混凝土搅拌站废浆制备泡沫混凝土技术研究_卢佳林_陈景_甘戈金

Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete 2017年第 1-2 期
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实践技术混凝土搅拌站废浆制备泡沫混凝土技术研究
卢佳林，陈景，甘戈金
（中建西部建设西南有限公司，四川 成都 610052）
［摘 要］本文研究了废浆在不同掺量条件下对泡沫混凝土力学性能、稳定性、孔结构以及导热系数的影响，研究表明新鲜废浆掺入量不宜超过 30%，其对泡沫混凝土稳定性及孔结构具有益化作用，对导热系数无明显影响。

搅拌站废浆用于制备泡沫混凝土制品及预拌现浇泡沫混凝土具有技术可行性。

［关键词］废浆；泡沫混凝土；抗压强度
0 前言
商品混凝土搅拌站生产废浆是在混凝土生产过程中产生的废弃物，主要来源于场地、车辆、搅拌机清洗以及报废混凝土、生产取样经过砂石分离后产生的废浆。

据统计，生产 1m 3 混凝土将产生约 20kg 废浆，2015 年我国商品混凝土产量 16.4 亿立方米，巨量的生产废物堆放占据土地资源，给环境带来沉重负担，搅拌站生产废浆的处理成为一个难题[1,2]。

目前商品混凝土搅拌站处理生产废浆的一般做法是，未硬化的报废混凝土砂石分离回收回用，少量废浆或废浆水回收制备低强度等级混凝土，但易造成混凝土质量波动大，生产组织难度大，大部分主要以填埋为主[3,4]。

部分企业利用生产废浆制备混凝土，但废浆掺量低、实心砖强度低、收缩变形大。

搅拌站生产废浆含有一定量胶凝材料，替代制备泡沫混凝土中的部分胶凝材料制备泡沫混凝土具有一定可行性。

通过研究不同龄期废浆掺量及对抗压强度、稳定性、孔结构等的影响，合理掺量控制及配合比及工艺设计，制备出性能合格的泡沫混凝土，降低商品混凝土搅拌站运营成本，100% 实现废浆利用，降低环境污染、节约土地资源。

1 试验原材料及方法
1.1 原材料
（1）水泥：拉法基 P·O 42.5R 水泥，具体性能指标见表 1。

表　１ 水泥基本性能指标
标稠用水量(%)细度(%)安定性
凝结时间(min)抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)初凝终凝3d 28d 3d 28d 26.6
0.5
合格
198
270
6.6
8.4
28.5
49.3
（2）发泡剂：ZJ-07 高性能复合发泡剂，发泡倍数 35， 1h 沉陷距为 6mm ，1h 泌水量为 32mL 。

（3）废浆：对搅拌站废浆进行化学成分统计分析，各化学组分含量范围分析结果见表 2。

表　２ 搅拌站废浆化学成分分析表 ％
组分SiO 2Fe 2O 3Al 2O 3CaO SO 3Loss 含量
35～50
2～4
8～15
18～28
1
－
1.2 试验方法
（1）配合比设计方法
泡沫混凝土配合比设计采用固定原材料重量法进行不同密度等级泡沫混凝土配合比设计。

（2）泡沫混凝土干密度及抗压强度
泡沫混凝土干密度及抗压强度参照标准 JG/T 266－2011《泡沫混凝土》进行测试。

（3）泡沫混凝土导热系数
泡沫混凝土导热系数测试方法参照标准 GB/T 10294－2008《参照绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》。

（4）泡沫混凝土稳定性
泡沫混凝土稳定性试验参照 JC/T 2199－2013《泡沫混凝土用泡沫剂》中沉降率试验方法。

2 试验结果与讨论
2.1 搅拌站废浆性能分析
搅拌站废浆主要组成为水和微细固体颗粒，包括水泥水化产物、未水化水泥颗粒、矿物掺合料、部分外加剂及特细砂等。

取 24h 新鲜废浆和 7d 陈旧废浆含水率统计分析，其中 1# 和 2# 为 24h 新鲜废浆、3# 和 4# 为 7d 陈旧废浆，表 3 不同龄期废浆含水率测定表。

可见，废浆含水率较高，不同龄期废浆含水率基本保持在 45%～60%。

表　３ 不同龄期废浆含水率测定表
编号烘干前质量(g)
烘干后质量(g)
含水率(%)1#1000.0639.056.52#1000.0632.1 58.23#1000.0686.8 45.64#
1000.0
679.4
47.2
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实践技术参照水泥胶砂强度试验方法，两种龄期烘干废浆（1d 和 7d ）分别取代水泥 0%、10%、20%、30%、40%、50% 及60%，其对胶砂强度的影响见图 1。

由图 1 可见，随着废浆掺量的增加，水泥胶砂强度逐渐下降，掺 7d 废浆胶砂强度下降趋势明显大于 24h 新鲜废浆。

而对于新鲜废浆掺量在 20%～30% 以内，强度下降趋势较小，30% 以上，胶砂强度大幅下降。

试验过程中，废浆的掺入量增加，胶砂扩展度也呈现下降趋势。

在新鲜废浆掺量为 10% 和 20% 时，胶砂强度由
20
3040强度/M p a
掺量/%
图　１ 不同废浆掺量对胶砂强度的影响
图　２ ＸＲＤ　图谱
陈军亮等[5]
通过 XRD 分析认为，新鲜废浆和陈旧废浆矿
物成分上有较大区别，新鲜废浆主要以水化铝酸钙及其他未水化的 C 3S ，C 2S 等为主，陈旧废浆中主要有石英和钙矾石等晶体，见图 2。

并通过对新鲜废浆进行 SEM 和 EDS 分析，表明新泥浆中含有大量未水化可用物质，使新鲜废浆再利用具有可行性。

2.2 不同废浆掺量对泡沫混凝土力学性能的影响
泡沫混凝土配合比设计采用固定原材料重量法进行配合比设计，废浆掺量采用 0%、10%、20%、30%、40% 以及 50%，分析不同废浆掺量对不同密度等级泡沫混凝土抗压强度的影响。

泡沫混凝土密度等级采用 400 级、600 级、800 级及 1000 级。

图 3 为不同废浆掺量对泡沫混凝土力学性能的影响。

由图 3 可见，在不同密度泡沫混凝土中掺入不同质量百分比的废浆，其强度变化趋势同水泥胶砂试验。

400 级泡沫混凝土在新鲜废浆掺量为 10%、20% 及 30% 时，抗压强度降低率分别为 10%、20% 及 39%，1000 级泡沫混凝土在新鲜废浆掺量为 10%、20% 及 30% 时，抗压强度降低率分别为 8%、15% 及 28%。

随着废浆掺量超过 30%，泡沫混凝土抗压强度降低率降幅变大。

7d 陈旧废浆对泡沫混凝土强度的降低呈现
相同的趋势，但降低率更大。

可见随着泡沫混凝土密度等级的升高，泡沫混凝土废浆掺量提高导致的抗压强度降低率减小。

由于低密度等级泡沫混凝土孔隙率较大，气泡多，随着废浆的掺入量增大，界面强度降低，造成对低密度等级的泡沫混凝土强度影响更大，强度降低率更高。

因此，对于废浆制备泡沫混凝土的应用中，宜采用新鲜废浆，及时消耗，废浆掺量不宜超过 30%，并且宜应用于密度等级较高的泡沫混凝土及其制品之中。

抗压强度/M p a
掺量/%10
203040抗压强度/M p a 掺量/%
10
20
30
40
抗压强度/M p a
掺量/%
（ｃ）８００级
抗压强度/M p a 掺量/%（ｄ）１０００级
图　３ 不同废浆掺量对泡沫混凝土力学性能的影响
2.3 不同废浆掺量对泡沫混凝土稳定性的影响
试验通过对不同废浆掺量的泡沫混凝土沉降率来分析其
对泡沫混凝土稳定性的影响。

分别制备 400 级、600 级、800 级以及 1000 级泡沫混凝土，新鲜废浆掺入量为 0%、10%、 20% 和 30%。

表 4 为不同废浆掺量条件下不同密度等级泡沫
掺量(%)强度(M P a )
2θ(°)
掺量(%)
掺量(%)掺量(%)掺量(%)
抗压强度(M P a )抗压强度(M P a )
抗压强度(M P a )抗压强度(M P a )
Q-quartz
C-CaCO 3
M-CaMg(CO 3)2 E-Ettringite S-CAS(Na) A-CAH(CL) B-C 3S/C 2S
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实践技术混凝土的沉降率。

表　４ 不同废浆掺量条件下　
不同密度等级泡沫混凝土的沉降率 ％
废浆掺量密度等级
0%10%20%30%400 级 1.60.500600 级 1.30.200800 级0.90.2001000 级
0.5
0.2
由表 4 可见，未掺入废浆的条件下，由于泡沫混凝土中气泡消泡等导致泡沫混凝土存在不同程度的沉降率。

随着泡沫混凝土密度等级升高，泡沫混凝土中气泡引入量降低，泡沫混凝土本身稳定性升高，泡沫混凝土沉降率降低。

而废浆在 10% 的掺入条件下，泡沫混凝土的沉降率大幅降低，400级泡沫混凝土的沉降率由 1.6% 降低至 0.5%，其他密度等级降低至 0.2%，而在 20% 和 30% 掺量条件下，泡沫混凝土性能稳定，未出现沉降。

废浆的引入可能对泡沫混凝土浆体具有稠化作用，并且废浆中早期水化产物对泡沫混凝土水化加速，使泡沫混凝土稳定性提高，沉降率降低。

由此可见，搅拌站废浆的引入，虽然降低了泡沫混凝土的抗压强度，但是对泡沫混凝土的稳定性具有益化作用。

2.4 不同废浆掺量对泡沫混凝土孔结构的影响
以 400 级泡沫混凝土为基准，掺入 20% 新鲜废浆分析其对泡沫混凝土孔结构的影响。

在相同放大倍数下扫描泡沫混凝土的断面孔结构。

如图 4 和图 5 所示，可以看出，400 级泡沫混凝土在未掺入废浆时，气泡孔径略大于废浆掺入 20% 的泡沫混凝土，500μm 以上的气孔数约占总数的 80%，平均孔径达到 700μm ，掺入废浆后 500μm 以上的气孔数约占总数的 72%，平均孔径达到 640μm 。

掺入废浆后，泡沫混凝土连通孔略有降低。

可见废浆的掺入对泡沫混凝土孔结构具有优化
作用。

图　４ 废浆掺量　２０％　泡沫混凝土切面图
图　５ 未掺入废浆泡沫混凝土切面图
2.5 不同废浆掺量对泡沫混凝土导热系数的影响
以 400 级泡沫混凝土为基准，掺入 10%、20% 及 30% 新
鲜废浆研究其对泡沫混凝土导热系数的影响。

表 5 为不同废浆掺量 400 级泡沫混凝土导热系数。

可见，废浆的掺入后 400 级泡沫混凝土导热系数均为 0.08 W/(m 2·K ），数值上导热系数未发生明显变化，但是由 2.4 分析可知，废浆掺入应使导热系数略有降低。

表　５ 不同废浆掺量条件下　
４００　级泡沫混凝土导热系数 Ｗ／（ｍ２·Ｋ）
废浆掺量密度等级
0%
10%
20%
30%
400 级
0.080.080.080.08
2.6 废浆制泡沫混凝土应用
由以上研究可知，搅拌站废浆制备泡沫混凝土具有技术可行性，废浆掺量应控制在 30% 以内，尽量使用新鲜废浆。

可用于制备干密度等级相对较高的（600 级及以上）泡沫混凝土砌块等制品或预拌现浇泡沫混凝土。

生产过程中易先将废浆制备成大流态废浆水并过滤掉其中粗颗粒，控制废浆含水率及额外引入用水量，加入胶凝材料制备流动度合理的用于制备泡沫土的料浆，进而利用发泡设备制备泡沫混凝土，工艺简单易行。

3 结论
（1）24h 新鲜废浆存在一定活性，相同掺量条件下掺入新鲜废浆制备泡沫混凝土抗压强度高于掺入陈旧废浆。

废浆掺量超过 30% 时，泡沫混凝土强度降幅较大。

相同掺量条件下，泡沫混凝土密度等级越高，强度降低率越低。

（2）废浆对泡沫混凝土稳定性及孔结构具有益化作用，对泡沫混凝土导热系数影响较小。

（3）搅拌站废浆制备泡沫混凝土具有技术可行性，废浆掺量应控制在 30% 以内，尽量使用新鲜废浆。

可用于制备干密度等级相对较高的（600 级及以上）泡沫混凝土砌块等制品或预拌现浇泡沫混凝土。

参考文献
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[2] 卢海东，张帆．混凝土搅拌站废浆水的回收利用[J]．福建建设科技，2013, (6)：25-27.
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[5] 陈军亮，张哲明．混凝土搅拌站废弃泥浆水的回收利 用[J]． 混凝土， 2014, (9)：130-133.
［作者简介］卢佳林（1986－），男，硕士，工程师，主要从事预拌混凝土及混凝土制品的研究。

［通讯地址］四川省成都市高新区益州大道中段 555 号星辰国际 1 栋 9 楼（610041）。