【特别策划】废水使用方面的若干问题探讨
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第3期
编者按：在这个变革的时代，混凝土行业的发展形势也发生了急剧变化，企业需要积极利用数字化先进的技术手段，提高生产效率，降低能耗，实现可持续发展。绿色低碳技术的交流与合作，将为混凝土行业带来更多的创新和机遇，推动行业向绿色、低碳、智能化的方向发展。本期将相关文章汇编成特别策划，分享给读者。
特别策划 ：混凝土行业数字化转型与绿色低碳技术交流
废水使用方面的若干问题探讨
吴海松，吴合建，邹光辉，吴炎炎，吴合志
［摘 要］本文介绍了废水的使用条件和成分，分析了废水中各成分在不同环境下对混凝土工作性能的影响，以及在不同混凝土强度等级中废水的使用比例。同时，还探讨了废水在使用后对混凝土实体结构的质量和耐久性的影响。
［关键词］废水；成分；混凝土；工作性能
0 前言
有关废水的科学、合理化再利用，应从固废利用、环境保护延伸至商砼企业生产综合利润最大化方面展开。废水中有微观颗粒的填充作用和潜在活性的增强效果，科学、合理地利用，可趋利避害，有利于改善混凝土拌合物的工作性能，降低综合生产成本。
有关废水的使用情况，本文将讨论废水的使用条件、废水的成分，分析废水的成分在不同的环境下对混凝土工作性能的影响，及相关的专项试拌验证，在不同强度等级混凝土中废水的使用比例，废水在使用后对其实体结构的质量及质量耐久性的影响。
1 废水合理利用的前提条件
首先，废水能否被合理循环利用，取决于其前期的搅拌匀质性和稳定的浓度，这两点至关重要。如果废水中混入细骨料的颗粒成分，那么由于细骨料自重作用的影响，很难确保废水的匀质性，会给出站混凝土的和易性带来较大的波动，坍落度很难被控制，包括在施工过程中的坍落度损失也会因此受影响。如果不解决废水的匀质性问题，废水的应用将无从谈起。
目前，淮北砼友乐环保科技有限公司的零排放废水处理设备，已经从设备工艺的源头有效地分离出所有的粗、细骨料，从根本上确保所使用的废水仅含0.15mm以下的粉尘颗粒（粒径0.15～4.75mm的颗粒为细骨料，粒径4.75mm以上的颗粒为粗骨料）。同时该公司环保零排放废水处理设备的数字化监控系统也已经能够完全确保废水的浓度处在合理化生产应用的最佳状态。
在废水浓度稳定的状态下，其具体的参数值应纳入混凝土配合比设计的考虑范畴，正如混凝土工地施工现场的施工管理水平高低也应同样被纳入配合比设计考虑范围是一样的。最终的浓度高低与废水的单方使用量成反比，即浓度高，单方的使用比例小。废水被稀释后转化为生产用水的粉尘含量相对稳定，才能确保新拌混凝土的工作性能良好，特别是出厂坍落度及现场施工的坍落度损失不会因此受影响。
2 废水中成分对混凝土工作性能及实体结构的影响
有些技术人员对废水在混凝土中的生产应用有顾虑，甚至存在排斥心理。其实，废水的成分主要来源于原有混凝土的原材料组分，包括经过有效处理分离后的粗、细骨料中的小于0.15mm的微粒，已接近或完全超过凝结时间的水泥颗粒、矿粉颗粒、粉煤灰颗粒，以及用于改善混凝土工作性能和使用功能的外加剂。
2.1 废水中的石粉
0.15mm以下的细微颗粒一般为石粉。大部分的商砼企业所使用的骨料为人工碎石及人工机制砂，其成分为沉积岩类的石灰岩及火成岩类的花岗岩居多。其中，石灰岩的石粉具备潜在活性，其活性的高低与其表面积的大小（即石粉的粗细程度）、钙质成分的高低有密切的关系；火成岩类的花岗岩石粉颗粒是地壳深处的熔融岩浆喷出地表时所形成的，不具备活性的成分。但无论具有或不具有活性成分，其良好的物理填充作用是不变的，且其硬度均在硬岩石及次硬岩石的范围内，一般其母岩的强度在80MPa以上的居多。
2.2 废水中的胶凝材料
干燥的水泥颗粒是混凝土强度的主要贡献组分，但废水中的水泥颗粒已参与水化，且基本处在超过凝结时间的状态，所以废水中的水泥颗粒已失去活性，但其微观的填充作用是不变的，对混凝土密实程度的改善起到了积极作用。
矿粉颗粒及粉煤灰颗粒，由于其强度的发挥是靠早期水泥水化产生的碱性物质——Ca(OH)作为激发剂来完成水化反应的，且对混凝土的中、后期强度有贡献，所以废水中的矿粉及粉煤灰颗粒在废水被再次利用的过程中，依然对混凝土强度有贡献。同时也具备微观的物理填充效应，对混凝土的粘聚性、保水性起到积极的改善作用。
2.3 废水中外加剂
尽管废水中的外加剂成分相对较为复杂。根据笔者多年的实践经验得出结论：废水中的外加剂成分因被大量的拌合水稀释，对新拌混凝土工作性能的影响可以忽略不计。
尽管聚羧酸盐高效减水剂与萘系高效减水剂不相容，但因萘系减水剂对水泥的适应性较差，且对混凝土耐久性也有影响，其工业萘、硫酸和甲醛对环境也存在污染，目前这种外加剂已逐渐退出建筑市场。所以废水中含有萘系及聚羧酸盐减水剂不相容所导致对混凝土工作性能及质量影响的问题实质上已不存在了。
冬施期间（连续5天日平均气温低于5℃即进入冬期施工），混凝土外加剂中添加的早强、防冻组分会在气温升高的环境下对混凝土初始流动性、可泵性产生较大的影响。
当冬期施工期间，含有早强、防冻组分的废水在负温下不会影响新拌混凝土的工作流动性，但这种废水因种种原因没有被及时消纳使用的，遇到温度较高的环境下能否使用？是否会影响到混凝土的工作和易性？笔者曾在温差＞10℃以上，即升温10℃以上的气温环境下做过相关的试拌验证工作。
选择在升温10℃的当天下午2:00点（此时间段为当日的最高气温）要求试验室展开如下试拌验证工作：以C30泵送配合比作为试验条件，要求配比的组分相同，原材的品种及质量参数相同，以清水及含有防冻、早强成分的废水为拌合水分别试拌二组试验配比，用以观察初始和易性是否相一致；静置期间有无泌水、分层、离析现象，经时坍损是否一致，倒置坍落度桶呈现的流动性指标是否相一致，成型后标养的7d、28d、60d的龄期强度值是否相近。其验证结果为：清水试拌配比与含有早强、防冻组分的废水试拌的混凝土工作性能基本一致，试压的各龄期试件的抗压强度值也满足GB 50164—2011《混凝土质量控制》的规范要求，且事后对含有防冻、早强组分的废水所拌制的混凝土实体结构进行跟踪回弹，其实体结构的各龄期强度发展正常，后期各项质量耐久性指标也正常。
为力求试拌结论的准确性，各试验室在冬期施工期间的最低温度达到-9℃时取料试拌，分别取清水及含有早强、防冻组分的废水，在室内空调温度设定为18～ 20℃试拌条件下作如上的配比试拌验证，其验证结果也均相一致。
参考试拌数据及试拌结果，理论分析的结论为：含有早强、防冻组分的废水由于其匀质性和浓度得到有效地控制，在大量的清水稀释后，其微弱的早强、防冻组分基本不会因气温升高对混凝土早期工作性能及现场施工和易性、可泵性产生影响，也不会对结构实体的后期耐久性产生影响。
对废水中外加剂的其他常用组分，如引气、调凝、保坍、减水等成分对新拌混凝土的工作性能及质量耐久性的影响方面，也展开了废水与纯清水拌制的混凝土的横向比对试验，其结论也一致。
综上所述，废水中的外加剂所有的组分因其稀释后的微弱含量，对新拌混凝土的工作性能及质量耐久性产生的影响可以忽略不计。
3 废水在混凝土生产过程中的使用问题
关于废水在混凝土生产过程中的所使用的界定比例，一般C25及C25以下的混凝土在废水匀质性良好、浓度稳定的条件下，其使用比例可放宽至30%乃至40%。C25以下的混凝土因其有效胶材使用量较少，且其粘聚性及保水性也不及C25以上强度等级的混凝土。此时，适当提高废水的使用比例可显著地改善其工作和易性。特别是C25及C25以下的非泵送混凝土，包括非泵送道路混凝土，因其工作和易性较泵送混凝土易于满足施工要求，其设计的有效胶材往往较低，此时适当提高废水的使用比例，能显著地改善混凝土的工作性能，废水中的具有潜在活性的矿粉及粉煤灰成分也会对混凝土中、后期强度发展起到增强作用。对于道路混凝土拌合物，更易于提浆收面，硬化后表面硬度及耐磨性也不会因废水中微弱的粉煤灰含量而受到影响。
C40以上强度等级混凝土因其使用的有效胶材量较高，其保水性及粘聚性良好，优于C25以下强度等级的混凝土，易于满足施工要求，特别是泵送要求。此时，废水的使用比例可酌情下调，否则其新拌混凝土过于黏稠的工作状态会影响其工作流动性，不利于混凝土泵送的正常施工。如果在此时对C40以上强度等级混凝土细骨料的细度模数适当地上调，同时对设计的砂率作适当地下调，其废水的使用比例可基本不受影响。
4 结论
在当下地房地产市场持续萎缩的今天，又遇到部分省份因其过于庞大的地方债务而叫停了基建项目，对商砼企业来讲，无疑是雪上加霜。企业如何渡过难关，走出困境生存下去？唯有通过过硬的产品质量和优质的售后、技术服务才能赢得市场口碑。在生产运营上盯紧大处的同时也着眼于小处，从方方面面去节能降耗、开源节流。对于废水的合理循环再利用，不仅能够节约水资源，还顺应环保政策的要求，提升产品的质量，对于企业有良好的经济效益和社会效益显著。
供稿人：吴海松，吴合建等
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
【会议培训】
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2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
【咨询服务】
预拌混凝土质量追溯研究
高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询
课题研究
研发中心建设
[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
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复合掺合料和再生复合掺合料研发与制备
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建筑垃圾再生砂粉应用技术
建筑垃圾再生轻粗骨料技术
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【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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