混凝土设备洗刷水的回收与利用——《中国预拌混凝土生产企业管理实用手册》
混凝土设备洗刷水的回收与利用
10.1.1 混凝土设备洗刷水回收的设备
混凝土是土木建筑工程最重要的材料。随着建设规模的日益扩大，钢筋混凝土结构成为建筑结构的主体，这就使预拌混凝土的生产得到了很快发展。据统计，到1999年全国共建成搅拌站683家，设计年生产能力12，700万M3，实际产量已超过5.400万M3。如此大量的混凝土生产，混凝土设备洗刷水处理的问题就成为困扰混凝土搅拌站的一个大问题。一方面洗刷设备需要相当大量的水，另一方面就是洗刷水的处理。在水资源日益紧张，环境保护越来越受到重视的今天，这个问题就显得尤其突出。
混凝土搅拌站每天冲洗搅拌机、运输车要用去大量的水，这些冲洗设备的洗刷水中含有水泥浆、骨料和骨料带入的杂质、外加剂等。从环保的角度，清洗水泥浆或混凝土的水具有强碱性，PH值较大，可达12左右，随意排放会污染环境。另外，使用清水冲洗运输车也是一个不小的浪费，假定冲洗一辆运输车用1~2吨的水，每天要冲洗2~3次。以一个中等规模的搅拌站每天使用20个车为例，一天就要用去40~120吨。由此看来，洗刷水的再利用是有利于环境保护和节约水资源的非常有效的途径。
为彻底解决混凝土搅拌站每天冲洗搅拌机、运输车而造成的废水排放问题，国内已经有许多厂家生产混凝土回收设备，新建搅拌站大都开始引进并使用这种回收设备，已经成为环保型搅拌站必备的冲洗设备。混凝土回收设备是由分离设备、供水系统、砂石输送与筛分系统、沉淀池等组成，这是专门为回收运输车的残余混凝土和冲洗水而设计的。这套回收设备中的分离设备主要由内部有螺旋装置的分离筒构成，通过倾斜滚筒的内壁上，冲洗后通过回收设备将砂石骨料分离出来再用于混凝土生产，分离后的洗刷水进入贮水池。贮水池中的搅拌叶按规定的时间间隔工作，保持洗刷水均匀。洗刷水通过计算机控制，进入搅拌主机被合理地用于混凝土生产。
10.1.2 混凝土拌和用水的技术要求
我国建设部JGJ63—89《混凝土拌和用水》标准将混凝土拌和用水按水源分为六大类，分别为符合国家标准的生活饮用水、地表水（包括江、河、淡水湖中的水）、地下水（其中包括井水）、海水、工业废水及混凝土生产厂、预拌混凝土设备的洗刷水。
标准规定混凝土构件厂、预拌混凝土搅拌站冲洗搅拌机和运输车的洗刷水，作为拌和用水是可以用于混凝土生产的，但要注意洗刷水所含水泥和外加剂品种对所拌和混凝土的影响。
用蒸馏水或饮用水与洗刷水对比进行水泥浆凝结时间试验，两者初凝和终凝时间差，均不应大于30min，其初凝时间和终凝时间还应符合水泥国家标准。配制的水泥砂浆或混凝土28天抗压强度比不应小于90%。拌和水中氯化物、硫化物、硫酸盐的含量应在限值内，见表1。
表1 JGJ63—89 拌和水物质含量限值
| 项目 | 钢筋混凝土 | 预应力钢筋混凝土 | 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 洗刷水中所含物质及其对混凝土性能产生影响的分析
一般来说混凝土是以水泥为胶结材料，用普通砂石材料为骨料，用水按一定比例拌和而成。为调节改善工艺性能和力学性能还加入各种化学外加剂和磨细矿质掺和料。
洗刷水中的物质来自拌制混凝土的原材料，即水泥、砂、石、外加剂、掺和料。运输车中残留的混凝土冲洗后，经过回收设备分离后绝大部分粗细骨料被分离出去，大于0.15mm颗粒已被除去。洗刷水中含有细小的水泥颗粒、骨料所带入粘土或淤泥颗粒，及可溶解的无机盐、外加剂离子等。
10.1.3.1 洗刷水中的物质分析
洗刷水中的离子来自水泥、外加剂及骨料所带入的极少量的硫酸盐、硫化物。水泥是由水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。水泥熟料是一种多矿物的聚集休，是由四种主要氧化物即CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2化合而成。在与水拌和后的极短瞬间，水泥的各个组分即发生复杂的物理、化学、力学与物理化学的变化。水泥粒子开始溶解，熟料中含的碱也快速溶解，使纯水立即变为含有多种离子的溶液，水泥浆溶液中主要离子有Ca2+、Na+、K+、OH-和SO42-，液相中还有极少量的Al2O3、SiO2。因此可以认为洗刷水溶液主要是含有Ca2+、Na+、K+、OH-和SO42-的溶液。
混凝土外加剂可以改善混凝土性能，是混凝土中不可缺少的组成部分。现在使用的外回剂常具有多种功能，其化学成分可以是有机物、无机物或二者的复合产品。一般情况下混凝土搅拌站在常温季节使用缓凝型减水剂，冬施期间使用早强剂、防冻剂。缓凝型减水剂一般为表面活性剂，这些化合物以离子状态存在，吸附在水泥颗粒表面，能降低水的表面张力，起到分散、润滑和湿润作用。作为早强、防冻组分的氯盐会加强混凝土中钢筋的锈蚀，目前趋势是掺量减少，使用限量日益严格。现在我们所使用的早强剂、防冻剂均不含有氯盐。因此除外加剂带入的碱即Na+、K+外，洗刷水中的外加剂离子不会对混凝土产生有害的影响。
在天然砂石中常含有害杂质，主要有泥、泥块、硫化物、硫酸盐。粗骨料中常含有有害杂质如粘土、淤泥、一些硫酸盐、硫化物等。砂石中的含泥量应符合JGJ52—92、JGJ53—92的规定，因此溶进洗刷水的泥量是非常微小的。
10.1.3.2 洗刷水所含物质对混凝土产生影响的分析
洗刷水中影响混凝土性能的有害离子主要为Na+、K+、SO42-、S2-。硫酸盐会影响混凝土的耐久性。一方面当水泥石与含硫酸盐的水接触时，生成二水石膏，二水石膏不但可在水泥石中结晶产生膨胀，也可以和水泥石中的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙含有大量结晶水（膨胀性更大），对水泥石具有严重破坏作用。降低混凝土耐久性。另一方面SO42-对钢筋有腐蚀作用，特别是与预应力钢筋相接触时，产生的腐蚀后果更为严重，往往导致预应力钢筋的脆性断裂。因此对预应力混凝土拌和用水中的SO42-控制要严格的多。
硫化物会造成钢筋脆断。一些研究者认为，硫化氢与铁作用产生氢原子，导致钢筋脆化，即产生氢脆。研究发现当硫化物含量为100mg/1时，就达到有害程度。
关于碱骨料反应：当水泥碱量较高时，在有水存在的条件下，水泥中的碱与混凝土骨料中的活性组分发生化学反应，使混凝土产生不均匀膨胀，导致混凝土出现裂缝，强度和弹性模量下降，从而威胁到工程的安全使用。
碱骨料反应已引起世界各国的普遍关注，近年来我国在预防碱骨料反应方面提出了相应的措施。根据工程所处环境进行分类，限定混凝土的总碱量，达到预防碱骨料反应的目的。现在各水泥厂家已将其生产的水泥的总碱量控制在0.6%以下，以减小碱骨料反应的危害。水泥中的总碱量以当量Na2O计，即R2O=Na2O%+0.658K2O%
参加碱骨料反应的碱是指水泥、外加剂、掺和料中的游离Na+、K+含量。洗刷水中的Na+、K+来自水泥、外加剂、掺和料，那么使用洗刷水带入每立方米混凝土的碱量有多少呢？每辆运输车1%的混凝土残料中水泥浆占其中的50%，计算得出洗刷水所含的碱量为：0.015%，其含量微乎其微。因此可以认为使用洗刷水不会增加碱骨料反应带来的危害。
洗刷水中含有一定量的水泥浆，使水中含有一定量的不溶物。一般来说混凝土运输车的残留混凝土量为0.5%，由此计算得出洗刷水含水泥浆的量应为2%~3%左右。而我们实际上测得的残留量大概在1%，试验室取样结果水泥浆的浓度值基本都在4~6%。有关这部分没有活性的细粉对混凝土性能影响的问题，国外对此进行过大量的研究，他们研究的结果是水泥浆浓度值控制在一定范围内（一般为4%），可以作为掺和料取代相应的粉煤灰使用，而不影响混凝土性能。我们按水泥浆浓度5%计算加入每立方米混凝土中的细粉量7.5kg，相当于骨料提高1%的含泥量。这样总的含泥量也是小于我国砂石标准中对C30以下混凝土的含泥规定的5.0%。
10.1.3.3 洗刷水水质的测定
根据以上分析，首先应取刷车的高峰期即每天交接班后和非高峰期即不集中刷车时的洗车台中经过沉淀的澄清水样进行测定。经检测机构检测，结果表明洗刷水中有害离子的含量在刷车高峰期和非高峰期并没有明显差别，且低于标准规定。
10.1.3.4 时间差和抗压强度比的测定
凝结时间差的测定依据标准GB1346—1999《水泥标准稠度，凝结时间、安全性检验方法》，用饮用水和洗刷水分别进行水泥凝结时间试验，用水量采用饮用水时水泥标准稠度用水量，计算初凝和终凝时间差。
以上试验结果表明使用洗刷水对水泥凝结时间和抗压强度没有产生有害影响，其凝结时间差均在30分钟以内，且其初凝时间和终凝时间符合水泥国家标准，3d和28d抗压强度比在90%以上。
10.1.3.5 洗刷水中的水泥浆对混凝土性能影响的研究
我们分别用不同水泥浆浓度与饮用水对比进行试验，使用相同配比、用水量、相同水泥、相同外加剂、粉煤灰，不同强度等级（C20—C30）的样本量各10组。结果发现早期强度几乎没有差异，个别样本早期强度还略高于饮用水。后期强度相对于饮用水略低，但强度比都在90%以上。抗渗试验C30达到P6。
当水泥浆浓度达到10%以上时，混凝土流动性明显差。增加用水量或外加剂量后流动性恢复。增加用水量会导致强度降低，增加外加剂会提高成本。因此在流动性或坍落度不满足要求时，不能用提高用水量的方法调整。我们用洗刷水中细粉量等量取代粉煤灰，并补充细粉量一半的水泥，进行试验，结果证明效果不错。
为检验使用洗刷水混凝土的抗冻性能，我们按GBJ80—85《普通混凝土长期和耐久性能试验方法》中的慢冻法进行了抗冻试验，冻融周期为50次循环，结果表明基本无抗压强度损失。
10.1.4 洗刷水的合理使用
大量的试验结果，证明洗刷水中的离子量对混凝土不会造成有害影响。总是的关键是洗刷水中水泥浆，根据试验，将4%的浓度值定为安全使用值，当浓度值高于4%时，可以用两种方法解决：一是降低刷水使用量，补充部分清水；二是当浓度超过4%时，不降低洗刷水使用量时，超过部分的细粉量等量取代粉煤灰用量并相应提高水泥量，以保证混凝土强度。实际生产中为确保混凝土质量，在使用时尚应注意以下问题：
1． 技术质量部门应根据实际生产情况，制定使用方案；
2． 为确保混凝土质量，C30以上强度等级的混凝土不使用洗刷水，C30以下同等级抗渗混凝土使用50%的洗刷水；
3． 每天应对洗刷水中的不溶物进行不少于两次的浓度测定，根据浓度值调节使用量，或采取其他措施；
4． 应适当延长搅拌时间；
5． 更换水泥、外加剂品种后应清空贮水池，避免因水泥、外加剂不同而对拌和混凝土产生影响；
6． 冬季期间使用时应能保证混凝土出机温度，必须具备水加热和显示水温装置。
10.1.5 社会效益与经济效益
在国外严格的反污染措施使用混凝土搅拌站非常重视混凝土设备洗刷水的回收使用，骨料及水泥浆都被回收并用于混凝土生产。在我国随着人们环保意识的不断提高，这一问题必将引起重视。这项技术不仅能够取得一定的经济效益，其社会效益更是无法低估。以前面所说中等规模的搅拌站为例，混凝土运输车20部，冲洗一辆运输车用1~2吨水，每台班刷车2次，每天至少使用清水40~80吨，而实际使用往往还要多些。每辆车每台班可分离出砂石100公斤。每年大约可节省砂石材料费5.8万元，水费9.3万元，仅此两项节省15万元。再加上节约的排污费及节省的混凝土余料的处理费，预计全年节省资金20万元左右。而且更值得一提的是实现了零污染排放，对环境的保护起到了积极的作用。
综合以所述，洗刷水的再利用非常值得同行业中推广，尤其在当今环境治理越来越受到重视的情况下，这项技术的引进及合理使用是一件非常有意义的事，具有先进性，科学性。
＊以上内容均原文出自于《第十章 混凝土技术创新》，《中国预拌混凝土生产企业管理实用手册》，主编/陈向锋，中国新闻联合出版社，2004年5月版。