1、利用搅拌站废料浆配制加气混凝土的工作性能和物理力学性能研究一 引言商品混凝土具有技术质量和环保的优势，在全国大中城市得到了广泛的推广应用，据不完全统计，荆州市 2014 年生产商品混凝土超过 300 万 m3，但是，混凝土搅拌站在生产商品混凝土的过程中，产生了废弃的混凝土和清洗搅拌机和运输车的废水。为减少废物排放对环境的影响，混凝土企业通常安装混凝土分离回收设备对废弃的混凝土冲洗后分离出砂石料回收利用，然而废弃的料浆则是沉淀后有待处理。据统计，一个年生产能力为 10 万立方的混凝土搅拌站，仅清洗混凝土搅拌运输设备（60 车次）所形成的浆水每天高达 20-30 立方，其中每清洗一辆混凝土运输车平
2、均需要 0.66-1.0 立方的水，由于清洗后的废水里含有胶凝材料强碱物质，PH 值达到 1214，且不溶物含量约 30004500mg/L。本文对湖北楚峰建科集团荆州神州商品混凝土有限公司混凝土生产过程中产生的废浆料进行了物理化学性能分析，研究了将废料浆再次利用的工作性能，并展开相关应用。二 废浆的主要来源和处理在加气混凝土和商品混凝土生产中不可避免的会产生占生产总量 7.5-15的废料。一般情况下，将加气混凝土生产中要求将所有切割的废料和商混站内的废浆料通过打浆机进行循环多次搅拌，达到一定的密度的废料浆后，再用砂浆泵打入废浆罐内供磨砂浆使用。三 废浆返磨的优点1、废料浆返磨使部分原材料中还
3、没有完全消化的水泥和砂等原材料将再次被激活，在一定程度上可以改善砂浆在球磨过程中的性能。2、配料时适当增加废料浆能使浇注稳定，并可使产量大幅度提高。3、提高制品的强度，可生产高端产品。4、废浆返磨可提高生产环境，建造无污染绿色厂区。四 废水、废渣的再利用分析1、含固量的测定我们经过不定时取样测试，洗车峰值最高含固量可达 11.013.0，下午最小只有 1.0-3.0，常规情况下为 5.0-8.0之间。对废水的测定其密度为 1.035g/cm3，含固量 6.6，主要成分：水、水泥、粉煤灰、矿物掺合料、小于 0.080mm 的细砂、少许的含泥量（亚甲蓝试验合格） 。2、废水成分分析1 2 3 4
4、5 6 7烧失量 Sio2 Cao Mgo Fe2o3 Al2O3 16.3 32.55 11.36 3.33 2.98 32.96 99.483、细骨料粒径分析砂径 10.0 5.0 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 0.080 0 含量 0 48 103 58 77 50 68 73 23 500分计 0 9.6 20.6 11.6 15.4 10.0 13.6 14.6 4.6 100累计 0 10 30 42 57 67 81 100区属 0 0-10 35-5 65-35 85-71 95-100 100-90 一区砂4、混凝土废料浆干粉实验结果密度 g/ml 比表面
5、积 /kg 细度 亚甲蓝试验 MB 值 废料浆掺 量% 水泥掺量% 水胶比 外加剂掺量%2.2 670.9 44.5 1.0 15 85 0.35 1.6废料浆进行亚甲蓝试验，MB=1.0 ，证明废料浆是以石粉含量为主的。五 硅酸盐混凝土水化产物及物理力学性能加气混凝土的结构是由气孔和孔间壁组成，而孔间壁又是由水化产物，末水化的材料颗粒及孔隙组成。因此，讨论加气混凝土的强度及其它物理力学性能，就必须认识水化产物。如作深入的探讨必须具备专业知识和专门的手段，这对于工厂生产来说尚无必要，因此，我们在此只作一般性的讨论。一 水热处理过程中的水化产物与物理力学性能硅酸盐混凝土在高压釜中所进行的一系列物
6、理化学反应（即水热反应）使硅酸盐凝土中各组成材料之间在较高温度下互相反应，产生一系列水化产物，如水化硅酸钙，水化铝酸钙，水化铝硅酸钙和水化硫铝酸钙等。这些产物将混凝土中各固体颗粒胶结在一起，形成牢固的整体结构，赋予混凝土全新的物理化学性质。人们把这一在水热条件下合成新的水化产物的过程称为水热合成。硅酸盐混凝土的水热合成反应，本质上是石灰的水化产物Ga(OH） 2或水泥中的硅酸三钙，硅酸二钙水化时析出的 CSH 凝胶和 Ga(OH)2与硅质材料中的 SiO2、Al2O3 以及水之间的化合反应。当原料中有石膏时（主要成份CaSO4)，石膏中的 CaSO4 也参与反应。因此，我们先来认识CaO、Si
7、O2、Al2O3 与水反应的情况及产物。1 CaOSiO2H2O 系统用蒸压合成方法制得的水化硅酸钙矿物至少有 17 种，硅酸盐混凝土中常见的矿物有以下几种：表 11 几中主要的水化硅酸钙矿物组成 鲍格命名 泰勒命名 矿物组成 鲍格命名 泰勒命名C2SH0.91.25 C2SH（A） a-C2SH C2SH24 C2SH2 C2SH(II)C2SH1.41.5 C2SH(B) C 2SH C2SH1.1 CSH(A) 燧石 CSHC2SH0.31.0 C2SH（C） C 2SH C1.01.5C2SH1.02.5 CSH（B） CSH（I）注：CCaO; SSiO 2; HH2O， 下文中 A
8、AI2O3可以看出：以上水化产物主要可以分为双碱（2 个 C）型和单碱（1 个 C）型水化产物。（1）CSH（I）CSH（I）是硅酸盐混凝土中最主要的水化生成物之一，是一种结晶度较低的单碱水化硅酸钙，其晶体呈纤维状，结构为层状，与膨胀粘土矿物相似。CSH（I）单矿物有较高的抗压强度；当周围介质相对湿度降低时引起的干燥脱水使其产生较大的收缩；在 CO2 作用下，分解生成高度分散的方解石，强度有较大降低。（2）托勃莫来石（C 5S6H59）托勃莫来石也是硅酸盐混凝土中最主要的水化生成物，是一种结晶完好的单碱水化硅酸钙，在蒸压养护时间较长的情况下，半结晶的 CSH（I）可以逐渐变成结晶良好的托勃莫来
9、石。托勃莫来石的结晶呈薄片状。托勃莫来石的强度比 CSH（I）低，但是，在细小晶体的 CSH（I）中穿插一些托勃莫来石，其强度比单一 CSH（I）试件高出约一倍，在 CO2 作用下，也被分解成方解石。但碳化后强度降低减小；托勃莫来石的干燥收缩值比CSH（I）要小得多。（3）C 2SH2C2SH2是碱度的水化硅酸钙，一般仅存在于蒸压条件的开始阶段，以后就分解成 CSH（I）和 Ca(OH)2。它和 CSH（I）一样是纤维状结构。（4）硬硅钙石硬硅钙石是纯纤维状结构的致密矿物，是一种含水量低的单碱水化硅酸钙，其强度低于 CSH（I）及托勃莫来石，但干燥收缩值很小。（5）双碱水化硅酸钙 C2SH（A
10、） 、C 2SH（B） 、C 2SH（C）往往存在于蒸压开始阶段的双碱水化硅酸钙，当蒸压时间延长，转变为低碱水化物，但当石灰量较多或水泥较多时，可能稳定存在双碱水化物。双碱水化硅酸钙的强度普遍低于单碱水化物，但其结晶较好，碳化系数（碳化后强度比碳化前强度）高，收缩值小。2 CaO_AI2O3_H2O 系统常温下，这一系统中的矿物很多，但在高温水热处理下，都将转化为C3AH6，这是唯一能稳定存在的化合物，C3AH6 是立方晶体，强度低，但抗碳化性能好，经碳化后强度不但不降低，反而有所提高。3 CaO_AI2O3_SiO3_H2O水石榴子石是随着蒸压温度的变化及原材料的变化而变化，通常其结构在C3
11、AH6到 C3AS3之间，显然变化是因 SinO2代替 H2O 而成。水石榴子石有很强的结晶能力，其强度并不高，但其干湿循环及碳化强度均较高，强度也在单碱水化物和双碱水化物之间。4 CaO_AI2O3_CaSO4_H2O 系统（1）三硫型水化硫铝酸钙，晶体呈六角形柱状或针状结晶，当其形成时，固相体积增加 27 倍。（2）单硫型水化硫铝酸钙，晶体呈六角形片状，当其形成时，固相体积不增大。三硫型水化硫铝酸钙在 125175。 C 范围内是稳定的。表 12 人工合成的水化硅酸钙单矿物的性能末碳化的试件 45 昼夜碳化的试件合成条件立方试样 棱柱试样 立方试样 棱柱试样水化物名称温度（ 。 C）时间
12、体积密度kg/m3抗压强度（MPa)体积密度kg/m3抗压强度（MPa)体积密度kg/m3抗压强度（MPa)体积密度kg/m3抗压强度（MPa)托勃莫来石 175 24 1.32 32.5 1.19 3.2 1.58 0.245 1.34 0.85CSH（B） 200 120 1.33 16.5 1.06 3.0 1.71 0.23 1.31 0.20硬硅钙石 250 168 1.15 12.5 1.00 7.5 1.5 0.165 1.27 0.60200 96 1.13 1.9 0.87 0.15 1.36 0.07 0.97 0.18C2SH（C） 250 240 1.11 1.8 0.
13、98 0.25 1.38 0.155 1.33 0.40表 13 几种水化产物的强度及其他性能抗折强度（MPa)水化产物合成后 碳化后 干湿循环后抗冻性（次）碳化收缩（%）托勃莫来石 3.5 3.0 2.3 18 2.6CSH（B） 4.0 3.3 2.6 12 4.0硬硅钙石 8.3 7.6 6.0 23 0.96C2SH（A） 0.5 5.0 1.6 105 0.54C2SH（C） 0.8 2.8 1.4 75 0.37C3SH6 2.4 3.2 2.6 - 0.22C3ASH4 1.9 2.7 2.3 - 0.14二 水化产物的综合强度硅酸盐混凝土中，其胶凝物质不可能是某一种纯粹的水化产
14、物，而总是由多种水化产物的混合相或连续相组成。因此，有必要对几种水化产物的综合强度进行讨论。杨波尔研究了数种水化产物以不同比例组成的凝胶物质胶结的试件强度，其中以托勃莫来石+CSH（I）胶结的试件强度最高（设其相对强度为了 00%） ；CSH（I）或 CSH（I）+CSH（II）次之（相对强度 5662%） ；水化钙铝黄长石（含 7080%）+CSH（I）再次之（相对强度 2030%） ；水石榴子石（含 7080%）+CSH（I） （含 2030%）更次之（相对强度 1320%） ；C 2AH6+水石榴子石最低（相对强度 34%） 。以上只是从强度的角度研究了几种水化产物组合在一起的性能，而硅
15、酸盐混凝土的其它的物理力学性能并不与强度性能一致，因此，需要综合考虑获得某种理想组成的胶凝物质。第 3 节硅酸盐混凝土的强度形成生产硅酸盐混凝土的原材料要求能提供 CaO 和 SiO2。提供 CaO 的材料有石灰、水泥和粒状高炉矿渣，水泥和矿渣同时也提供了部分 SiO2；提供 SiO2 的材料有石英砂、粉煤灰及其它工业废渣。不论用什么原材料生产硅酸盐混凝土，其实质都是 CaO 与 SiO2 在水热条件下合成水化硅酸钙，以此作为硅酸盐混凝土有胶凝物质，与尚末反应的材料颗粒结合在一起，构成混凝土的整体强度，当掺有石膏时，还有 CaSO4 及粉煤灰、水泥中含有的 AI2O3 等参与反应。因此，水化产
16、物还包括水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等。一原材料的溶解度水化反应一般要经过原材料在液相中的溶解、过饱和析晶、晶体长大形成结晶结构等过程。原材料的溶解，即石灰水化后的 Ca(OH)2 和砂、粉煤灰中SiO2 溶解到液相中，然而结合为各种组成的水化硅酸钙。因此，原材料在各种条件下的溶解度，直接影响到水化产物的生成及组成。各种物质的溶解度均与温度相关。Ca(OH)2 的溶解度随温度的升高而下了降，如下 25。C 时，溶解度 1.131.3g/1,99.C 时为 0.520.60g/1,174.5.C 时为0.10.15g/1。相反，砂及无定型硅胶的溶解度随温度的升高而增加。当温度为 25。C 时，砂的无
17、定型 SiO2 溶解度在 0.040.1g/1，在 99。C 时为0.20.3g/1,溶解度极小，但当温度超过 150。C 以后，溶解度迅速增加，在174.5。C 时，达到 0.60.7g/1。无定型硅胶的溶解度稍大，在 25。C 时就达 0.10.14g/1，100。C 时达 0.360.42g/1，174.5。C 时为 0.70.8g/1。由此可见，在室温条件下及至 100。C 的蒸养条件下，由于砂的溶解度很小，石灰与砂很难反应。因此，室温养护及蒸养的灰砂制品强度很底，只有将温度提高到 150。C 以上（如 0.8MPa，174.5。C；1.0MPa，183。C 和1.2MPa,191.C
18、） ，石灰与砂的反应激烈进行。因此，蒸压灰砂制品具有较高的强度。粉煤灰中硅铝玻璃体内的 SiO2 一般称之为活性硅，可以把这种SiO2 看成无定型硅胶，由于它在 100。C 时就具有较大的溶解度，因此，蒸养粉煤灰硅酸盐制品可获得一定强度（但在这种温度在生成的水化产物主要是 CSH（I） ，制品的收缩性能等较差。在 174.5。C，开始大量生成托勃莫来石时，制品性能才能得以提高。六 配合比的计算加气混凝土之所以能够具有一定的强度，其根本原因是由于加气混凝土的基本组成材料中的钙质材料和硅质标志着蒸压养护条件下相互作用，氧化钙与二氧化硅之间进行水热合成反应形成新的产物的结果。因此，为了获得必要的生成
19、物（包括质量和数量） ，必须使原材料中的氧化钙（CaO）与二氧化硅（SiO 2）成分之间维持一定的比例，使其能够进行充分有效的反应，从而达到使加气混凝土获得强度的目的。我们把加气混凝土原材料中的氧化钙与二氧化硅之间的这种比例关系，称为加气混凝土的钙硅化，它是加气混凝土组成材料中 CaO 与 SiO2的总和的摩尔数比，写成 C/S。从我国主要的三种加气混凝土品种来看，水泥-矿渣-砂加气混凝土的C/S 在 0.54 左右；水泥-石灰-粉煤灰加气混凝土的 C/S 在 0.8 左右；而水泥-石灰-砂加气混凝土的 C/S 约在 0.7-0.8 之间。1、水料比水在加气混凝土生产中是很重要的，它既是发气反
20、应和水热合成反应的参与组份，又是使各物料均匀混合和进行各种化学反应的必要介质，水量的多少直接关系到加气混凝土生产过程的质量。水料比=总用水量/基本组成材料干重量2、设计体积密度加气混凝土的体积密度（原称容重）是加气混凝土制品的一个重要物理性能指标。加气混凝土的设计体积密度是进行配全比计算的基本根据之一，代表所设计的加气混凝土制品在完成蒸压养护后，单位体积的理论干燥重量。即包括各基本组成材料的干物料总量和制品中非蒸发水总量（其中包括化学结合水和凝胶水）二加气混凝土的配合比对加气混凝土而言，确定一个良好的配合比，必须满足下列要求：（1）制品具有良好的使用性能，符合建筑的要求。（2）制品或坯体具有良
21、好好的工艺性能，与工厂生产条件相适应。（3）所采用的原材料品种少，来源广泛，价格低廉，无污染或低污染，并尽可能多利用工业废料。水泥-石灰-砂加气混凝土是历史最悠久的品种。但各国的配合比因各地材料及经济因素也各不相同。（1）钙质材料在配料中与粉煤灰加气混凝土有相似的情形，一般来说，石灰用量约占 20-30%，水泥约占 10-20%，石灰与水泥总量占 40%，相应地砂约占 60%。（2）石膏的用量石膏在水泥-石灰-砂加气混凝土中与粉煤灰加气混凝土中的作用不尽相同，其作用主要为对石灰消解的抑制，可以使料浆稠化时间延长，使料浆温度上升平缓，有利于形成良好的气孔结构。通常，石膏用量控制在 3%以内。三 加气混凝土的配方计算在生产绝干体积密度为 500kg/立方米的产品时，实际干物料投料量不小于 500kg。配方可根据配比用：MX=mPX式中：M X-单位制品中某原材料用量（千克/立方米） ；进行计算（当加入废料浆时，加入量抵硅质材料用量） 。为了避免二次污染及提高料浆的浇注稳定性，配方中往往加入废料浆，废料浆的加入方式有两种，一种是将切除的面包头、边料等直接加入料浆罐，另一种则制成一定比重的废料浆于配料时投入，前者可以测定含水量后经验加
