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    洗刷水回收利用的研究

    时间:2023-05-08     

    10.1.1  混凝土設備洗刷水回收的設備
     
          混凝土是土木建筑工程較重要的材料。隨著建設規模的日益擴大,鋼筋混凝土結構成為建筑結構的主體,這就使預拌混凝土的生產得到了很快發展。據統計,到1999年全國共建成攪拌站683家,設計年生產能力12,700萬M3,實際產量已超過5.400萬M3。如此大量的混凝土生產,混凝土設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。一方面洗刷設備需要相當大量的水,另一方面就是洗刷水的處理。在水資源日益緊張,環境保護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,這些沖洗設備的洗刷水中含有水泥漿、骨料和骨料帶入的雜質、外加劑等。從環保的角度,清洗水泥漿或混凝土的水具有強堿性,PH值較大,可達12左右,隨意排放會污染環境。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境保護和節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,國內已經有許多廠家生產混凝土回收設備,新建攪拌站大都開始引進并使用這種回收設備,已經成為環保型攪拌站的沖洗設備;炷粱厥赵O備是由分離設備、供水系統、砂石輸送與篩分系統、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計的。這套回收設備中的分離設備主要由內部有螺旋裝置的分離筒構成,通過傾斜滾筒的內壁上,沖洗后通過回收設備將砂石骨料分離出來再用于混凝土生產,分離后的洗刷水進入貯水池。貯水池中的攪拌葉按規定的時間間隔工作,保持洗刷水均勻。洗刷水通過計算機控制,進入攪拌主機被合理地用于混凝土生產。
     
    10.1.2        混凝土拌和用水的技術要求
     
          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、預拌混凝土設備的洗刷水。
     
          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洗刷水,作為拌和用水是可以用于混凝土生產的,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行水泥漿凝結時間試驗,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
    項目
    鋼筋混凝土
    預應力鋼筋混凝土
    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,用普通砂石材料為骨料,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細礦質摻和料。
     
          洗刷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。洗刷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。
     
    10.1.3.1       洗刷水中的物質分析
     
          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生復雜的物理、化學、力學與物理化學的變化。水泥粒子開始溶解,熟料中含的堿也快速溶解,使純水立即變為含有多種離子的溶液,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在使用的外回劑常具有多種功能,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。緩凝型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,F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。粗骨料中常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,因此溶進洗刷水的泥量是非常微小的。
     
    10.1.3.2       洗刷水所含物質對混凝土產生影響的分析
     
          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SO42-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SO42-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,導致鋼筋脆化,即產生氫脆。研究發現當硫化物含量為100mg/1時,就達到有害程度。
     
          關于堿骨料反應:當水泥堿量較高時,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,F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,以減小堿骨料反應的危害。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。因此可以認為使用洗刷水不會增加堿骨料反應帶來的危害。
     
          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的研究,他們研究的結果是水泥漿濃度值控制在一定范圍內(一般為4%),可以作為摻和料取代相應的粉煤灰使用,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以下混凝土的含泥規定的5.0%。
     
    10.1.3.3         洗刷水水質的測定
     
          根據以上分析,首先應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過沉淀的澄清水樣進行測定。經檢測機構檢測,結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,且低于標準規定。
     
    10.1.3.4         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》,用飲用水和洗刷水分別進行水泥凝結時間試驗,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。
     
          以上試驗結果表明使用洗刷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水泥國家標準,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?節B試驗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量后流動性恢復。增加用水量會導致強度降低,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整。我們用洗刷水中細粉量等量取代粉煤灰,并補充細粉量一半的水泥,進行試驗,結果證明效果不錯。
     
          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》中的慢凍法進行了抗凍試驗,凍融周期為50次循環,結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鍵是洗刷水中水泥漿,根據試驗,將4%的濃度值定為安全使用值,當濃度值高于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;二是當濃度超過4%時,不降低洗刷水使用量時,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;炷临|量,在使用時尚應注意以下問題:
    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;炷临|量,C30以上強度等級的混凝土不使用洗刷水,C30以下同等級抗滲混凝土使用50%的洗刷水;
    3.  每天應對洗刷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貯水池,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。
     
    10.1.5    社會效益與經濟效益
     
          在國外嚴格的反污染措施使用混凝土攪拌站非常重視混凝土設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。在我國隨著人們環保意識的不斷提高,這一問題必將引起重視。這項技術不僅能夠取得一定的經濟效益,其社會效益更是無法低估。以前面所說中等規模的攪拌站為例,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。每年大約可節省砂石材料費5.8萬元,水費9.3萬元,僅此兩項節省15萬元。再加上節約的排污費及節省的混凝土余料的處理費,預計全年節省資金20萬元左右。而且更值得一提的是實現了零污染排放,對環境的保護起到了積極的作用。
     
          綜合以所述,洗刷水的再利用非常值得同行業中推廣,尤其在當今環境治理越來越受到重視的情況下,這項技術的引進及合理使用是一件非常有意義的事,具有先進性,科學性。

     
    *以上內容均原文出自于《第十章 混凝土技術創新》,《中國預拌混凝土生產企業管理實用手冊》,主編/陳向鋒,中國新聞聯合出版社,2004年5月版。
    [b]10.1.1  混凝土設備洗刷水回收的設備[/b][color=#FFD700]混凝土設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。一方面洗刷設備需要相當大量的水,另一方面就是洗刷水的處理。在水資源日益緊張,環境保護越來越受到重視的今天,這個問題就顯得尤其突出。


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