管樁廢漿在管樁生產過程中的再利用
2006-05-06 00:00
摘要：結合本公司對管樁廢漿在生產過程中的再利用方面的一些經驗，研究廢漿在整個工藝流程中遇到的一些問題，使管樁廢漿得到更好的應用。
關鍵詞：管樁；廢漿；緩凝劑
1 引言
在今天的建筑行業中，混凝土管樁已得到廣泛的應用，其質優價廉，地質適應性好，施工方便等特點使其在各類型樁基礎施工中占有絕對的優勢。隨著管樁市場占有率的高速擴大，其生產過程中排出的廢漿也成為越來越不可忽視的污染源。為了解決廢漿的廢棄問題，我公司經過一系列的試驗研究，終于摸索出一套廢漿再利用的方法，并在實際生產過程中不斷探索和改善。
2 理論分析
2.1 廢漿排放量的測定
管樁生產在離心作業后排出的廢漿成為造成二次污染的主要根源，為了對回收的管樁廢漿進行再利用，我們對不同規格的管樁廢漿排放量進行了測定，其統計結果如表1。
從表1 的統計結果可以看出每立方米混凝土的廢漿排放量約100㎏，若每年攪拌25 萬m3 混凝土的管樁廠（產量約200 萬m），排出的廢漿約2.5 萬噸。而廢漿中主要成分水、水泥、減水劑和磨細砂的比例約為0.40:0.39:0.02:0.19，若按這個比例計算每100㎏廢漿約可節約成本1.2 元。每年可節約的生產成本約300 萬元。
2.2 摻廢漿的配比原理
管樁離心作業后產生的廢漿中除水份外，主要成份為磨細砂和硅酸鹽水泥，還有少量減水劑和細砂。由于用一般的方法很難測定廢漿中各成份的百份比。所以在進行配比試驗設計時我們假定廢漿中各成份比例與管樁下料時比例相同。經過大量的試驗測定離心后的廢漿含水率一般在30%～40%范圍內。所以我們在進行配比試驗設計時假定廢漿的含水率為40%，然后通過計算等量代換原配比中的水泥、磨細砂和減水劑量。
2.3 生產過程中廢漿的控制
由于收集到的廢漿隨著時間的推移，將會漸漸失去流動性。另外，由于不同規格的管樁離心作業后產生的廢漿比重也有所不同，所以我們收集廢漿重新利用必須要解決兩個技術性問題。①想辦法延緩廢漿內水泥的水化反應速度使其在重新利用前保持有一定的流動性。②要對收集后的廢漿進行比重測定和調配以滿足生產工藝配合比要求。
如今我公司摻用廢漿的工藝流程為：廢漿收集→比重測定→調整比重→儲存→稱量→摻入混凝土攪拌。在此過程中，要視廢漿從收集到使用的時間長短、當時的環境溫度來添加適當的緩凝劑和水，并根據當天的砂石含水率大小來采用含不同廢漿量的混凝土生產配比。
2.3.1 廢漿的收集
管樁離心結束后吊至廢漿收集點，把廢漿倒至收集斗內。此時的廢漿比重一般會大于1600kg/m3，對比起我們設計配比使用的廢漿比重1500±50 kg/ m3 稍大，所以我們一般先在收集斗內加入約10 多kg 的自來水，使其和廢漿混和后比重降低。此外，經過多次試驗可知：在60min 內，廢漿含固量隨時間的變化很小，含膠量亦基本保持在50%以上，但隨著收集到使用的時間延長，漿體內的水化反應速度會加快，導致漿體逐漸變稠，從而使廢漿的有效含膠量發生變化，影響混凝土的質量。另一方面，從我們的日常操作上看，實際的廢漿收集到使用時間經常超過60min，因此在生產中需要往漿體里摻加緩凝劑，延緩其水化反應的速度，延長其有效的留存時間。由于緩凝劑本身的抑制性，要在不同的廢漿留存使用時間間隔下摻入不同比例的緩凝劑，經試驗可得兩者之間的關系，如表2。
在實際使用過程中，我們發現環境溫度對廢漿的水化反應速度有著較大的影響。在高溫時（30℃以上），水化反應速度明顯加快，廢漿有效留存時間縮短；反之，低溫時(15℃以下)，速度相對緩慢，而有效留存時間延長。于是，我們通過試驗，在不同的環境溫度下，對相應的廢漿留存使用時間間隔下的緩凝劑摻量作出適當的調整，如表3、表4。
⑴緩凝劑是由糖鈣粉劑配制成濃度為10%的溶液，干粉摻量比例即每1 m3廢漿中緩凝劑摻量與廢漿含固量的比例(廢漿比重取1550 kg/ m3，含固量取60%)。
⑵配合比中廢漿的含水率按40%計算，在生產時要不斷進行檢測，若廢漿的含水率偏差超過±5%，則要采用相應的措施。
⑶時間間隔的結果來自廢漿摻緩凝劑后測出流動度接近150mm 的時間。
⑷由于剛摻入緩凝劑的廢漿不適宜立即用于生產，特別是摻量大的時候，將會大大降低混凝土的強度，所以摻入緩凝劑的廢漿最好是廢漿的流動度達到150mm前半小時到一小時這段時間使用。
從以上分析可以看出摻緩凝劑這一工序要有專人嚴格把關，因為如果摻緩凝劑量過大會導致管樁在原規定的蒸養時間內達不到規定的脫模強度，這就要延長蒸養時間，影響了管樁的周轉，防礙生產；但如果摻的緩凝劑量過少，就會達不到延緩廢漿水化反應的效果。處理不當還會造成廢漿在收集斗內結塊而損壞設備。
2.3.2 廢漿的攪拌
為防止廢漿在儲存過程中沉積，必須進行攪拌。在收集斗收集過程中的廢漿也需要攪拌，以使廢漿與預放在斗底的緩凝劑混和均勻。最好采用機械攪拌，那樣無論時間和均勻性都得到有效的保證。
2.3.3 廢漿比重的檢測和調配
因為我們現在再利用廢漿是對原配方的水泥、磨細砂和減水劑進行相應代換。如果收集的廢漿比重大于設計要求就會導致之后離心后產生的廢漿比重更加大、更粘稠，情況嚴重時會出現“倒漿困難” 的現象。因此我們在重新利用廢漿前必須對收集的廢漿進行檢測和調配，以滿足使用要求。每當有新收集的廢漿倒入攪拌桶內，就要測比重，不符合使用范圍的，應加水稀釋后再測定，直至符合使用要求為止。比重的測定方法有比重法和婆美計法，但當廢漿比重較大或非常粘稠時，用婆美計測出其出的比重偏差比較大且現場環境容易打壞玻璃制的婆美計。所以我們廠采用了比重法測定廢漿比重。我們經過大量試驗測定管樁離心作業后產生出的廢漿比重一般會大于1600㎏/ m3，而配比設計按廢漿比重1500±50㎏/m3 控制，因此收集后的廢漿一般都要經加水調配以達到生產需要。
為了便于操作我們對廢漿進行加水調配的原理采用了如下幾條假定：
⑴在廢漿中加入X㎏清水后，廢漿的總體積同時增加X/1000 m3。
⑵1000㎏清水的體積為1 m3。
在以上假定條件下，假設測定的廢漿比重為P1，在測定的廢漿中加入X㎏水后再測定的廢漿比重為P2。則：
X=1000(P1-P2)/(P2-1000)(㎏)
X=(P1-P2）/(P2-1000)( m3)
以上的假定設計原理存在一定誤差，但經測定這個誤差并不大，誤差的范圍不會影響配方的實際用灰量。根據以上的計算原側我們設計了一個不同比重的廢漿稀釋時需要添加的水量對照給生產工人使用，如表5。
2.3.4 廢漿的稱量
在保證廢漿比重達到要求范圍內后，我公司按廢漿的含膠量為50%代換相應的混凝土中的水泥和磨細砂，制定混凝土配合比投入生產，并確定了三種不同廢漿摻量的配合比用來調節使用。其中當廢漿存量不足或砂石含水率過大時，可采用較少廢漿摻量的配合比或采用不摻廢漿的配合比進行生產，以免坍落度過大影響了混凝土的和易性。所以整個摻廢漿過程是一個動態過程，根據不同的情況進行調整以適應生產的需要。
2.3.5 混凝土生產
根據混凝土配比摻入廢漿的混凝土，實際用水量和坍落度都大致相近，這說明了廢漿成分的穩定性。同時，假定含膠量為50%的廢漿加入混凝土中后，與基準混凝土比較，其蒸養強度質量可以得到保證。對于廢漿的循環利用方面，經過長期的試驗和使用過程中監測可得：通過提高摻廢漿混凝土的坍落度(40～70mm)和降低廢漿摻量，可使管樁的離心效果滿足質量要求，而管樁的初蒸強度相對基準混凝土會有一定降低，但依然在設計要求范圍內，至于高蒸強度則可以保持與基準混凝 土相近的水平。
總體來說，由于廢漿本身存在的不穩定因素和容易受到外來條件（時間、溫度等）的影響，因而在其使用的全過程中宜由專職的檢測員負責監控，配備專門的檢測工具，保證其有效性和穩定性。
3 經濟效益分析
回收利用管樁廢漿再生產，不僅解決了廢漿對環境的污染問題，而且通過回收利用廢漿中的水泥、磨細砂和減水劑而降低了成本，也因此減少了處理廢漿的費用。回收利用廢漿經濟效益分析如下：
⑴在生產過程中為了充分利用廢漿，我們對不同規格的管樁產生的廢漿進行測定，統計結果見表1。
⑵減少廢漿結塊的處理費用：包括用風炮鑿爛、裝車、運走的人工費及堆放場地租金（5000～6000 元/年）計算每天6 車，每車按100 元計算即每天耗用600元，每年350 天算即21 萬元。總達21.5 萬元以上。
以上兩樣合計每年共可節約成本321.5 萬元。
4 結語
通過廢漿在管樁生產過程中的再利用，我們既降低了膠凝材料的用量，節約了生產成本，又節省了處理廢漿所需要的財力和物力，減少了廢漿對社會環境的污染，達到一定經濟效益和社會效益。對于管樁廢漿的有效利用方面，還有很多其他的方面可以繼續挖掘，希望在不久的將來，管樁廢漿的利用能得到更大普及和發展。
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