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预拌混凝土生产用废浆水的含固量快速测定方法研究
浏览: 发布日期:2019-06-20

摘要:通过实验分析预拌混凝土废浆水的容重和含固量,推算出容重与含固量的关系式,并与烘干法进行比对,确定出一种预拌混凝土废浆水含固量快速测定方法。该方法的应用可明显缩短废浆水含固量的测定时间,提高废浆水利用率,并为废浆水在预拌混凝土绿色生产中的应用提供技术保障。

关键词:混凝土;废浆水;含固量;快速测定方法

1引言

目前许多预拌混凝土企业所采用的传统生产方式是将废弃混凝土和废水、废浆直接排放,这不仅对周边环境产生巨大压力,而且造成资源浪费。随着国家可持续发展战略的不断实施和预拌混凝土行业发展要求的不断提高,绿色生产已成为预拌混凝土行业可持续发展的必由之路。绿色生产与传统生产方式相比更满足环保、低碳和可持续发展要求,且生产过程中所产生的工业废水、废浆和废弃混凝土可得到循环利用,使预拌混凝土生产逐步实现零排放,废浆水的资源化利用也将越来越受到预拌混凝土企业的重视。因此,如何科学、有效、安全的处理大量的预拌混凝土废浆水(以下简称废浆水),使废浆水有效循环利用是预拌混凝土企业绿色生产的重要环节。

废浆水主要是预拌混凝土企业清洗搅拌设备、运输设备和搅拌站(楼)出料位置地面所形成的含有较多固体颗粒物的液体[1]。直接将其用于制备预拌混凝土是废浆水资源化利用的最有效途径之一。针对废浆水制备混凝土的问题,国内外学者就废浆水的掺入及掺入量对混凝土拌合物性能[2,3]、力学性能[4]及耐久性能[5-7]产生的影响进行了大量研究,研究结果表明废浆水在混凝土中应用是完全可行的,但是对于其含固量控制和快速检测,仍是许多已实现废浆水再利用企业的难点,也成为高效利用废浆水的短板,研究并推动废浆水快速检测技术,对于实现零排放具有推动意义。

废浆水含固量测定方法,一般按照重量法(烘干法)[8]进行,耗费时间长,并且废浆水随着搅拌车清洗次数和频率的变化以及使用量的差异导致含固量波动较大,采用烘干法不能及时掌握废浆水的含固量,所以不能及时指导生产,限制了废浆水的应用。本文通过实验研究预拌混凝土废浆水的容重与含固量的关系式,并与烘干法进行比对,确定出一种简单、快速测定废浆水含固量方法,并将其应用到混凝土生产中,这对废浆水的循环利用和实现搅拌站的零排放具有重要意义。

2试验用废浆水

本文所研究的废浆水来源于某预拌混凝土生产企业生产过程中清洗混凝土搅拌机、罐车产生的废弃混凝土,并经新拌废弃混凝土回收设备处理得到的废浆水。为保证废浆水在混凝土中满足应用技术要求,按照相关标准对该废浆水进行了检测及分析,指标如表1、表2所示:

从以上两表可以看出,组成废浆水液体和固体部分主要成分是Cl-、SO42-、SiO2、Fe2O3、Al2O3和CaO,等,其主要来源为部分未水化的胶凝材料、水化产物和少量石粉、泥及混凝土中含有的一些可溶解的无机盐、外加剂残余离子等。所测各项性能指标完全满足预应力混凝土、钢筋混凝土、素混凝土用水标准要求。因此该废浆水满足应用条件,本文采用此废浆水,推导废浆水含固量与容重之间的关系,确定废浆水含固量快速检测方法。

3快速方法的确定

废浆水中固体成分的密度[9]远远大于水的密度,含固量越高,其容重越大,并且废浆水的含固量和容重之间具有相关性[10]。在本文中以某混凝土生产企业实际生产得到的废浆水为研究对象,通过实验研究废浆水液体部分和固体部分的密度以及与废浆水容重之间的关系,推算出废浆水容重与含固量的关系式,并与烘干法进行比对,确定出一种预拌混凝土废浆水含固量快速测定方法。

3.1废浆水干粉密度的测试与分析

可以认为废浆水是由水和废浆干粉两部分组成。而在废浆水的测试中发现,废浆干粉的密度在同一样本及一定时间内是相对稳定的,结果如下:

在生产中的某预拌混凝土生产企业的混凝土废浆水储罐中间隔2小时采集一个样本,共采集5个样本,废浆水经低温烘干后采用李氏瓶测定干粉密度,结果见图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%。

为进一步验证废浆干粉密度的相对稳定性,在某连续运转预拌混凝土生产企业的混凝土废浆水储罐中,间隔7d采集一个样本,共采集5个样本,低温烘干后测定干粉密度,结果见图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%。

以上研究结果表明,虽然废浆干粉的密度是变化的,但变化幅度较小,可以认为废浆干粉在原材料及混凝土配比未发生较大变化且在一定时间内的密度是相对稳定的。

3.2废浆水容重与含固量关系式推导

以上述实验测试分析为基础,设定废浆水是由水和废浆干粉两部分组成。经过测定,常温条件下水的密度为ρ水=0.99g/ml,废浆干粉的密度为ρ固(单位为g/cm3)。假设1000ml废浆水的质量为M(单位为g),含固量为ω,其中水的质量为m水(单位为g),废浆干粉的质量为m固(单位为g)。根据守恒原则和含固量计算公式,得到以下(1)~(3)三个关系式:

上述研究结果表明,废浆干粉密度ρ固在同一样本和一定时间内是相对稳定的,即K值是相对稳定的。那么废浆水的含固量在一定时间内随着容重呈规律性变化。所以在废浆水首次使用之前对K值进行标定,即可在一定时间内通过测定废浆水的容重,快速计算出废浆水的含固量值。

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:

采用烘干法测得的含固量,随着废浆水容重的增大,含固量不断增大,废浆水含固量与容重之间具有相关性。采用快速方法计算得到的废浆水含固量也符合这一规律,并且采用快速方法与采用烘干法测得的含固量差值最大为1.03%,最小只有0.05%。以废浆水容重1150kg/m3为例,两种方法测得的含固量差值为1.03%,假设混凝土单位用水量为170kg,生产废浆水替代率30%(即51kg)时,采用两种测试方法测得废浆水中粉体质量分别为12.06kg和11.54kg,相差0.52kg,对于容重2400kg/m3的混凝土而言,符合应用要求。

根据以上研究结果,废浆水含固量快速测定方法适用于该混凝土生产企业废浆水的含固量测定。其生产废浆水的含固量与容重之间的对应关系,如图3表示:

根据此对应关系,生产时只需测定废浆水的容重即可快速、准确计算出废浆水的含固量。所以该混凝土生产企业的废浆水含固量快速测定方法可用下面的公式(5)表示。

但因K值与废浆水的干密度有关,因此在首次使用该快速测定方法之前需对K值进行标定,将废浆水低温烘干后采用李氏瓶测定废浆干粉的密度并计算K值。当取自同一个搅拌站的混凝土废浆水时,该快速测定方法的K值在一定时间内是相对稳定的,只需定期对K值进行校正(每隔1个月或原材料产地、质量、配比变化较大时);预拌混凝土企业在使用此方法前应先标定K值。当K值确定后,称量1000mL待测废浆水的质量,根据上述公式(5)即可快速得到废浆水的含固量值。

该废浆水含固量快速测定方法与烘干法相比操作简单,测试速度快,只需几分钟即可得到废浆水的含固量值,便于及时合理调整废浆水在混凝土中的用量,确保混凝土质量的稳定性。

4、废浆水含固量快速测定方法的应用

为保证该废浆水含固量快速测定方法的可靠性,通过跟踪测试搅拌站混凝土生产用废浆水的含固量,验证其实际应用效果。

4.1快速测定方法和烘干法的比对试验

如图4所示,在某混凝土生产企业,采用废浆水含固量快速测定方法与烘干法测得的废浆水含固量的比对试验结果。试验所用样本为2016年10月19日至11月12日之间,每天上午10点在现场废浆水储罐中采集废浆水样本,样本实验室测试温度为20℃。

从图4可以看出,废浆水的含固量在不同的取样时间内存在变化。测定期间,废浆水的最大含固量(以烘干法测得数据为准)为26%,最小含固量为11%,差值达到15%。若没有及时测定废浆水的含固量而将其用于混凝土生产中将会影响混凝土的质量。

采用快速测定方法测得的废浆水含固量与烘干法测定的含固量之间存在差异,但测得的含固量差值最大为1.9%,最小为0.3%。以混凝土单位用水量170kg,生产废浆水替代率30%(即51kg)为例,采用两种测试方法测得废浆水中粉体质量相差值最大为0.97kg,对于容重2400kg/m3的混凝土而言,该误差值满足混凝土搅拌站的使用要求。通过废浆水含固量快速测定方法的使用,搅拌站技术人员可根据废浆水的含固量实时调整混凝土生产配合比,保证混凝土配比的准确性。

4.2快速测定方法和烘干法应用效果对比分析

废浆水含固量快速测定方法具有操作简单、测试速度快的特点,下文将快速测定方法在实际应用过程中与烘干法在工作量和及时性上进行了效果比对,结果见表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结语

1、通过实验测试与分析预拌混凝土废浆水的容重与含固量,推算出容重与含固量的关系式:

并与烘干法进行比对,测定结果两种方法误差值小于1.03%,符合应用要求,从而提出一种预拌混凝土废浆水含固量快速测定方法。

2、废浆水含固量快速测定方法在某预拌混凝土企业进行实际应用中,通过跟踪测试废浆水的含固量,进一步验证废浆水含固量快速测定方法的可靠性。快速方法与烘干法测定的结果误差值小于1.9%,满足废浆水再利用的要求。

3、废浆水含固量快速测定方法与烘干法相比,测试速度快,工作量小,可及时指导混凝土的生产,并能提高废浆水的利用效率,为废浆水的资源化利用和实现预拌混凝土行业绿色生产奠定技术基础。

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