張海霞，崔鑫，王龍志，張雪，張會冰

（山東建澤混凝土有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

預(yù)拌混凝土企業(yè)污水綜合利用技術(shù)研究及應(yīng)用

張海霞，崔鑫，王龍志，張雪，張會冰

（山東建澤混凝土有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

為了促進(jìn)預(yù)拌混凝土企業(yè)污水綜合利用技術(shù)發(fā)展，開展了不同污水利用率的混凝土工作性能、含氣量、力學(xué)性能、綜合效益的研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了污水綜合利用技術(shù)的中試。研究表明：隨著污水回收系統(tǒng)回收污水利用率的提高，混凝土工作性能降低、含氣量降低、抗壓強(qiáng)度提高；污水利用過程中，當(dāng)混凝土拌合水中固形物含量大于4.8%時，混凝土的工作性能和含氣量快速降低；污水的利用可在一定程度上降低膠材的用量，而不影響混凝土的性能；預(yù)拌混凝土企業(yè)污水的綜合利用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

預(yù)拌混凝土；污水；綜合利用；性能研究；固形物；應(yīng)用

如何保持預(yù)拌混凝土企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境，做到文明生產(chǎn)，避免污水外流，減少生產(chǎn)用水消耗，一直是預(yù)拌混凝土企業(yè)所面對的主要環(huán)保問題。JGJ63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：混凝土用水為混凝土拌合用水和混凝土養(yǎng)護(hù)用水的總稱，包括飲用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企業(yè)設(shè)備洗刷水等。標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了混凝土企業(yè)設(shè)備洗刷水可作為混凝土用水進(jìn)行使用。但預(yù)拌混凝土企業(yè)通常把混凝土設(shè)備洗刷水稱為污水[1]。

對預(yù)拌混凝土企業(yè)來說，通常按單位質(zhì)量的水中，固形物含量大于5%且對人體有害、不能正常飲用的水稱為污水。預(yù)拌混凝土企業(yè)產(chǎn)生的污水中主要含有水泥未水化產(chǎn)物、膠凝材料水化產(chǎn)物、礦物摻合料、泥土、外加劑及部分細(xì)骨料顆粒等成分。

對于污水，預(yù)拌混凝土企業(yè)通常有3種處理方法：一是傾倒，這種方式造成溝河堵塞，污水靠自然蒸發(fā)或滲入地下，對環(huán)境造成污染；二是沉淀池自然凈化，將沉淀后的污水部分利用，大部分排放，在預(yù)拌混凝土企業(yè)這是比較普遍的做法，但對公用排水設(shè)施造成堵塞；三是綜合利用，將產(chǎn)生的污水全部加以利用，這是目前少數(shù)管理比較先進(jìn)的企業(yè)的做法。本文開展了污水對混凝土含氣量、工作性能、力學(xué)性能影響的研究，以促進(jìn)預(yù)拌混凝土企業(yè)污水的綜合利用，為預(yù)拌混凝土企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本、降低環(huán)境污染，同時為產(chǎn)生類似污水和其它污水的企業(yè)提供技術(shù)方向、推動和諧社會發(fā)展[2]。

1 污水回收系統(tǒng)設(shè)計

預(yù)拌混凝土企業(yè)污水的產(chǎn)生主要是設(shè)備洗刷水、清洗場地產(chǎn)生的廢水以及雨水，因此污水回收系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮全面。該系統(tǒng)組成包括：廠區(qū)導(dǎo)流管道、洗車系統(tǒng)、砂石分離機(jī)、回收系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)等。

廠區(qū)導(dǎo)流管道：依據(jù)廠區(qū)內(nèi)基本分布，合理設(shè)置導(dǎo)流管路，收集廠區(qū)沖洗產(chǎn)生的污水和雨水。收集到的污水通過管道流至回收水池內(nèi)進(jìn)行二次利用。

洗車系統(tǒng)：洗車系統(tǒng)主要由沖洗槽、接水管等部分組成。根據(jù)車輛大小設(shè)計洗車臺的尺寸，根據(jù)砂石分離機(jī)高度設(shè)置沖洗槽和洗車臺高度，根據(jù)車輛出料口高度設(shè)計接水管高度，同時在沖洗槽后方設(shè)置擋板，防止車輛撞壞料槽，保證接水不至撒到接料口外。

砂石分離機(jī)：砂石分離機(jī)由自動清洗裝置、清洗氣動蝶閥、排水槽等裝置組成。每次分離完后自動清洗砂石分離機(jī)內(nèi)部，確保內(nèi)部清潔，防止分離機(jī)內(nèi)部堵塞，延長維護(hù)周期，保障分離機(jī)的使用壽命。

回收系統(tǒng)：回收系統(tǒng)包括沉淀池和蓄水池等。在砂石分離機(jī)一側(cè)設(shè)置三級沉淀池，將清洗攪拌機(jī)、混凝土攪拌車的水以及清洗生產(chǎn)現(xiàn)場的污水導(dǎo)流至沉淀池，經(jīng)沉淀后，較清的水流入蓄水池。

攪拌系統(tǒng)：攪拌系統(tǒng)通過周期性攪拌達(dá)到防止泥漿沉淀凝固的目的，同時對污水進(jìn)行攪拌，還能提高污水泥漿的均勻性，防止不均勻泥漿對混凝土性能的不利影響。

該廢水回收系統(tǒng)的工作流程為：攪拌機(jī)和運輸車洗刷水以及廢棄混凝土經(jīng)砂石分離機(jī)分離回收后，廢漿料經(jīng)沉淀，廢水進(jìn)入蓄水池中儲存。廠區(qū)地面清洗污水和雨水經(jīng)排水溝進(jìn)入沉淀池，經(jīng)沉淀后污水進(jìn)入蓄水池。蓄水池中的水可循環(huán)洗車或用于生產(chǎn)。用于混凝土攪拌前，對蓄水池中的水進(jìn)行檢驗并啟動攪拌系統(tǒng)攪拌均勻，水檢驗合格后泵送至計量稱上計量攪拌[3]。

2 試驗與結(jié)果分析

2.1 原材料

水泥：山東水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5水泥，其物理性能指標(biāo)如表1所示。

粉煤灰：聊城茌平電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度22%，需水量比101%，燒失量5.3%，含水量0.5%[4]。

礦粉：濟(jì)南永通建材有限公司產(chǎn)的S95級礦粉，比表面積428 m2/kg，流動度比98%，燒失量0.8%，28 d活性指數(shù)101%。

外加劑：濟(jì)南華建生產(chǎn)的SMF-2型脂肪族系外加劑，固含量32.7%，pH值為12.1，氯離子含量0.05%，總堿量1.8%，減水率21%。

細(xì)骨料：濟(jì)南產(chǎn)機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)3.1，石粉含量13.5%，MB值為0.6，壓碎指標(biāo)23.1%，表觀密度2700kg/m3。

粗骨料：泰山產(chǎn)5～25 mm石灰?guī)r碎石，含泥量0.5%，針片狀含量1.9%，壓碎值9.5%，表觀密度2720 kg/m3。

污水：本企業(yè)蓄水池中攪拌均勻后從中取得的回收水。該污水呈灰色，固形物含量5.3%，其化學(xué)指標(biāo)如表2所示。

2.2 試驗方法

使用不同比例污水配制混凝土，對混凝土的含氣量、工作性能和力學(xué)性能進(jìn)行測試。試驗在（20±5）℃的室內(nèi)完成，每組試驗重復(fù)3次，取3次的平均值為測試結(jié)果，若有1組數(shù)據(jù)超過中間值的15%，則取中間值，若最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則試驗重做[5-7]。

2.3 混凝土配制及性能分析

對預(yù)拌混凝土企業(yè)使用最多的C30強(qiáng)度等級進(jìn)行不同比例的污水配制混凝土試驗，并對混凝土性能進(jìn)行研究。為測試污水對混凝土含氣量的影響，在泵送劑中加入一定量的引氣劑，試驗C30混凝土配比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（碎石）∶m（機(jī)制砂）∶m（礦渣粉）∶m（粉煤灰）∶m（外加劑）∶m（水）=230∶950∶850∶60∶110∶10∶180。

不同比例污水對混凝土性能的影響見表3。

2.3.1 對坍落度的影響分析

由表3可知，隨著污水摻加比例的提高，混凝土坍落度呈降低趨勢，特別是當(dāng)摻加比例提高至80%以上時，坍落度出現(xiàn)急劇下降。由此可知，當(dāng)拌合水中固形物含量低于4.8%時，污水對混凝土坍落度影響較小[8]。

2.3.2 對含氣量的影響分析

由表3可知，隨著污水摻加比例的提高，含氣量呈下降趨勢，但當(dāng)污水摻加比例在50%～80%時，基本無變化。由于抗凍混凝土對含氣量要求較高，因此對于有抗凍性要求的工程，污水使用前應(yīng)試驗驗證?；炷林泻瑲饬窟^大，會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低，因此，一定程度的含氣量降低，可增加混凝土的密實度，提高力學(xué)性能。

2.3.3 對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

由表3可知，隨著污水摻加比例的提高，混凝土7 d抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢，在污水摻加比例為50%～80%時強(qiáng)度基本穩(wěn)定，但超過80%時，強(qiáng)度出現(xiàn)急劇提高現(xiàn)象；摻加污水后混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度均高于不摻加污水的，污水摻加比例為30%和80%時，28 d抗壓強(qiáng)度相差不大，全部使用污水時28 d抗壓強(qiáng)度最高。

綜合表3可以看出，摻加不同比例污水對混凝土性能影響非常大。通過查找資料并進(jìn)行詳細(xì)討論分析，認(rèn)為主要是污水中的固形物對混凝土性能產(chǎn)生了影響，因此對污水進(jìn)行濃縮處理，保證固形物含量相同，調(diào)整污水比例進(jìn)行試驗，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，當(dāng)污水中固形物含量相同時，對混凝土性能幾乎無影響，同時隨著固形物含量增加，混凝土坍落度降低、含氣量降低、抗壓強(qiáng)度提高。由上可知，對混凝土性能的影響主要是由于固形物含量不同所致。

3 中試驗證

上述實驗室試驗結(jié)果顯示，使用污水進(jìn)行混凝土生產(chǎn)在一定范圍內(nèi)對混凝土性能影響不大，進(jìn)而在實際生產(chǎn)中進(jìn)行驗證，試驗中污水的固形物含量為5.3%，具體配合比如表5所示。驗證時采用2種強(qiáng)度等級，每種強(qiáng)度等級的配合比相同，污水比例分別為0、40%、50%，試驗結(jié)果如表6所示。

表6結(jié)果證明，在污水摻量低于50%時，抗壓強(qiáng)度仍然隨著污水摻加量的增加而提高，坍落度變化較小。分析原因，主要因為污水中含有一定量的減水劑導(dǎo)致。對于低強(qiáng)度等級的混凝土，混凝土中的膠凝材料相對較少，而污水中含有一定量的未水化水泥顆粒、摻合料顆粒及水化產(chǎn)物等微小固形物，此種固形物類似于混凝土中的摻合料，能起到填充混凝土中的孔隙、密實混凝土的作用。所以，對于強(qiáng)度等級C30以下的混凝土，污水的摻入能在一定程度上改善混凝土拌合物的性能，提高其抗壓強(qiáng)度。

對相同強(qiáng)度等級的混凝土，摻加污水后的配合比在不摻加污水的配合比基礎(chǔ)上減少部分水泥用量進(jìn)行試驗驗證，具體配合比見表7，性能測試結(jié)果見表8。

由表8可以看出，在混凝土中摻加50%的污水時，1 m3混凝土降低10 kg水泥用量，對混凝土的工作性能和力學(xué)性能影響不大，可見，摻加一定量的污水不僅不會降低混凝土的性能，還能適當(dāng)節(jié)約水泥用量。摻加污水可適當(dāng)延長混凝土的凝結(jié)時間，因此在冬季施工時應(yīng)對混凝土凝結(jié)時間進(jìn)行驗證，確保滿足工程需要。

4 綜合效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

對年產(chǎn)量60萬m3的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)來說，C25以下的混凝土一般能夠占到全年混凝土總量的30%，全年產(chǎn)量約有18萬m3；C30的混凝土一般能夠占到全年混凝土總量的25%，全年產(chǎn)量約有15萬m3。

（1）節(jié)約水泥產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

由上述分析可知，使用污水進(jìn)行混凝土生產(chǎn)全年可節(jié)省水泥：18萬m3×10 kg/m3+15萬m3×5 kg/m3=2550 t。

直接經(jīng)濟(jì)效益：2550 t×290元/t=73.95萬元。

（2）使用污水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

全年使用污水約2.8萬m3，減少自來水用量2.8萬m3左右。直接經(jīng)濟(jì)效益：2.8萬m3×4.4元/m3=12.32萬元；

減少蓄水池清理費：2萬元/年；

減少污水泵的非正常維修費：1萬元/年；

全年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益總額：

73.95 萬元+12.32萬元+2萬元+1萬元=89.27萬元。4.2 社會效益

由于解決了廠區(qū)污水橫流及外排現(xiàn)象，廠區(qū)衛(wèi)生有了很大改善，同時污水不外排，不會對廠外環(huán)境造成污染，更利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源。

5 結(jié)論

（1）預(yù)拌混凝土企業(yè)可利用污水回收系統(tǒng)回收企業(yè)產(chǎn)生的污水進(jìn)行預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)。

（2）預(yù)拌混凝土中，隨著污水利用率的提高，混凝土工作性能降低、含氣量降低、抗壓強(qiáng)度提高。

（3）污水中對混凝土性能影響最大的物質(zhì)為固形物。污水利用過程中，當(dāng)混凝土拌合水中固形物含量大于4.8%時，混凝土的工作性能和含氣量快速降低，在實際使用中要注意此拐點，特別是對于混凝土含氣量有特殊要求時。

（4）針對低強(qiáng)度等級的預(yù)拌混凝土而言，污水的利用可在一定程度上降低膠凝材料的用量，而不影響混凝土的性能。

（5）對年產(chǎn)60萬m3的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)，預(yù)拌混凝土中污水的利用每年可帶來直接經(jīng)濟(jì)效益近90萬元，且具有明顯的社會效益。

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Research on ready-mixed concrete enterprises comprehensive sewage utilization technology and its application

ZHANG Haixia，CUI Xin，WANG Longzhi，ZHANG Xue，ZHANG Huibing
（Shandong Jianze Concrete Co.Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China）

In order to promote the development of comprehensive utilization technology of sewage，carried out the research of working performance，air content，mechanical properties and comprehensive benefit of the concrete of the different sewage utilization ratio，and on this basis sewage comprehensive utilization technology is in the trial.Research shows that：with the improvement of sewage utilization rate，working performance and air content of concrete reduced，and concrete compressive strength improved；In the process of sewage utilization，when the concrete mixing water solid content is more than 4.8%，the concrete working performance and air content quickly reduce.Sewage can in a certain extent reduce the dosage of the plastic material and without affecting the performance of concrete.The comprehensive utilization of ready-mixed concrete enterprise sewage has significant economic and social benefits.

ready-mixed concrete，sewage，comprehensive utilization，property research，solid substance，application

TU528

A

1001-702X（2015）06-0005-04

2014-11-10

張海霞，女，1975年生，山東濰坊人，高級工程師，從事高性能混凝土工程應(yīng)用技術(shù)研究。