03%组。