研究探索：​预拌混凝土废水的 pH 值对水泥混凝土性能影响的研究

  原标题：研究探索：预拌混凝土废水的 pH 值对水泥混凝土性能影响的研究

  ［摘 要］通过对比试验，研究了不同 pH 值的饮用水和废水对水泥、粉煤灰性能及混凝土的工作性、耐久性和收缩率影响规律，得到了对混凝土工作性能和强度的综合性能最有利的水 pH 值为 9。采用废水与饮用水混合调整 pH 值用于混凝土生产，在保证工作性和耐久性的前提下，提高混凝土 28d 强度，实现废水的高效利用。

  随着我国基础设施建设的发展和城市化进程的加快，商品混凝土行业迅速成长，在当前我国全力发展循环经济和绿色转型的背景下，混凝土行业的可持续发展面临着很多压力。混凝土生产的全部过程中会产生大量的废水、废渣，其废水中包含有大量的泥沙、水泥和化学外加剂等物质[1]，pH 值在 12～13，呈现强碱性，直接排放对土壤和水资源，造成极大污染[2]。在 JGJ/T 328—2014《预拌混凝土绿色生产及管理技术》中把“废污水处理系统”和“废水利用”作为推动商砼站绿色生产的新技术新应用[3]。怎么样处理和利用好混凝土生产废水，实现废水的“零排放”，对预拌混凝土企业的经济效益、环保效益、社会责任有巨大的意义[4]。

  本研究通过采用不一样 pH 值的饮用水和废水开展水泥和混凝土试验，研究水的 pH 值对胶凝材料性能和混凝土工作性能、力学性能、耐久性和体积稳定性的影响，同时找出满足混凝土工作性能和力学性能的最优 pH 值，揭示相应规律以指导实际生产。

  （5）高效减水剂：襄阳鑫统领建材公司产 SP250聚羧酸外加剂，减水率 25%。

  （8）废水：搅拌站废水经过三级沉淀后的上层清液，pH 值通过与饮用水进行混合调整，未经稀释的纯废水性能指标见表 1。

  采用不同 pH 值的饮用水，通过对水泥胶砂物理性能及粉煤灰活性的检测，研究水的 pH 值对胶凝材料性能的影响。结果见表 2～4。

  通过表 2 数据分析不同 pH 值下水泥的物理性能，能够准确的看出，在 pH 值为 7～11 范围，水的 pH 值对水泥标稠用水量影响较小，不同 pH 值水下水泥标稠用水量基本不变；pH 值对水泥净浆流动性存在影响，随着水的 pH 值增大，水泥的初始流动度变化较小，1h 水泥净浆流动度随 pH 值增加逐渐减小，水泥净浆流动度损失加快；凝结时间随着 pH 值增加变化较小，pH 值对水泥初终凝时间影响较小；水泥的泌水率随 pH 值增加逐步减小，pH 值增加水泥的泌水性明显改善。

  由表 3 可看出，随着 pH 值增加，水泥的 7d 强度和 28d 强度呈现先增加再减小的趋势，其中在 pH 值为 8.5～10 范围，水泥的 28d 强度较高，强度最高点 pH 值为 8.5，水泥的 60d 强度随着 pH 值变化呈现不规律变化，总体上略有下降。

  通过表 4 数据分析不同 pH 值下粉煤灰的活性指数，能够准确的看出，随着 pH 值的增加，总体上粉煤灰 7d 和 28d 活性随 pH 值增加逐渐增加。高碱性环境有利于粉煤灰表面的玻璃体的溶解，提高活性 SiO2、Al2O3 的溶出量和溶出速率[5]，促进了水化反应的进行，因此增加了粉煤灰的强度活性。

  根据前期 pH 值对水泥及粉煤灰影响的影响规律，选择水 pH 值为 8～11 开展混凝土试验，混凝土配合比如表 5，分别对比饮用水和废水的 pH 值对混凝土工作性和强度的影响，试验结果如表 6。

  对于不同水质（饮用水和废水）的水而言，工作性能方面，相同 pH 值的两种水对混凝土工作性能影响不同，废水混凝土初始和 1h 坍落度值小于饮用水拌制的混凝土，废水混凝土的 1h 扩展度明显小于饮用水拌制的混凝土，随着 pH 值增加，废水的坍落度值及扩展度降低越明显。表明除废水的 pH 值对混凝土工作性能产生一定的影响外，废水中其他成分对混凝土流动性有较大的影响。强度方面，相同 pH 值的两种水，pH 值小于 11 时，废水混凝土的 7d 强度高于饮用水混凝土，pH 值在 9 以下时，废水混凝土的 28d 强度略高，pH 值大于 9 时饮用水强度略高。其原因可能是废水中含有部分细小颗粒物质，在低浓度下可提升混凝土的粘聚性和结构均匀性，同时能发挥一定的填充效果[6]，有助于混凝土的强度提高，但废水的 pH 值增加时，废水中的颗粒物质浓度增加，其胶凝活性较差，影响水泥浆体的粘结性能，不利于混凝土的强度发展。

  对比同一种水质的水对混凝土的影响。饮用水 pH值变化对混凝土初始坍落度影响较小，但对混凝土扩展度影响有一定影响，随着饮用水 pH 值增加，混凝土的初始扩展度变小；1h 坍落度和扩展度损失随饮用水pH 值增加而增加，凝结时间随饮用水 pH 值增加逐步缩短；混凝土 7d 强度随着饮用水 pH 值增加而增大，28d 强度随着 pH 值变化先增加后减小，其中 pH 值为 10 时，28d 强度最高。随着废水 pH 值增加，其初始坍落度逐渐下降，1h 坍落度损失增加，尤其是扩展度损失快速降低。采用废水pH 值为 11 的废水拌制混凝土，坍落度在 1h 就损失殆尽。考虑混凝土工作性能要求，废水的 pH 值不宜大于 10；废水对混凝土的强度影响规律与饮用水基本相同，pH 值为 9 时，28d 强度最高。

  采用不同pH值水拌制C30混凝土，对其进行氯离子扩散系数和收缩率检测，研究水的pH值对混凝土耐久性和体积稳定性的影响。

  用不同 pH 值水拌制 C30 混凝土，根据 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能测试方法标准》，采用快速氯离子迁移系数法（或称RCM法），进行氯离子扩散系数检测，结果见表 7、图 1。

  上述结果发现，随着pH值变化，混凝土氯离子扩散系数无显著变化规律，从总体上看pH值对耐久性无明显影响；从绝对数值上看pH值为10时，氯离子扩散系数最小，对混凝土的耐久性最有利。采用废水拌制混凝土的氯离子扩散系数与饮用水相似，无显著变化规律，表明本试验中废水pH值与混凝土氯离子扩散系数之间相关性不明显，对混凝土耐久性无显著的不利影响。

  采用不同pH值水拌制C30混凝土，对混凝土的收缩率进行仔细的检测，结果见表8、图2和图3。

  通过结果看出，对于不同 pH 值饮用水而言，随着pH 值增加，混凝土的收缩值逐渐减小，表明在 pH 值在 8～10 范围内，pH 值增加对提高混凝土的体积稳定性有利。对于不同pH 值的废水而言，混凝土的收缩值随着 pH 值增加，呈先减小后增加的趋势。这可能与废水中的含有部分悬浮颗粒有关，废水 pH 值增加，废水的比例增大，悬浮颗粒量增加，导致收缩率增大。

  根据上述研究结果，选定最适宜的废水pH值为9，采用井水与废水进行混合调节pH值至9，采用该混合水进行不同强度等级混凝土的生产验证，混凝土配合比与表5相同，试验结果如表 9。

  结果表明，采用废水与饮用水混合调整pH值为9，用于混凝土生产，混凝土工作性能和力学性能好，强度提高2.3MPa。后期将考虑引入pH值在线自动化测量装置实时监测调控废水的pH值，动态调节废水和饮用水的比例，实现规模化生产利用。

  本文通过研究水的 pH 值对胶凝材料性能的影响，分析不同 pH 值饮用水及废水对混凝土的工作性能、强度、耐久性和体积稳定性影响，主要得到以下结论：

  （1）在 pH 值为 7～11 范围，随着水的 pH 值增加，水泥的标稠用水量、初始流动度、凝结时间变化较小，水泥的净浆流动度损失加快，泌水率减小；粉煤灰的7d 和 28d 活性逐渐增强。

  （2）相同pH值下，相比于饮用水，废水的混凝土初始流动性小，坍落度损失率大，饮用水pH值对混凝土初始坍落度影响较小，大多数表现在扩展度差异。废水随着pH值增加，初始坍落度逐渐下降，1h坍落度损失增加，扩展度快速减小。废水的pH值小于10时工作性能影响较小，废水pH值为9时，28d强度最高。

  （3）不同pH值饮用水及废水对混凝土的耐久性无明显影响，不同pH值饮用水拌制的混凝土随pH值增加收缩率逐步减小，不同pH值废水拌制的混凝土收缩率随pH值增加先降低后增加。

  （4）本试验中，废水pH值为9时，混凝土工作性能较好，坍落度损失影响较小，混凝土强度最高，收缩值及氯离子扩散系数处于中值范围，为最佳pH值。

  [1] 冯忠林．混凝土拌和系统废污水处理方法[J]．城镇建设，2020(2): 1．

  [2] 李小玲．搅拌站废水对不同强度等级的泵送混凝土性能影响研究[D]．西安：西安建筑科技大学，2011.

  [3] 任建宏．预拌混凝土搅拌站绿色生产技术探讨[J]．建筑工程技术与设计，2016, 000(032): 306．

  [4] 武东福．预拌混凝土绿色搅拌站的建设与管理[J]．工程技术（引文版），2016(10): 00006．

  [5] 贾耀东，阎培渝．粉煤灰中 SiO2 在不同碱性条件下的溶出量及与火山灰活性指数的关系[J]．硅酸盐学报，2009, 37(7): 6．

  [6] 赵同伟，曾钰，祝频，等．关于混凝土搅拌站废水、废渣回收利用的探讨[J]．广东建材，2018,34(9): 3.