張 敏

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300450)

混凝土在生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生一定量的固體廢棄物，主要來(lái)源于攪拌車(chē)和實(shí)驗(yàn)室殘留的殘?jiān)约扒鍧嵒顒?dòng)后產(chǎn)生的復(fù)雜混合物。這些固體廢棄物經(jīng)簡(jiǎn)單砂石分離后，剩下的主要為攪拌站污泥。有資料表明，1個(gè)年產(chǎn)量約10萬(wàn)m3的混凝土攪拌站，每年同步產(chǎn)生的污泥約為1 000 t[1]。部分混凝土攪拌站將污泥隨意傾倒和堆放，不僅占用了大量耕地，同時(shí)還會(huì)引起環(huán)境污染。

有研究表明[2]，混凝土攪拌站污泥的主要成分為水泥水化物和礦物摻合料二次反應(yīng)后的產(chǎn)物，以及殘存的化學(xué)外加劑、水泥和礦物摻合料等混合物。其具有一定活性，活性大小取決于污泥的生產(chǎn)和堆放時(shí)間以及產(chǎn)生污泥的廢渣源，將其粉磨后，可以制成礦物摻合料。張廣勇等[3]發(fā)現(xiàn)，攪拌站污泥可用于制備中低等級(jí)的混凝土，其摻量不宜高于12%。陳軍亮等[4]發(fā)現(xiàn)攪拌站新、老泥漿水的活性有所不同，并研究了不同濃度的廢棄泥漿對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律，提出了合理利用攪拌站廢棄泥漿水的建議。但波等[5]研究發(fā)現(xiàn)，攪拌站污泥作為礦物摻合料時(shí)，不能取代水泥，但可取代部分粉煤灰，產(chǎn)生良好的填充作用。鄧斌等[6]發(fā)現(xiàn)，攪拌站污泥取代粉煤灰的比例不超過(guò)30%時(shí)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和碳化性能不會(huì)產(chǎn)生不利影響。張巖巖[7]證明了采用10%攪拌站污泥制備水泥膠砂具有可行性。

由此可知，將攪拌站污泥粉用作礦物摻和料制備水泥基材料具備可行性，但其對(duì)混凝土性能影響的研究很少，特別是收縮特性。當(dāng)前的研究和應(yīng)用忽視了新、老污泥粉的性能差異，其對(duì)混凝土性能的影響未能考慮，阻礙了污泥粉在使用量較大的中等強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中的應(yīng)用。為此，本文研究了新、老污泥粉對(duì)不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度和干燥收縮的影響，同時(shí)探討了影響機(jī)理，為進(jìn)一步在混凝土中使用攪拌站污泥粉提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)原材料、配合比和方法

1.1 原材料

水泥為小野田水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)水泥，比表面積約為351.5 m2/kg；污泥粉為浙江省某混凝土攪拌站日常生產(chǎn)混凝土?xí)r產(chǎn)生的廢渣，經(jīng)砂石分離后得到泥漿，再經(jīng)干燥粉磨而得到粉體。從生產(chǎn)到堆放時(shí)間在1 d內(nèi)的新鮮泥漿得到的污泥粉為新污泥粉；而從生產(chǎn)到堆放時(shí)間超過(guò)7 d的泥漿得到的污泥粉為老污泥粉。新、老污泥粉的比表面積相近，分別為420 m2/kg和432 m2/kg，28 d的活性指數(shù)分別為82.5%和63.2%。水泥和污泥粉的化學(xué)成分見(jiàn)表1。由表1可知，新、老污泥粉化學(xué)成分相近，主要為Al2O3，CaO，F(xiàn)e2O3和SiO2，燒失量都高于水泥。

表1 水泥和污泥粉的化學(xué)成分 %

1.2 配合比

為研究攪拌站新、老污泥粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和干燥收縮的影響，設(shè)計(jì)了不摻污泥粉的基準(zhǔn)混凝土、摻加新污泥粉的混凝土和摻加老污泥粉的混凝土3個(gè)系列。新、老污泥粉等質(zhì)量取代水泥摻量，分別為10%，15%和20%，所有混凝土水膠比為0.42，砂率為41%，通過(guò)調(diào)整減水劑用量，使混凝土和易性滿足泵送要求。攪拌站污泥粉混凝土配合比見(jiàn)表2。

表2 攪拌站污泥粉混凝土配合比 kg/m3

1.3 方法

抗壓強(qiáng)度參照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)；干燥收縮參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50082—2009)；采用掃描電子顯微鏡測(cè)試微觀形貌。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

不同摻量新、老污泥粉下不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表3。由表3可知，相比于不摻攪拌站污泥粉的基準(zhǔn)混凝土，摻加10%新污泥粉，混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)；污泥粉摻量增加到15%，混凝土抗壓強(qiáng)度降低，但與基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度相近；繼續(xù)增加污泥粉摻量到20%，混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步降低，相比于基準(zhǔn)混凝土，60 d抗壓強(qiáng)度降低了17%。摻加老污泥粉降低了混凝土抗壓強(qiáng)度，且隨著其摻量增加，混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度不斷增加。相比于60 d基準(zhǔn)混凝土，摻加10%，15%和20%老污泥粉混凝土抗壓強(qiáng)度分別降低了11.6%，21.3%和29.5%。

表3 不同摻量新、老污泥粉下不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

2.2 干燥收縮

不同摻量新、老污泥粉對(duì)不同齡期混凝土干燥收縮的影響如圖1所示。由圖1可知，污泥粉混凝土的干燥收縮在早期發(fā)展較快，90 d后趨于穩(wěn)定。圖1(a)表明，相比于不摻攪拌站污泥粉的基準(zhǔn)混凝土，摻加10%新污泥粉降低了混凝土干燥收縮；繼續(xù)增加新污泥粉摻量時(shí)，混凝土的干燥收縮增大，摻加15%和20%新污泥粉混凝土的150 d干燥收縮分別增加5%和10%。由圖1(b)可知，摻加老污泥粉增加了混凝土干燥收縮，且隨著摻量增加，混凝土的干燥收縮增大。相比基準(zhǔn)混凝土，摻加10%，15%和20%老污泥粉混凝土150 d干燥收縮分別增加7%，19%和24%。

(a) 新污泥粉

2.3 微觀形貌

為揭示攪拌站污泥粉對(duì)混凝土性能的影響機(jī)理，測(cè)試了污泥粉混凝土28 d微觀形貌，攪拌站污泥粉混凝土的SEM圖如圖2所示。

(a) C-0 (b) C-10-N

由圖2可知，不摻攪拌站污泥粉的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為致密，水化產(chǎn)物較為豐富，互相搭接密實(shí)。摻加10%新污泥粉的混凝土水化產(chǎn)物互相銜接，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較為密實(shí)，同時(shí)可見(jiàn)新污泥粉中未水化的球狀光滑粉煤灰顆粒，對(duì)應(yīng)著較高的強(qiáng)度和較低的收縮。摻加10%老污泥粉的混凝土中可見(jiàn)較大的孔隙，部分裂縫搭接，結(jié)構(gòu)較為疏松，劣化了混凝土性能。摻加20%老污泥粉的混凝土孔隙和裂縫較多，且尺寸較大，部分搭接形成貫穿通道，把內(nèi)部結(jié)構(gòu)分割為若干塊，對(duì)應(yīng)著最低的強(qiáng)度和最大的收縮。

3 結(jié)論

1)摻加10%攪拌站新污泥粉增加了混凝土抗壓強(qiáng)度，降低了干燥收縮；繼續(xù)增加新污泥粉摻量，混凝土抗壓強(qiáng)度降低，干燥收縮增加。而摻加15%新污泥粉混凝土性能與基準(zhǔn)混凝土相近。

2)摻加攪拌站老污泥粉降低了混凝土抗壓強(qiáng)度，增加了干燥收縮，且隨著摻量增加，劣化程度不斷加劇。