10.1.1 混凝土設(shè)備洗刷水回收的設(shè)備
混凝土是土木建筑工程較重要的材料。隨著建設(shè)規(guī)模的日益擴大，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成為建筑結(jié)構(gòu)的主體，這就使預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)得到了很快發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，到1999年全國共建成攪拌站683家，設(shè)計年生產(chǎn)能力12，700萬M3，實際產(chǎn)量已超過5.400萬M3。如此大量的混凝土生產(chǎn)，混凝土設(shè)備洗刷水處理的問題就成為困擾混凝土攪拌站的一個大問題。一方面洗刷設(shè)備需要相當(dāng)大量的水，另一方面就是洗刷水的處理。在水資源日益緊張，環(huán)境保護(hù)越來越受到重視的今天，這個問題就顯得尤其突出。
混凝土攪拌站每天沖洗攪拌機、運輸車要用去大量的水，這些沖洗設(shè)備的洗刷水中含有水泥漿、骨料和骨料帶入的雜質(zhì)、外加劑等。從環(huán)保的角度，清洗水泥漿或混凝土的水具有強堿性，PH值較大，可達(dá)12左右，隨意排放會污染環(huán)境。另外，使用清水沖洗運輸車也是一個不小的浪費，假定沖洗一輛運輸車用1~2噸的水，每天要沖洗2~3次。以一個中等規(guī)模的攪拌站每天使用20個車為例，一天就要用去40~120噸。由此看來，洗刷水的再利用是有利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約水資源的非常有效的途徑。
為徹底解決混凝土攪拌站每天沖洗攪拌機、運輸車而造成的廢水排放問題，國內(nèi)已經(jīng)有許多廠家生產(chǎn)混凝土回收設(shè)備，新建攪拌站大都開始引進(jìn)并使用這種回收設(shè)備，已經(jīng)成為環(huán)保型攪拌站的沖洗設(shè)備�；炷粱厥赵O(shè)備是由分離設(shè)備、供水系統(tǒng)、砂石輸送與篩分系統(tǒng)、沉淀池等組成，這是專門為回收運輸車的殘余混凝土和沖洗水而設(shè)計的。這套回收設(shè)備中的分離設(shè)備主要由內(nèi)部有螺旋裝置的分離筒構(gòu)成，通過傾斜滾筒的內(nèi)壁上，沖洗后通過回收設(shè)備將砂石骨料分離出來再用于混凝土生產(chǎn)，分離后的洗刷水進(jìn)入貯水池。貯水池中的攪拌葉按規(guī)定的時間間隔工作，保持洗刷水均勻。洗刷水通過計算機控制，進(jìn)入攪拌主機被合理地用于混凝土生產(chǎn)。
10．1．2 混凝土拌和用水的技術(shù)要求
我國建設(shè)部JGJ63—89《混凝土拌和用水》標(biāo)準(zhǔn)將混凝土拌和用水按水源分為六大類，分別為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的生活飲用水、地表水（包括江、河、淡水湖中的水）、地下水（其中包括井水）、海水、工業(yè)廢水及混凝土生產(chǎn)廠、預(yù)拌混凝土設(shè)備的洗刷水。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定混凝土構(gòu)件廠、預(yù)拌混凝土攪拌站沖洗攪拌機和運輸車的洗刷水，作為拌和用水是可以用于混凝土生產(chǎn)的，但要注意洗刷水所含水泥和外加劑品種對所拌和混凝土的影響。
用蒸餾水或飲用水與洗刷水對比進(jìn)行水泥漿凝結(jié)時間試驗，兩者初凝和終凝時間差，均不應(yīng)大于30min，其初凝時間和終凝時間還應(yīng)符合水泥國家標(biāo)準(zhǔn)。配制的水泥砂漿或混凝土28天抗壓強度比不應(yīng)小于90%。拌和水中氯化物、硫化物、硫酸鹽的含量應(yīng)在限值內(nèi)，見表1。
表1 JGJ63—89 拌和水物質(zhì)含量限值
項目 | 鋼筋混凝土 | 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 | 素混凝土 |
PH值 | >4 | >4 | >4 |
不溶物mg/l | <2000 | <2000 | <5000 |
可溶物mg/l | <5000 | <2000 | <10000 |
Cl-mg/l | <500 | <1200 | <3500 |
SO42-mg/l | <600 | <2700 | <2700 |
硫化物S2-mg/l | <100 | —— | —— |
10.1.3 洗刷水中所含物質(zhì)及其對混凝土性能產(chǎn)生影響的分析
一般來說混凝土是以水泥為膠結(jié)材料，用普通砂石材料為骨料，用水按一定比例拌和而成。為調(diào)節(jié)改善工藝性能和力學(xué)性能還加入各種化學(xué)外加劑和磨細(xì)礦質(zhì)摻和料。
洗刷水中的物質(zhì)來自拌制混凝土的原材料，即水泥、砂、石、外加劑、摻和料。運輸車中殘留的混凝土沖洗后，經(jīng)過回收設(shè)備分離后絕大部分粗細(xì)骨料被分離出去，大于0.15mm顆粒已被除去。洗刷水中含有細(xì)小的水泥顆粒、骨料所帶入粘土或淤泥顆粒，及可溶解的無機鹽、外加劑離子等。
10.1.3.1 洗刷水中的物質(zhì)分析
洗刷水中的離子來自水泥、外加劑及骨料所帶入的極少量的硫酸鹽、硫化物。水泥是由水泥熟料加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。水泥熟料是一種多礦物的聚集休，是由四種主要氧化物即CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2化合而成。在與水拌和后的極短瞬間，水泥的各個組分即發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)、力學(xué)與物理化學(xué)的變化。水泥粒子開始溶解，熟料中含的堿也快速溶解，使純水立即變?yōu)楹卸喾N離子的溶液，水泥漿溶液中主要離子有Ca2+、Na+、K+、OH-和SO42-，液相中還有極少量的Al2O3、SiO2。因此可以認(rèn)為洗刷水溶液主要是含有Ca2+、Na+、K+、OH-和SO42-的溶液。
混凝土外加劑可以改善混凝土性能，是混凝土中不可缺少的組成部分�，F(xiàn)在使用的外回劑常具有多種功能，其化學(xué)成分可以是有機物、無機物或二者的復(fù)合產(chǎn)品。一般情況下混凝土攪拌站在常溫季節(jié)使用緩凝型減水劑，冬施期間使用早強劑、防凍劑。緩凝型減水劑一般為表面活性劑，這些化合物以離子狀態(tài)存在，吸附在水泥顆粒表面，能降低水的表面張力，起到分散、潤滑和濕潤作用。作為早強、防凍組分的氯鹽會加強混凝土中鋼筋的銹蝕，目前趨勢是摻量減少，使用限量日益嚴(yán)格�，F(xiàn)在我們所使用的早強劑、防凍劑均不含有氯鹽。因此除外加劑帶入的堿即Na+、K+外，洗刷水中的外加劑離子不會對混凝土產(chǎn)生有害的影響。
在天然砂石中常含有害雜質(zhì)，主要有泥、泥塊、硫化物、硫酸鹽。粗骨料中常含有有害雜質(zhì)如粘土、淤泥、一些硫酸鹽、硫化物等。砂石中的含泥量應(yīng)符合JGJ52—92、JGJ53—92的規(guī)定，因此溶進(jìn)洗刷水的泥量是非常微小的。
10.1.3.2 洗刷水所含物質(zhì)對混凝土產(chǎn)生影響的分析
洗刷水中影響混凝土性能的有害離子主要為Na+、K+、SO42-、S2-。硫酸鹽會影響混凝土的耐久性。一方面當(dāng)水泥石與含硫酸鹽的水接觸時，生成二水石膏，二水石膏不但可在水泥石中結(jié)晶產(chǎn)生膨脹，也可以和水泥石中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣含有大量結(jié)晶水（膨脹性更大），對水泥石具有嚴(yán)重破壞作用。降低混凝土耐久性。另一方面SO42-對鋼筋有腐蝕作用，特別是與預(yù)應(yīng)力鋼筋相接觸時，產(chǎn)生的腐蝕后果更為嚴(yán)重，往往導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋的脆性斷裂。因此對預(yù)應(yīng)力混凝土拌和用水中的SO42-控制要嚴(yán)格的多。
硫化物會造成鋼筋脆斷。一些研究者認(rèn)為，硫化氫與鐵作用產(chǎn)生氫原子，導(dǎo)致鋼筋脆化，即產(chǎn)生氫脆。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫化物含量為100mg/1時，就達(dá)到有害程度。
關(guān)于堿骨料反應(yīng)：當(dāng)水泥堿量較高時，在有水存在的條件下，水泥中的堿與混凝土骨料中的活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生不均勻膨脹，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，強度和彈性模量下降，從而威脅到工程的安全使用。
堿骨料反應(yīng)已引起世界各國的普遍關(guān)注，近年來我國在預(yù)防堿骨料反應(yīng)方面提出了相應(yīng)的措施。根據(jù)工程所處環(huán)境進(jìn)行分類，限定混凝土的總堿量，達(dá)到預(yù)防堿骨料反應(yīng)的目的�，F(xiàn)在各水泥廠家已將其生產(chǎn)的水泥的總堿量控制在0.6%以下，以減小堿骨料反應(yīng)的危害。水泥中的總堿量以當(dāng)量Na2O計，即R2O=Na2O%+0.658K2O%
參加堿骨料反應(yīng)的堿是指水泥、外加劑、摻和料中的游離Na+、K+含量。洗刷水中的Na+、K+來自水泥、外加劑、摻和料，那么使用洗刷水帶入每立方米混凝土的堿量有多少呢？每輛運輸車1%的混凝土殘料中水泥漿占其中的50%，計算得出洗刷水所含的堿量為：0.015%，其含量微乎其微。因此可以認(rèn)為使用洗刷水不會增加堿骨料反應(yīng)帶來的危害。
洗刷水中含有一定量的水泥漿，使水中含有一定量的不溶物。一般來說混凝土運輸車的殘留混凝土量為0.5%，由此計算得出洗刷水含水泥漿的量應(yīng)為2%~3%左右。而我們實際上測得的殘留量大概在1%，試驗室取樣結(jié)果水泥漿的濃度值基本都在4~6%。有關(guān)這部分沒有活性的細(xì)粉對混凝土性能影響的問題，國外對此進(jìn)行過大量的研究，他們研究的結(jié)果是水泥漿濃度值控制在一定范圍內(nèi)（一般為4%），可以作為摻和料取代相應(yīng)的粉煤灰使用，而不影響混凝土性能。我們按水泥漿濃度5%計算加入每立方米混凝土中的細(xì)粉量7.5kg，相當(dāng)于骨料提高1%的含泥量。這樣總的含泥量也是小于我國砂石標(biāo)準(zhǔn)中對C30以下混凝土的含泥規(guī)定的5.0%。
10.1.3.3 洗刷水水質(zhì)的測定
根據(jù)以上分析，首先應(yīng)取刷車的高峰期即每天交接班后和非高峰期即不集中刷車時的洗車臺中經(jīng)過沉淀的澄清水樣進(jìn)行測定。經(jīng)檢測機構(gòu)檢測，結(jié)果表明洗刷水中有害離子的含量在刷車高峰期和非高峰期并沒有明顯差別，且低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
10.1.3.4 時間差和抗壓強度比的測定
凝結(jié)時間差的測定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB1346—1999《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度，凝結(jié)時間、安全性檢驗方法》，用飲用水和洗刷水分別進(jìn)行水泥凝結(jié)時間試驗，用水量采用飲用水時水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，計算初凝和終凝時間差。
以上試驗結(jié)果表明使用洗刷水對水泥凝結(jié)時間和抗壓強度沒有產(chǎn)生有害影響，其凝結(jié)時間差均在30分鐘以內(nèi)，且其初凝時間和終凝時間符合水泥國家標(biāo)準(zhǔn)，3d和28d抗壓強度比在90%以上。
10.1.3.5 洗刷水中的水泥漿對混凝土性能影響的研究
我們分別用不同水泥漿濃度與飲用水對比進(jìn)行試驗，使用相同配比、用水量、相同水泥、相同外加劑、粉煤灰，不同強度等級（C20—C30）的樣本量各10組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)早期強度幾乎沒有差異，個別樣本早期強度還略高于飲用水。后期強度相對于飲用水略低，但強度比都在90%以上。抗?jié)B試驗C30達(dá)到P6。
當(dāng)水泥漿濃度達(dá)到10%以上時，混凝土流動性明顯差。增加用水量或外加劑量后流動性恢復(fù)。增加用水量會導(dǎo)致強度降低，增加外加劑會提高成本。因此在流動性或坍落度不滿足要求時，不能用提高用水量的方法調(diào)整。我們用洗刷水中細(xì)粉量等量取代粉煤灰，并補充細(xì)粉量一半的水泥，進(jìn)行試驗，結(jié)果證明效果不錯。
為檢驗使用洗刷水混凝土的抗凍性能，我們按GBJ80—85《普通混凝土長期和耐久性能試驗方法》中的慢凍法進(jìn)行了抗凍試驗，凍融周期為50次循環(huán)，結(jié)果表明基本無抗壓強度損失。
10.1.4 洗刷水的合理使用
大量的試驗結(jié)果，證明洗刷水中的離子量對混凝土不會造成有害影響�？偸堑年P(guān)鍵是洗刷水中水泥漿，根據(jù)試驗，將4%的濃度值定為安全使用值，當(dāng)濃度值高于4%時，可以用兩種方法解決：一是降低刷水使用量，補充部分清水；二是當(dāng)濃度超過4%時，不降低洗刷水使用量時，超過部分的細(xì)粉量等量取代粉煤灰用量并相應(yīng)提高水泥量，以保證混凝土強度。實際生產(chǎn)中為確保混凝土質(zhì)量，在使用時尚應(yīng)注意以下問題：
1． 技術(shù)質(zhì)量部門應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)情況，制定使用方案；
2． 為確�；炷临|(zhì)量，C30以上強度等級的混凝土不使用洗刷水，C30以下同等級抗?jié)B混凝土使用50%的洗刷水；
3． 每天應(yīng)對洗刷水中的不溶物進(jìn)行不少于兩次的濃度測定，根據(jù)濃度值調(diào)節(jié)使用量，或采取其他措施；
4． 應(yīng)適當(dāng)延長攪拌時間；
5． 更換水泥、外加劑品種后應(yīng)清空貯水池，避免因水泥、外加劑不同而對拌和混凝土產(chǎn)生影響；
6． 冬季期間使用時應(yīng)能保證混凝土出機溫度，必須具備水加熱和顯示水溫裝置。
10.1.5 社會效益與經(jīng)濟效益
在國外嚴(yán)格的反污染措施使用混凝土攪拌站非常重視混凝土設(shè)備洗刷水的回收使用，骨料及水泥漿都被回收并用于混凝土生產(chǎn)。在我國隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，這一問題必將引起重視。這項技術(shù)不僅能夠取得一定的經(jīng)濟效益，其社會效益更是無法低估。以前面所說中等規(guī)模的攪拌站為例，混凝土運輸車20部，沖洗一輛運輸車用1~2噸水，每臺班刷車2次，每天至少使用清水40~80噸，而實際使用往往還要多些。每輛車每臺班可分離出砂石100公斤。每年大約可節(jié)省砂石材料費5.8萬元，水費9.3萬元，僅此兩項節(jié)省15萬元。再加上節(jié)約的排污費及節(jié)省的混凝土余料的處理費，預(yù)計全年節(jié)省資金20萬元左右。而且更值得一提的是實現(xiàn)了零污染排放，對環(huán)境的保護(hù)起到了積極的作用。
綜合以所述，洗刷水的再利用非常值得同行業(yè)中推廣，尤其在當(dāng)今環(huán)境治理越來越受到重視的情況下，這項技術(shù)的引進(jìn)及合理使用是一件非常有意義的事，具有先進(jìn)性，科學(xué)性。
＊以上內(nèi)容均原文出自于《第十章 混凝土技術(shù)創(chuàng)新》，《中國預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)管理實用手冊》，主編/陳向鋒，中國新聞聯(lián)合出版社，2004年5月版。
[b]10.1.1 混凝土設(shè)備洗刷水回收的設(shè)備[/b][color=#FFD700]混凝土設(shè)備洗刷水處理的問題就成為困擾混凝土攪拌站的一個大問題。一方面洗刷設(shè)備需要相當(dāng)大量的水，另一方面就是洗刷水的處理。在水資源日益緊張，環(huán)境保護(hù)越來越受到重視的今天，這個問題就顯得尤其突出。
