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預拌混凝土生産用廢漿水的含固量快速測定方法研究
浏覽: 發布日期:2019-06-20

摘要:通過實驗分析預拌混凝土廢漿水的容重和含固量,推算出容重與含固量的關系式,並與烘幹法進行比對,確定出一種預拌混凝土廢漿水含固量快速測定方法。該方法的應用可明顯縮短廢漿水含固量的測定時間,提高廢漿水利用率,並爲廢漿水在預拌混凝土綠色生産中的應用提供技術保障。

關鍵詞:混凝土;廢漿水;含固量;快速測定方法

1引言

目前許多預拌混凝土企業所采用的傳統生産方式是將廢棄混凝土和廢水、廢漿直接排放,這不僅對周邊環境産生巨大壓力,而且造成資源浪費。隨著國家可持續發展戰略的不斷實施和預拌混凝土行業發展要求的不斷提高,綠色生産已成爲預拌混凝土行業可持續發展的必由之路。綠色生産與傳統生産方式相比更滿足環保、低碳和可持續發展要求,且生産過程中所産生的工業廢水、廢漿和廢棄混凝土可得到循環利用,使預拌混凝土生産逐步實現零排放,廢漿水的資源化利用也將越來越受到預拌混凝土企業的重視。因此,如何科學、有效、安全的處理大量的預拌混凝土廢漿水(以下簡稱廢漿水),使廢漿水有效循環利用是預拌混凝土企業綠色生産的重要環節。

廢漿水主要是預拌混凝土企業清洗攪拌設備、運輸設備和攪拌站(樓)出料位置地面所形成的含有較多固體顆粒物的液體[1]。直接將其用于制備預拌混凝土是廢漿水資源化利用的最有效途徑之一。針對廢漿水制備混凝土的問題,國內外學者就廢漿水的摻入及摻入量對混凝土拌合物性能[2,3]、力學性能[4]及耐久性能[5-7]産生的影響進行了大量研究,研究結果表明廢漿水在混凝土中應用是完全可行的,但是對于其含固量控制和快速檢測,仍是許多已實現廢漿水再利用企業的難點,也成爲高效利用廢漿水的短板,研究並推動廢漿水快速檢測技術,對于實現零排放具有推動意義。

廢漿水含固量測定方法,一般按照重量法(烘幹法)[8]進行,耗費時間長,並且廢漿水隨著攪拌車清洗次數和頻率的變化以及使用量的差異導致含固量波動較大,采用烘幹法不能及時掌握廢漿水的含固量,所以不能及時指導生産,限制了廢漿水的應用。本文通過實驗研究預拌混凝土廢漿水的容重與含固量的關系式,並與烘幹法進行比對,確定出一種簡單、快速測定廢漿水含固量方法,並將其應用到混凝土生産中,這對廢漿水的循環利用和實現攪拌站的零排放具有重要意義。

2試驗用廢漿水

本文所研究的廢漿水來源于某預拌混凝土生産企業生産過程中清洗混凝土攪拌機、罐車産生的廢棄混凝土,並經新拌廢棄混凝土回收設備處理得到的廢漿水。爲保證廢漿水在混凝土中滿足應用技術要求,按照相關標准對該廢漿水進行了檢測及分析,指標如表1、表2所示:

從以上兩表可以看出,組成廢漿水液體和固體部分主要成分是Cl-、SO42-、SiO2、Fe2O3、Al2O3和CaO,等,其主要來源爲部分未水化的膠凝材料、水化産物和少量石粉、泥及混凝土中含有的一些可溶解的無機鹽、外加劑殘余離子等。所測各項性能指標完全滿足預應力混凝土、鋼筋混凝土、素混凝土用水標准要求。因此該廢漿水滿足應用條件,本文采用此廢漿水,推導廢漿水含固量與容重之間的關系,確定廢漿水含固量快速檢測方法。

3快速方法的確定

廢漿水中固體成分的密度[9]遠遠大于水的密度,含固量越高,其容重越大,並且廢漿水的含固量和容重之間具有相關性[10]。在本文中以某混凝土生産企業實際生産得到的廢漿水爲研究對象,通過實驗研究廢漿水液體部分和固體部分的密度以及與廢漿水容重之間的關系,推算出廢漿水容重與含固量的關系式,並與烘幹法進行比對,確定出一種預拌混凝土廢漿水含固量快速測定方法。

3.1廢漿水幹粉密度的測試與分析

可以認爲廢漿水是由水和廢漿幹粉兩部分組成。而在廢漿水的測試中發現,廢漿幹粉的密度在同一樣本及一定時間內是相對穩定的,結果如下:

在生産中的某預拌混凝土生産企業的混凝土廢漿水儲罐中間隔2小時采集一個樣本,共采集5個樣本,廢漿水經低溫烘幹後采用李氏瓶測定幹粉密度,結果見圖1:

从图1中看出,在一定时间内,废浆干粉的密度变化较小,最大测定值2.47g/cm3,最小值2.33 g/cm3,差值仅为0.14g/cm3。并且平均密度2.39g/cm3,各测定值与平均值最大差值仅为3.35%。

爲進一步驗證廢漿幹粉密度的相對穩定性,在某連續運轉預拌混凝土生産企業的混凝土廢漿水儲罐中,間隔7d采集一個樣本,共采集5個樣本,低溫烘幹後測定幹粉密度,結果見圖2:

从图2中看出,废浆干粉的密度最大测定值2.48g/cm3,最小测定值2.31 g/cm3,相差0.17g/cm3。平均密度2.38g/cm3,各测定值与平均值最大差值为4.20%。

以上研究結果表明,雖然廢漿幹粉的密度是變化的,但變化幅度較小,可以認爲廢漿幹粉在原材料及混凝土配比未發生較大變化且在一定時間內的密度是相對穩定的。

3.2廢漿水容重與含固量關系式推導

以上述實驗測試分析爲基礎,設定廢漿水是由水和廢漿幹粉兩部分組成。經過測定,常溫條件下水的密度爲ρ水=0.99g/ml,廢漿幹粉的密度爲ρ固(單位爲g/cm3)。假設1000ml廢漿水的質量爲M(單位爲g),含固量爲ω,其中水的質量爲m水(單位爲g),廢漿幹粉的質量爲m固(單位爲g)。根據守恒原則和含固量計算公式,得到以下(1)~(3)三個關系式:

上述研究結果表明,廢漿幹粉密度ρ固在同一樣本和一定時間內是相對穩定的,即K值是相對穩定的。那麽廢漿水的含固量在一定時間內隨著容重呈規律性變化。所以在廢漿水首次使用之前對K值進行標定,即可在一定時間內通過測定廢漿水的容重,快速計算出廢漿水的含固量值。

3.3 废浆水含固量快速测定方法的确立

从上述实验分析得出,废浆水含固量与容重关系式中的K值是相对稳定的,K值只与废浆干粉的密度有关,通过测定废浆干粉的密度即可建立废浆水含固量快速测定方法。为验证该方法的可行性,在室温20℃的实验室中将废浆干粉与水配制成容重分别为1000kg/m3、1025 kg/m3、1050 kg/m3、1075 kg/m3、1100 kg/m3、1125 kg/m3、1150 kg/m3、1175 kg/m3和1200 kg/m3的废浆水,并分别采用烘干法和含固量快速测定方法测定该废浆水的含固量并进行对比。

表3为分别采用快速方法和烘干法测定不同容重的废浆水含固量值及两种方法之间的误差值。(其中:快速方法的废浆干粉密度ρ固为2.40g/cm3, K值为1.70)结果见下表所示:

采用烘幹法測得的含固量,隨著廢漿水容重的增大,含固量不斷增大,廢漿水含固量與容重之間具有相關性。采用快速方法計算得到的廢漿水含固量也符合這一規律,並且采用快速方法與采用烘幹法測得的含固量差值最大爲1.03%,最小只有0.05%。以廢漿水容重1150kg/m3爲例,兩種方法測得的含固量差值爲1.03%,假設混凝土單位用水量爲170kg,生産廢漿水替代率30%(即51kg)時,采用兩種測試方法測得廢漿水中粉體質量分別爲12.06kg和11.54kg,相差0.52kg,對于容重2400kg/m3的混凝土而言,符合應用要求。

根據以上研究結果,廢漿水含固量快速測定方法適用于該混凝土生産企業廢漿水的含固量測定。其生産廢漿水的含固量與容重之間的對應關系,如圖3表示:

根據此對應關系,生産時只需測定廢漿水的容重即可快速、准確計算出廢漿水的含固量。所以該混凝土生産企業的廢漿水含固量快速測定方法可用下面的公式(5)表示。

但因K值與廢漿水的幹密度有關,因此在首次使用該快速測定方法之前需對K值進行標定,將廢漿水低溫烘幹後采用李氏瓶測定廢漿幹粉的密度並計算K值。當取自同一個攪拌站的混凝土廢漿水時,該快速測定方法的K值在一定時間內是相對穩定的,只需定期對K值進行校正(每隔1個月或原材料産地、質量、配比變化較大時);預拌混凝土企業在使用此方法前應先標定K值。當K值確定後,稱量1000mL待測廢漿水的質量,根據上述公式(5)即可快速得到廢漿水的含固量值。

該廢漿水含固量快速測定方法與烘幹法相比操作簡單,測試速度快,只需幾分鍾即可得到廢漿水的含固量值,便于及時合理調整廢漿水在混凝土中的用量,確保混凝土質量的穩定性。

4、廢漿水含固量快速測定方法的應用

爲保證該廢漿水含固量快速測定方法的可靠性,通過跟蹤測試攪拌站混凝土生産用廢漿水的含固量,驗證其實際應用效果。

4.1快速測定方法和烘幹法的比對試驗

如圖4所示,在某混凝土生産企業,采用廢漿水含固量快速測定方法與烘幹法測得的廢漿水含固量的比對試驗結果。試驗所用樣本爲2016年10月19日至11月12日之間,每天上午10點在現場廢漿水儲罐中采集廢漿水樣本,樣本實驗室測試溫度爲20℃。

從圖4可以看出,廢漿水的含固量在不同的取樣時間內存在變化。測定期間,廢漿水的最大含固量(以烘幹法測得數據爲准)爲26%,最小含固量爲11%,差值達到15%。若沒有及時測定廢漿水的含固量而將其用于混凝土生産中將會影響混凝土的質量。

采用快速測定方法測得的廢漿水含固量與烘幹法測定的含固量之間存在差異,但測得的含固量差值最大爲1.9%,最小爲0.3%。以混凝土單位用水量170kg,生産廢漿水替代率30%(即51kg)爲例,采用兩種測試方法測得廢漿水中粉體質量相差值最大爲0.97kg,對于容重2400kg/m3的混凝土而言,該誤差值滿足混凝土攪拌站的使用要求。通過廢漿水含固量快速測定方法的使用,攪拌站技術人員可根據廢漿水的含固量實時調整混凝土生産配合比,保證混凝土配比的准確性。

4.2快速測定方法和烘幹法應用效果對比分析

廢漿水含固量快速測定方法具有操作簡單、測試速度快的特點,下文將快速測定方法在實際應用過程中與烘幹法在工作量和及時性上進行了效果比對,結果見表4.

从表4可以看出,两种废浆水含固量测试方法相比,快速测定方法前期准备时间长,前期准备后在实际生产应用时只需3min 即可得到废浆水含固量值;而烘干法虽在实际生产中无需提前准备,但在实际生产应用中需要5h左右才能得到废浆水含固量值。除此之外,烘干法测定废浆水含固量耗时较长,不能及时指导混凝土生产,在不知废浆水含固量的情况下,废浆水在混凝土中的应用量只能在10%左右。而快速方法测试时间短,可根据含固量测定值随时调整废浆水在混凝土中的取代量。经试验C40以下混凝土废浆水取代量可达30%以上,C25以下强度等级混凝土取代量最高可达到100%。因此,采用废浆水含固量快速测定方法可明显提高废浆水的利用效率,对搅拌站实现零排放和绿色生产具有积极意义。

6結語

1、通過實驗測試與分析預拌混凝土廢漿水的容重與含固量,推算出容重與含固量的關系式:

並與烘幹法進行比對,測定結果兩種方法誤差值小于1.03%,符合應用要求,從而提出一種預拌混凝土廢漿水含固量快速測定方法。

2、廢漿水含固量快速測定方法在某預拌混凝土企業進行實際應用中,通過跟蹤測試廢漿水的含固量,進一步驗證廢漿水含固量快速測定方法的可靠性。快速方法與烘幹法測定的結果誤差值小于1.9%,滿足廢漿水再利用的要求。

3、廢漿水含固量快速測定方法與烘幹法相比,測試速度快,工作量小,可及時指導混凝土的生産,並能提高廢漿水的利用效率,爲廢漿水的資源化利用和實現預拌混凝土行業綠色生産奠定技術基礎。

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