【特別策劃】廢水使用方面的若干問題探討

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第3期

編者按：在這個變革的時代，混凝土行業(yè)的發(fā)展形勢也發(fā)生了急劇變化，企業(yè)需要積極利用數(shù)字化先進的技術(shù)手段，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綠色低碳技術(shù)的交流與合作，將為混凝土行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和機遇，推動行業(yè)向綠色、低碳、智能化的方向發(fā)展。本期將相關文章匯編成特別策劃，分享給讀者。

特別策劃 ：混凝土行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與綠色低碳技術(shù)交流

廢水使用方面的若干問題探討

吳海松，吳合建，鄒光輝，吳炎炎，吳合志

［摘 要］本文介紹了廢水的使用條件和成分，分析了廢水中各成分在不同環(huán)境下對混凝土工作性能的影響，以及在不同混凝土強度等級中廢水的使用比例。同時，還探討了廢水在使用后對混凝土實體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和耐久性的影響。

［關鍵詞］廢水；成分；混凝土；工作性能

0 前言

有關廢水的科學、合理化再利用，應從固廢利用、環(huán)境保護延伸至商砼企業(yè)生產(chǎn)綜合利潤最大化方面展開。廢水中有微觀顆粒的填充作用和潛在活性的增強效果，科學、合理地利用，可趨利避害，有利于改善混凝土拌合物的工作性能，降低綜合生產(chǎn)成本。

有關廢水的使用情況，本文將討論廢水的使用條件、廢水的成分，分析廢水的成分在不同的環(huán)境下對混凝土工作性能的影響，及相關的專項試拌驗證，在不同強度等級混凝土中廢水的使用比例，廢水在使用后對其實體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及質(zhì)量耐久性的影響。

1 廢水合理利用的前提條件

首先，廢水能否被合理循環(huán)利用，取決于其前期的攪拌勻質(zhì)性和穩(wěn)定的濃度，這兩點至關重要。如果廢水中混入細骨料的顆粒成分，那么由于細骨料自重作用的影響，很難確保廢水的勻質(zhì)性，會給出站混凝土的和易性帶來較大的波動，坍落度很難被控制，包括在施工過程中的坍落度損失也會因此受影響。如果不解決廢水的勻質(zhì)性問題，廢水的應用將無從談起。

目前，淮北砼友樂環(huán)?？萍加邢薰镜牧闩欧艔U水處理設備，已經(jīng)從設備工藝的源頭有效地分離出所有的粗、細骨料，從根本上確保所使用的廢水僅含0.15mm以下的粉塵顆粒（粒徑0.15～4.75mm的顆粒為細骨料，粒徑4.75mm以上的顆粒為粗骨料）。同時該公司環(huán)保零排放廢水處理設備的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)也已經(jīng)能夠完全確保廢水的濃度處在合理化生產(chǎn)應用的最佳狀態(tài)。

在廢水濃度穩(wěn)定的狀態(tài)下，其具體的參數(shù)值應納入混凝土配合比設計的考慮范疇，正如混凝土工地施工現(xiàn)場的施工管理水平高低也應同樣被納入配合比設計考慮范圍是一樣的。最終的濃度高低與廢水的單方使用量成反比，即濃度高，單方的使用比例小。廢水被稀釋后轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)用水的粉塵含量相對穩(wěn)定，才能確保新拌混凝土的工作性能良好，特別是出廠坍落度及現(xiàn)場施工的坍落度損失不會因此受影響。

2 廢水中成分對混凝土工作性能及實體結(jié)構(gòu)的影響

有些技術(shù)人員對廢水在混凝土中的生產(chǎn)應用有顧慮，甚至存在排斥心理。其實，廢水的成分主要來源于原有混凝土的原材料組分，包括經(jīng)過有效處理分離后的粗、細骨料中的小于0.15mm的微粒，已接近或完全超過凝結(jié)時間的水泥顆粒、礦粉顆粒、粉煤灰顆粒，以及用于改善混凝土工作性能和使用功能的外加劑。

2.1 廢水中的石粉

0.15mm以下的細微顆粒一般為石粉。大部分的商砼企業(yè)所使用的骨料為人工碎石及人工機制砂，其成分為沉積巖類的石灰?guī)r及火成巖類的花崗巖居多。其中，石灰?guī)r的石粉具備潛在活性，其活性的高低與其表面積的大?。词鄣拇旨毘潭龋?、鈣質(zhì)成分的高低有密切的關系；火成巖類的花崗巖石粉顆粒是地殼深處的熔融巖漿噴出地表時所形成的，不具備活性的成分。但無論具有或不具有活性成分，其良好的物理填充作用是不變的，且其硬度均在硬巖石及次硬巖石的范圍內(nèi)，一般其母巖的強度在80MPa以上的居多。

2.2 廢水中的膠凝材料

干燥的水泥顆粒是混凝土強度的主要貢獻組分，但廢水中的水泥顆粒已參與水化，且基本處在超過凝結(jié)時間的狀態(tài)，所以廢水中的水泥顆粒已失去活性，但其微觀的填充作用是不變的，對混凝土密實程度的改善起到了積極作用。

礦粉顆粒及粉煤灰顆粒，由于其強度的發(fā)揮是靠早期水泥水化產(chǎn)生的堿性物質(zhì)——Ca(OH)作為激發(fā)劑來完成水化反應的，且對混凝土的中、后期強度有貢獻，所以廢水中的礦粉及粉煤灰顆粒在廢水被再次利用的過程中，依然對混凝土強度有貢獻。同時也具備微觀的物理填充效應，對混凝土的粘聚性、保水性起到積極的改善作用。

2.3 廢水中外加劑

盡管廢水中的外加劑成分相對較為復雜。根據(jù)筆者多年的實踐經(jīng)驗得出結(jié)論：廢水中的外加劑成分因被大量的拌合水稀釋，對新拌混凝土工作性能的影響可以忽略不計。

盡管聚羧酸鹽高效減水劑與萘系高效減水劑不相容，但因萘系減水劑對水泥的適應性較差，且對混凝土耐久性也有影響，其工業(yè)萘、硫酸和甲醛對環(huán)境也存在污染，目前這種外加劑已逐漸退出建筑市場。所以廢水中含有萘系及聚羧酸鹽減水劑不相容所導致對混凝土工作性能及質(zhì)量影響的問題實質(zhì)上已不存在了。

冬施期間（連續(xù)5天日平均氣溫低于5℃即進入冬期施工），混凝土外加劑中添加的早強、防凍組分會在氣溫升高的環(huán)境下對混凝土初始流動性、可泵性產(chǎn)生較大的影響。

當冬期施工期間，含有早強、防凍組分的廢水在負溫下不會影響新拌混凝土的工作流動性，但這種廢水因種種原因沒有被及時消納使用的，遇到溫度較高的環(huán)境下能否使用？是否會影響到混凝土的工作和易性？筆者曾在溫差＞10℃以上，即升溫10℃以上的氣溫環(huán)境下做過相關的試拌驗證工作。

選擇在升溫10℃的當天下午2:00點（此時間段為當日的最高氣溫）要求試驗室展開如下試拌驗證工作：以C30泵送配合比作為試驗條件，要求配比的組分相同，原材的品種及質(zhì)量參數(shù)相同，以清水及含有防凍、早強成分的廢水為拌合水分別試拌二組試驗配比，用以觀察初始和易性是否相一致；靜置期間有無泌水、分層、離析現(xiàn)象，經(jīng)時坍損是否一致，倒置坍落度桶呈現(xiàn)的流動性指標是否相一致，成型后標養(yǎng)的7d、28d、60d的齡期強度值是否相近。其驗證結(jié)果為：清水試拌配比與含有早強、防凍組分的廢水試拌的混凝土工作性能基本一致，試壓的各齡期試件的抗壓強度值也滿足GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制》的規(guī)范要求，且事后對含有防凍、早強組分的廢水所拌制的混凝土實體結(jié)構(gòu)進行跟蹤回彈，其實體結(jié)構(gòu)的各齡期強度發(fā)展正常，后期各項質(zhì)量耐久性指標也正常。

為力求試拌結(jié)論的準確性，各試驗室在冬期施工期間的最低溫度達到-9℃時取料試拌，分別取清水及含有早強、防凍組分的廢水，在室內(nèi)空調(diào)溫度設定為18～ 20℃試拌條件下作如上的配比試拌驗證，其驗證結(jié)果也均相一致。

參考試拌數(shù)據(jù)及試拌結(jié)果，理論分析的結(jié)論為：含有早強、防凍組分的廢水由于其勻質(zhì)性和濃度得到有效地控制，在大量的清水稀釋后，其微弱的早強、防凍組分基本不會因氣溫升高對混凝土早期工作性能及現(xiàn)場施工和易性、可泵性產(chǎn)生影響，也不會對結(jié)構(gòu)實體的后期耐久性產(chǎn)生影響。

對廢水中外加劑的其他常用組分，如引氣、調(diào)凝、保坍、減水等成分對新拌混凝土的工作性能及質(zhì)量耐久性的影響方面，也展開了廢水與純清水拌制的混凝土的橫向比對試驗，其結(jié)論也一致。

綜上所述，廢水中的外加劑所有的組分因其稀釋后的微弱含量，對新拌混凝土的工作性能及質(zhì)量耐久性產(chǎn)生的影響可以忽略不計。

3 廢水在混凝土生產(chǎn)過程中的使用問題

關于廢水在混凝土生產(chǎn)過程中的所使用的界定比例，一般C25及C25以下的混凝土在廢水勻質(zhì)性良好、濃度穩(wěn)定的條件下，其使用比例可放寬至30%乃至40%。C25以下的混凝土因其有效膠材使用量較少，且其粘聚性及保水性也不及C25以上強度等級的混凝土。此時，適當提高廢水的使用比例可顯著地改善其工作和易性。特別是C25及C25以下的非泵送混凝土，包括非泵送道路混凝土，因其工作和易性較泵送混凝土易于滿足施工要求，其設計的有效膠材往往較低，此時適當提高廢水的使用比例，能顯著地改善混凝土的工作性能，廢水中的具有潛在活性的礦粉及粉煤灰成分也會對混凝土中、后期強度發(fā)展起到增強作用。對于道路混凝土拌合物，更易于提漿收面，硬化后表面硬度及耐磨性也不會因廢水中微弱的粉煤灰含量而受到影響。

C40以上強度等級混凝土因其使用的有效膠材量較高，其保水性及粘聚性良好，優(yōu)于C25以下強度等級的混凝土，易于滿足施工要求，特別是泵送要求。此時，廢水的使用比例可酌情下調(diào)，否則其新拌混凝土過于黏稠的工作狀態(tài)會影響其工作流動性，不利于混凝土泵送的正常施工。如果在此時對C40以上強度等級混凝土細骨料的細度模數(shù)適當?shù)厣险{(diào)，同時對設計的砂率作適當?shù)叵抡{(diào)，其廢水的使用比例可基本不受影響。

4 結(jié)論

在當下地房地產(chǎn)市場持續(xù)萎縮的今天，又遇到部分省份因其過于龐大的地方債務而叫停了基建項目，對商砼企業(yè)來講，無疑是雪上加霜。企業(yè)如何渡過難關，走出困境生存下去？唯有通過過硬的產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)的售后、技術(shù)服務才能贏得市場口碑。在生產(chǎn)運營上盯緊大處的同時也著眼于小處，從方方面面去節(jié)能降耗、開源節(jié)流。對于廢水的合理循環(huán)再利用，不僅能夠節(jié)約水資源，還順應環(huán)保政策的要求，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，對于企業(yè)有良好的經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

供稿人：吳海松，吳合建等

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術(shù)規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術(shù)和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

【咨詢服務】

科技成果評價

預拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設

產(chǎn)品檢測

綠色建材產(chǎn)品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復合摻合料和再生復合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業(yè)標準化試驗室建設指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標準、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會議、承擔行業(yè)培訓、從事認證評價和開發(fā)研究等，中心是建材情報所主要業(yè)務部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會分支機構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會混凝土專業(yè)委員會、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會預制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會、中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺有預拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務平臺、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務平臺、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會員制技術(shù)和管理服務）。

中心每年參與多個混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務項目，包括雄安新區(qū)混凝土項目咨詢、河北省多個高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個混凝土企業(yè)的技術(shù)服務工作。開展預拌混凝土綠色產(chǎn)品認證和科技成果評價工作。

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