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混凝土污水回收的可行性分析

內容提要: 為確保混凝土質量,C40以上強度等級的混凝土不建議使用漿水。C20以下混凝土可使用60%-70%的漿水,C20-C30混凝土可使用50%的漿水。

產品詳細介紹

混凝土污水回收的可行性分析

  在社會飛速發展的進程中,節約資源,保護環境,維持社會的可持續發展日益受到全社會的關注。作為構建社會基礎設施建設的商品混凝土也迅猛發展。在快速發展的進程中,砂、石的重新利用和漿水的零排放成為生產企業的終極目標。

  我國建設部JGJ63-89《混凝土拌和用水》標準將混凝土拌和用水按水源分為六大類,分別為符合國家標準的生活飲用水、地表水(包括江、河、淡水湖中的水)、地下水(其中包括井水)、海水 、工業廢水及混凝土生產廠預拌混凝土設備的漿水。標準規定混凝土構件廠、預拌混凝土攪拌站沖洗攪拌機和運輸車的漿水,作為拌和用水是可以用于混凝土生產的,但要注意漿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漿水對比進行水泥漿凝結時間實驗,兩者初凝和終凝時間差,均不應大于30min,其初凝時間和終凝時間還應符合水泥國家標準。配制的水泥砂漿或混凝土28天抗壓強度比不應小于90%。拌和水中氯化物、硫化物、硫酸鹽的含量應在限值內,見表1。

表1  JGJ63-89拌和水物質含量限值


表1  JGJ63-89拌和水物質含量限值 

項目

鋼筋混凝土

預應力鋼筋混凝土

素混凝土

PH

>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

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    1.漿水中所含物質及其對混凝土性能產生影響的分析 

    一般來說混凝土是以水泥為膠結材料,用普通砂石為骨料,用水按一定比例拌和而成,為調節改善工藝性能和力學性能還加入各種化學外加劑和磨吸礦質摻和料。漿水中的物質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,經過回收設備分離后絕大部分粗細骨料被分離出去,大于0.15mm顆粒已被除去。漿水中含有細小的水泥顆粒、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。 

     2.漿水中的物質分析 

    漿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,磨細制成的水硬性膠凝材料。水泥熟料是一種多礦物的聚集體,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生復雜的物理、化學、力學與物理化學的變化。水泥離子開始溶解,熟料中含的堿也快速溶解,使純水立即變為含有多種離子的溶液,泥漿溶液中主要離子有Ca2+、Na+、K+、OH-和SO2-,液相中還有極少量的Al2O3、SiO2。因此可以認為漿水水溶液主要是含有Ca2+、Na+、K+、OH-和SO2-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。現在使用的外加劑常具有多種功能,其化學成分可以是有機物、無機物或二者的復合產品。一般情況下混凝土攪拌站在常溫季節使用緩凝型減水劑,冬施期間使用早強劑、防凍劑。緩凝性減水劑一般為表面活性劑,這些化合物以離子狀態存在,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,使用限量日益嚴格。現在我們所使用的早強劑、防凍劑均不含氯鹽。因此除外加劑帶入的堿即Na+、K+外,漿水中的外加劑離子不會對混凝土產生有害的影響。在天然砂石中常含有害雜質,主要有泥、泥塊、硫化物、硫酸鹽。粗顆粒中含有有害雜質如粘土、淤泥、一些硫酸鹽、硫化物等。砂石中的含泥量應符合JGJ52—92、JGJ53—92的規定,因此溶進漿水的泥量是非常微小的。

    3.漿水所含物質對混凝土產生影響的分析 

    漿水中影響混凝土性能的有害離子主要為Na+、K+、S2-和SO2-。硫酸鹽會影響混凝土的耐久性。一方面當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晶產生膨脹,也可以和水泥石中的水化鋁酸鈣反應生成水化硫鋁酸鈣,含有大量結晶水(膨脹性更大),對水泥石具有嚴重破壞作用。降低混凝土耐久性。另一方面SO2-對鋼筋有腐蝕作用,特別是與預應力鋼筋相接觸時,產生的腐蝕后果更為嚴重,往往導致預應力鋼筋的脆性斷裂。因此,對預應力混凝土拌和用水中的SO2-控制要嚴格的多。硫化物會造成鋼筋脆斷。一些研究者認為,硫化氫與鐵作用產生氫原子,導致鋼筋脆斷,即產生氫脆。研究發現,當硫化物含量為100mg/l時,就達到有害程度。 

    關于堿骨料反應:當水泥含堿量較高時,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生化學反應,使混凝土產生不均勻膨脹,導致混凝土出現裂縫,強度和彈性模量下降,從而威脅到工程的安全使用。堿骨料反應已引起世界各國的普遍關注,近年來,我國在預防堿骨料反應方面提出了相應的措施。根據工程所處環境進行分類,限定混凝土的總堿量,達到預防堿骨料反應的目的。現在各水泥廠家已將其生產的水泥的總堿量控制在0.6以下,以減少堿骨料反應的危害。水泥中的總堿量以當量Na2O計,即R2O=Na2O%+0.658K2O% 

    參加堿骨料反應的堿是指水泥、外加劑、摻和料中的游離的Na+、K+含量。漿水中的Na+、K+來自水泥、外加劑、摻和料,那么使用漿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%,計算得出所含堿量為:0.015%,其含量微乎其微,因此可以認為使用漿水不會增加堿骨料反應帶來的危害。

    漿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%,由此計算得出漿水中含泥漿的量應為2%-3%左右。而我們實際上測得的殘留量大概在1%,實驗室取樣結果,水泥漿的濃度值基本都在4-6%。有關這部分沒有活性的細粉對混凝土性能影響的問題,國外對此進行過大量測試研究,結果表明,在4-6%范圍內,不會影響混凝土的性能。我們按水泥漿濃度5%計算,加入每立方米混凝土中的細粉量7.5kg,相當于骨料提高1%的含泥量。這樣總的含泥量也是小于我國砂石標準中對C30以下混凝土的含泥量規定的5%。 

    4.漿水水質的測定 

    根據以上分析,首先應取洗刷車的高峰期即每天交接班后和非高峰期即不集中洗刷車時的洗車臺中經過沉淀的澄清水進行測定,經檢測機構檢測,結果表明洗刷車中含有害離子的含量在洗刷車高峰期和非高峰期并沒有明顯差別,且低于標準規定。 

    5.凝結時間差和抗壓強度比的測定 

    凝結時間差的測定依據標準GB1346-1999《水泥標準稠度,凝結時間、安全性檢驗方法》,用飲用水和漿水分別進行水泥凝結時間實驗,用水量采用飲用水時水泥標準稠度用水量,計算初凝和終凝時間差。以上實驗結果表明:使用漿水對水泥凝結時間和抗壓強度沒有產生有害影響,其凝結時間差均在30分鐘以內,且其初凝時間和終凝時間符合國家標準,3d和28d抗壓強度比在90%以上。 

    6.漿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和飲用水對比進行實驗,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,結果發現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。抗滲實驗C30達到P6。 

    當水泥漿濃度達到10%以上時,混凝土流動性明顯差,增加用水量或外加劑后流動性恢復。增加用水量會導致強度降低,增加外加劑成本會提高。因此在流動性或坍落度不滿足要求時,不能用提高水量的方法調整。我們用漿水中細粉量等量取代粉煤灰,并補充細粉量一半的水泥,進行實驗,結果證明效果不錯。為檢驗用漿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實驗方法》中的慢凍法進行了抗凍實驗,凍融周期為50次循環,結果表明基本無抗壓強度損失。 

    7.漿水的合理使用 

    大量的實驗結果,證明漿水中離子量對混凝土不會造成有害影響。問題的關鍵是漿水中水泥漿,根據實驗,將4%的濃度值定為安全使用值,當濃度高于4%時,可以用兩種方法解決:一是降低漿水使用量,補充部分清水;二是當濃度超過4%時,不降低漿水使用量,超過部分的細粉量等量取代粉煤灰用量,并相應提高水泥量,以保證混凝土強度。實際生產中為確保混凝土質量,在使用時應注意以下問題: 

    1)技術質量部門應根據實際生產情況,制定使用方案; 

    2)為確保混凝土質量,C40以上強度等級的混凝土不建議使用漿水。C20以下混凝土可使用60%-70%的漿水,C20-C30混凝土可使用50%的漿水。

    3)每天應對漿水中的不溶物進行不少于兩次的濃度測定,根據濃度值調節使用量,或采取其他措施; 

    4)應適當延長攪拌時間; 

    5)更換水泥、外加劑品種后,應清空蓄水池,避免因水泥、外加劑不同而對拌和混凝土產生影響; 

    6)冬季期間。使用時應能保證混凝土出機溫度,必須具備水加熱和顯示水溫裝置 

    綜上所述,漿水的再利用非常值得混凝土行業中推廣,尤其在當今環境治理越來越受到重視的情況下,混凝土污水回收的合理使用是一件非常有意義的事,具有先進性、科學性。




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