掺有工业回收水及复合外掺材料的商品混凝土性能及应用

摘要：本文结合上海浦莲商砼拌站的实践经验，介绍了利用混凝土工厂废水资源，并在混凝土中大量掺用粉煤灰、高炉矿渣微粉的“环保型”混凝土的研究和应用情况。

关键词：回收水，矿物掺合材料，环保型混凝土。

    随着建筑工地混凝土现场搅拌的消失和商品混凝土企业的大量兴起，对环境的部分污染也从工地转移到了混凝土企业；混凝土企业普遍不同程度地遭遇着“噪声”、“粉尘”、“废水”、“废渣”的困扰，尤其是废水，既造成了资源浪费，又污染了环境。若在保证混凝土质量的前提下，将混凝土工厂的生产废水形成再循环，用于混凝土的拌制中，既可节约宝贵的淡水资源，又可形成商砼企业“三废”处理的一条有效途径，节约生产成本，其意义重大。另一方面，目前已有众多商砼企业积累了粉煤灰、高炉矿渣微粉等工业固体废弃物的应用经验，若通过试验，将混凝土工厂废水利用与大量掺用工业废渣类材料技术匹配，则可在一定程度上实现商砼混凝土技术的“环保性”和“绿色化”。

    本文结合上海浦莲商砼拌站的实践经验，介绍了利用混凝土工厂废水资源，并在混凝土中大量掺用粉煤灰、高炉矿渣微粉的“环保型”混凝土的研究和应用情况。

1        试验

1.1试验用原材料

    试验用水泥为42.5RP.O水泥（江西亚东水泥有限公司生产、上海联合水泥厂生产），S95高炉矿渣微粉（安徽朱家桥生产），I级分选粉煤灰（苏州望亭电厂生产），中砂（细度模数2.3～2.4，产地富池），5～25mm连续级配碎石（产地新开元）。外加剂采用RH561型高效减水剂及P621普通型减水剂。

    混凝土拌和用水采用混凝土工厂的回收水。回收水是将拌站的各种废水集中排放，通过静置、污水处理（德国Stetter废水装置）清水稀释等工序，并按照一定的频率抽检，保证水样指标可达到JGJ63－1989《混凝土拌合用水标准》。典型混凝土工厂回收水的性能指标见表1。

表1  混凝土工厂回收水的主要性能(%)

    据上表，可见典型的混凝土工厂回收水中SO₄^2-、 Cl^- 、S^2-、可溶物、不溶物的指标均能满足混凝土拌合用水要求，PH值为13，呈碱性，这与混凝土工厂碱性环境有关，也与混凝土的碱性性能无悖。

1.2试验设计

    本研究着重考察矿物掺合料—矿粉、粉煤灰与混凝土工厂回收用水的匹配效果，在研究结果可行的前提下，形成商砼拌站典型配合比，并用于指导生产和应用实践。为此，设计试验如下：

①水泥、矿渣微粉、粉煤灰的匹配性及掺量范围试验；亟以考察以回收水为拌和用水时，矿粉、粉煤灰对混凝土和易性和强度的影响，确定其合理的掺量范围。

②复掺有矿粉、粉煤灰，并以混凝土工厂回收水为拌合水的混凝土的坍落度、强度统计试验，确保混凝土配合比的保证性和重复性。

③复掺有矿粉、粉煤灰，并以混凝土工厂回收水为拌合水的混凝土配合比确定，通过大量试配，确定了拌站常用的C20～C60的典型配合比。

④复掺有矿粉、粉煤灰，并以混凝土工厂回收水为拌合水的混凝土典型性能试验，以C30为例，考察了该种混凝土的各种性能指标。

2        试验结果及分析

2.1混凝土工厂回收水、水泥、矿渣微粉、粉煤灰的匹配性及掺量范围试验

    在试验前，借鉴矿粉、粉煤灰混凝土研究经验。将粉煤灰，矿粉材料预先复合（复合比例一般为1：0.5—1.3)，形成混凝土中可用复合外掺料SF材料。采用混凝土工厂回收水配制混凝土，配制强度等级范围：C20～C60，坍落度120～220mm(泵送)。试验结果见表2。

表2  胶凝物质组成与混凝土性能相关性试验

试验结果表明：

①随着SF的增加，混凝土的初始坍落度有所降低，混凝土拌合物的粘度有明显增大的趋势，一般应控制在35％～45％；当SF掺量大于50％时，坍落度将随着SF掺量的增加而大幅度下降，物料粘性增大。

②大掺量SF混凝土的早期强度随着SF掺量增加而降低，但到28天强度趋于接近，说明该混凝土后期强度增长较好。

③在适宜的SF掺量范围内， P.042.5水泥与SF材料具有较好的匹配性。混凝土工厂回收水无不良影响。

2.2试配混凝土的坍落度和强度统计试验

    以商砼拌站常用的C30～C50配合比为基准，考察了复掺以SF材料，并以混凝土工厂回收水为拌和水的混凝土的和易性和强度发展。结果见表3。

    表3中每组混凝土经过多次试配，结果发现 ①混凝土工厂回收水无不良影响；②复掺粉煤灰、矿粉可解决纯水泥混凝土或单掺矿粉混凝土的粘性较大，难泵的问题。③统计结果表明，C30～C50混凝土的28天强度平均值可达设计值的120%，波动差为5％以内。

表3　混凝土工厂回收水与大掺量复合掺和料（SF）预拌混凝土的统计性能

(注:上表中F指粉煤灰、S指矿粉)

2.3典型C20～C60商砼配合比和性能

    在上述试验的基础上，确定了以混凝土工厂回收水为拌合用水，大量掺有矿粉、粉煤灰复合SF材料的典型商品混凝土配合比，混凝土强度等级设计范围：C20～C60，坍落度指标120～220mm(泵送)。典型混凝土配合比见表4，其性能见表5。

表4  典型预拌混凝土级配表

表5  采用混凝土工厂回收水，复掺SF材料的的典型混凝土性能

2.4典型C30复掺矿粉、粉煤灰，以混凝土工厂回收水为拌合水混凝土的性能

    表6给出了以表4中C30商砼配比的一些力学性能和耐久性能数据，可见，在大量掺用矿粉、粉煤灰复合SF材料时，以混凝土工厂回收水为拌合水的混凝土性能也在正常范围内，与常规C30混凝土无异。可用于生产和工程建设。

表6  采用混凝土工厂回收水，复掺SF材料的的典型C30混凝土性能

3        应用情况

     以上海浦莲拌站为例，从2000年以来，以混凝土工厂回收水为拌合水，采用大掺量矿粉、粉煤灰复合SF材料的技术路线，生产不同强度等级的预拌混凝土数万立方米，主要涉及的工程有磁悬浮示范线主体工程、卢浦大桥主桥工程、世茂滨江花园地下车库、东方城市花园一期工程、明珠二期西藏南路地铁车站、世茂湖滨花园等工程，混凝土各项性能指标完全合格，符合国家标准和企业标准，取得了满意的技术和经济效果。几个主要工程近期应用情况如表7。

表7  工程应用情况表

4        结论

①利用混凝土工厂回收水为混凝土拌合水，生产大量掺有复合粉煤灰、矿粉材料的预拌混凝土可满足生产和工程要求。

②经过处理的混凝土工厂回收水不会对混凝土的性能产生副作用，可以作为混凝土拌合水。

③合理复掺矿粉、粉煤灰组成的外掺材料，取代35％～45％水泥，可满足常用的C20～C60商砼和易性和强度要求，并可改善混凝土的粘性问题。

④以混凝土工厂回收水为混凝土拌合水，复以大量粉煤灰、矿粉等外掺材料技术路线为混凝土预拌工厂实现工业废水零排放，综合利用固体工业废料和液体工业废料创出一条新路。经济、环境和社会效益明显。