【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，混凝土行業的發展形勢也發生了急劇變化，企業需要積極利用數字化先進的技術手段，提高生產效率，降低能耗，實現可持續發展。綠色低碳技術的交流與合作，將為混凝土行業帶來更多的創新和機遇，推動行業向綠色、低碳、智能化的方向發展。本期將相關文章匯編成特別策劃，分享給讀者。
特別策劃 ：混凝土行業數字化轉型與綠色低碳技術交流
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構的質量和耐久性的影響。
［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、環境保護延伸至商砼企業生產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構的質量及質量耐久性的影響。
1 廢水合理利用的前提條件
首先，廢水能否被合理循環利用，取決于其前期的攪拌勻質性和穩定的濃度，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性問題，廢水的應用將無從談起。
目前，淮北砼友樂環保科技有限公司的零排放廢水處理設備，已經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）。同時該公司環保零排放廢水處理設備的數字化監控系統也已經能夠完全確保廢水的濃度處在合理化生產應用的最佳狀態。
在廢水濃度穩定的狀態下，其具體的參數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。廢水被稀釋后轉化為生產用水的粉塵含量相對穩定，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構的影響
有些技術人員對廢水在混凝土中的生產應用有顧慮，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巖及火成巖類的花崗巖居多。其中，石灰巖的石粉具備潛在活性，其活性的高低與其表面積的大小（即石粉的粗細程度）、鈣質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，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時間的狀態，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，由于其強度的發揮是靠早期水泥水化產生的堿性物質——Ca(OH)作為激發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。根據筆者多年的實踐經驗得出結論：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，其工業萘、硫酸和甲醛對環境也存在污染，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量影響的問題實質上已不存在了。
冬施期間（連續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境下對混凝土初始流動性、可泵性產生較大的影響。
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，原材的品種及質量參數相同，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、離析現象，經時坍損是否一致，倒置坍落度桶呈現的流動性指標是否相一致，成型后標養的7d、28d、60d的齡期強度值是否相近。其驗證結果為：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《混凝土質量控制》的規范要求，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構進行跟蹤回彈，其實體結構的各齡期強度發展正常，后期各項質量耐久性指標也正常。
為力求試拌結論的準確性，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，在室內空調溫度設定為18～ 20℃試拌條件下作如上的配比試拌驗證，其驗證結果也均相一致。
參考試拌數據及試拌結果，理論分析的結論為：含有早強、防凍組分的廢水由于其勻質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場施工和易性、可泵性產生影響，也不會對結構實體的后期耐久性產生影響。
對廢水中外加劑的其他常用組分，如引氣、調凝、保坍、減水等成分對新拌混凝土的工作性能及質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量耐久性產生的影響可以忽略不計。
3 廢水在混凝土生產過程中的使用問題
關于廢水在混凝土生產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性良好、濃度穩定的條件下，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，否則其新拌混凝土過于黏稠的工作狀態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適當地上調，同時對設計的砂率作適當地下調，其廢水的使用比例可基本不受影響。
4 結論
在當下地房地產市場持續萎縮的今天，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，對商砼企業來講，無疑是雪上加霜。企業如何渡過難關，走出困境生存下去？唯有通過過硬的產品質量和優質的售后、技術服務才能贏得市場口碑。在生產運營上盯緊大處的同時也著眼于小處，從方方面面去節能降耗、開源節流。對于廢水的合理循環再利用，不僅能夠節約水資源，還順應環保政策的要求，提升產品的質量，對于企業有良好的經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
【標準規范】
【會議培訓】
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發展論壇暨2025中國商品混凝土年會
【咨詢服務】
預拌混凝土質量追溯研究
高速公路及橋涵高性能混凝土技術咨詢
課題研究
研發中心建設
[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等
【建材“雙碳”業務】
低碳膠凝材料研發與制備
復合摻合料和再生復合摻合料研發與制備
建筑垃圾處置與資源化利用
建筑垃圾再生砂粉應用技術
建筑垃圾再生輕粗骨料技術
碳化再生骨料制備技術
【期刊著作】
《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書
《預拌混凝土企業標準化試驗室建設指南》圖書
混凝土技術發展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業技術情報研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內外混凝土行業科技前沿動態，為全國混凝土行業開展技術服務工作，包括出版技術期刊、研究制定標準、開展技術咨詢、舉辦技術會議、承擔行業培訓、從事認證評價和開發研究等，中心是建材情報所主要業務部門之一。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。中心掛靠的行業協會分支機構包括中國散裝水泥推廣發展協會混凝土專業委員會、中國散裝水泥推廣發展協會預制建筑產業專業委員會、中國砂石協會建筑固廢利用分會、建筑材料工業技術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量追溯公共服務平臺、混凝土行業數字化服務平臺、中國商品混凝土行業企業專家委員會（擁有200余名行業一線專家）、北京砼享未來工程技術研究院（會員制技術和管理服務）。
中心每年參與多個混凝土技術咨詢和技術服務項目，包括雄安新區混凝土項目咨詢、河北省多個高速公路高性能混凝土技術咨詢、固廢基膠凝材料和再生復合摻合料研發和制備技術，以及數十個混凝土企業的技術服務工作。開展預拌混凝土綠色產品認證和科技成果評價工作。
咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915
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