管桩废浆在管桩生产过程中的再利用

1 引言

      在今天的建筑行业中，混凝土管桩已得到广泛的应用，其质优价廉，地质适应性好，施工方便等特点使其在各类型桩基础施工中占有的优势。随着管桩*的高速扩大，其生产过程中排出的废浆也成为越来越不可忽视的污染源。为了解决废浆的废弃问题，我公司经过一系列的试验研究，终于摸索出一套废浆再利用的方法，并在实际生产过程中不断探索和改善。

2 理论分析

2.1 废浆排放量的测定

      管桩生产在离心作业后排出的废浆成为造成二次污染的主要根源，为了对回收的管桩废浆进行再利用，我们对不同规格的管桩废浆排放量进行了测定，其统计结果如表1。

       从表1 的统计结果可以看出每立方米混凝土的废浆排放量约100㎏，若每年搅拌25 万m³ 混凝土的管桩厂（产量约200 万m），排出的废浆约2.5 万吨。而废浆中主要成分水、水泥、减水剂和磨细砂的比例约为0.40:0.39:0.02:0.19，若按这个比例计算每100㎏废浆约可节约成本1.2 元。每年可节约的生产成本约300 万元。

2.2 掺废浆的配比原理

      管桩离心作业后产生的废浆中除水份外，主要成份为磨细砂和硅酸盐水泥，还有少量减水剂和细砂。由于用一般的方法很难测定废浆中各成份的百份比。所以在进行配比试验设计时我们假定废浆中各成份比例与管桩下料时比例相同。经过大量的试验测定离心后的废浆含水率一般在30%～40%范围内。所以我们在进行配比试验设计时假定废浆的含水率为40%，然后通过计算等量代换原配比中的水泥、磨细砂和减水剂量。

2.3 生产过程中废浆的控制

      由于收集到的废浆随着时间的推移，将会渐渐失去流动性。另外，由于不同规格的管桩离心作业后产生的废浆比重也有所不同，所以我们收集废浆重新利用必须要解决两个技术性问题。①想办法延缓废浆内水泥的水化反应速度使其在重新利用前保持有一定的流动性。②要对收集后的废浆进行比重测定和调配以满足生产工艺配合比要求。

      如今我公司掺用废浆的工艺流程为：废浆收集→比重测定→调整比重→储存→称量→掺入混凝土搅拌。在此过程中，要视废浆从收集到使用的时间长短、当时的环境温度来添加适当的缓凝剂和水，并根据当天的砂石含水率大小来采用含不同废浆量的混凝土生产配比。

2.3.1 废浆的收集

       管桩离心结束后吊至废浆收集点，把废浆倒至收集斗内。此时的废浆比重一般会大于1600kg/m³，对比起我们设计配比使用的废浆比重1500±50 kg/ m³ 稍大，所以我们一般先在收集斗内加入约10 多kg 的自来水，使其和废浆混和后比重降低。此外，经过多次试验可知：在60min 内，废浆含固量随时间的变化很小，含胶量亦基本保持在50%以上，但随着收集到使用的时间延长，浆体内的水化反应速度会加快，导致浆体逐渐变稠，从而使废浆的有效含胶量发生变化，影响混凝土的质量。另一方面，从我们的日常操作上看，实际的废浆收集到使用时间经常超过60min，因此在生产中需要往浆体里掺加缓凝剂，延缓其水化反应的速度，延长其有效的留存时间。由于缓凝剂本身的抑制性，要在不同的废浆留存使用时间间隔下掺入不同比例的缓凝剂，经试验可得两者之间的关系，如表2。

      在实际使用过程中，我们发现环境温度对废浆的水化反应速度有着较大的影响。在高温时（30℃以上），水化反应速度明显加快，废浆有效留存时间缩短；反之，低温时(15℃以下)，速度相对缓慢，而有效留存时间延长。于是，我们通过试验，在不同的环境温度下，对相应的废浆留存使用时间间隔下的缓凝剂掺量作出适当的调整，如表3、表4。

      ⑴缓凝剂是由糖钙粉剂配制成浓度为10%的溶液，干粉掺量比例即每1 m³废浆中缓凝剂掺量与废浆含固量的比例(废浆比重取1550 kg/ m³，含固量取60%)。

      ⑵配合比中废浆的含水率按40%计算，在生产时要不断进行检测，若废浆的含水率偏差超过±5%，则要采用相应的措施。

      ⑶时间间隔的结果来自废浆掺缓凝剂后测出流动度接近150mm 的时间。

      ⑷由于刚掺入缓凝剂的废浆不适宜立即用于生产，特别是掺量大的时候，将会大大降低混凝土的强度，所以掺入缓凝剂的废浆是废浆的流动度达到150mm前半小时到一小时这段时间使用。

      从以上分析可以看出掺缓凝剂这一工序要有专人严格把关，因为如果掺缓凝剂量过大会导致管桩在原规定的蒸养时间内达不到规定的脱模强度，这就要延长蒸养时间，影响了管桩的周转，防碍生产；但如果掺的缓凝剂量过少，就会达不到延缓废浆水化反应的效果。处理不当还会造成废浆在收集斗内结块而损坏设备。

2.3.2 废浆的搅拌

      为防止废浆在储存过程中沉积，必须进行搅拌。在收集斗收集过程中的废浆也需要搅拌，以使废浆与预放在斗底的缓凝剂混和均匀。采用机械搅拌，那样无论时间和均匀性都得到有效的保证。

2.3.3 废浆比重的检测和调配

      因为我们现在再利用废浆是对原配方的水泥、磨细砂和减水剂进行相应代换。如果收集的废浆比重大于设计要求就会导致之后离心后产生的废浆比重更加大、更粘稠，情况严重时会出现“倒浆困难" 的现象。因此我们在重新利用废浆前必须对收集的废浆进行检测和调配，以满足使用要求。每当有新收集的废浆倒入搅拌桶内，就要测比重，不符合使用范围的，应加水稀释后再测定，直至符合使用要求为止。比重的测定方法有比重法和婆美计法，但当废浆比重较大或非常粘稠时，用婆美计测出其出的比重偏差比较大且现场环境容易打坏玻璃制的婆美计。所以我们厂采用了比重法测定废浆比重。我们经过大量试验测定管桩离心作业后产生出的废浆比重一般会大于1600㎏/ m³，而配比设计按废浆比重1500±50㎏/m³ 控制，因此收集后的废浆一般都要经加水调配以达到生产需要。

      为了便于操作我们对废浆进行加水调配的原理采用了如下几条假定：

      ⑴在废浆中加入X㎏清水后，废浆的总体积同时增加X/1000 m³。

      ⑵1000㎏清水的体积为1 m³。

      在以上假定条件下，假设测定的废浆比重为P1，在测定的废浆中加入X㎏水后再测定的废浆比重为P2。则：

     X=1000(P1-P2)/(P2-1000)(㎏)

     X=(P1-P2）/(P2-1000)( m³)

      以上的假定设计原理存在一定误差，但经测定这个误差并不大，误差的范围不会影响配方的实际用灰量。根据以上的计算原侧我们设计了一个不同比重的废浆稀释时需要添加的水量对照给生产工人使用，如表5。

2.3.4 废浆的称量

      在保证废浆比重达到要求范围内后，我公司按废浆的含胶量为50%代换相应的混凝土中的水泥和磨细砂，制定混凝土配合比投入生产，并确定了三种不同废浆掺量的配合比用来调节使用。其中当废浆存量不足或砂石含水率过大时，可采用较少废浆掺量的配合比或采用不掺废浆的配合比进行生产，以免坍落度过大影响了混凝土的和易性。所以整个掺废浆过程是一个动态过程，根据不同的情况进行调整以适应生产的需要。

2.3.5 混凝土生产

       根据混凝土配比掺入废浆的混凝土，实际用水量和坍落度都大致相近，这说明了废浆成分的稳定性。同时，假定含胶量为50%的废浆加入混凝土中后，与基准混凝土比较，其蒸养强度质量可以得到保证。对于废浆的循环利用方面，经过长期的试验和使用过程中监测可得：通过提高掺废浆混凝土的坍落度(40～70mm)和降低废浆掺量，可使管桩的离心效果满足质量要求，而管桩的初蒸强度相对基准混凝土会有一定降低，但依然在设计要求范围内，至于高蒸强度则可以保持与基准混凝 土相近的水平。

      总体来说，由于废浆本身存在的不稳定因素和容易受到外来条件（时间、温度等）的影响，因而在其使用的全过程中宜由专职的检测员负责监控，配备专门的检测工具，保证其有效性和稳定性。

3 经济效益分析

      回收利用管桩废浆再生产，不仅解决了废浆对环境的污染问题，而且通过回收利用废浆中的水泥、磨细砂和减水剂而降低了成本，也因此减少了处理废浆的费用。回收利用废浆经济效益分析如下：

      ⑴在生产过程中为了充分利用废浆，我们对不同规格的管桩产生的废浆进行测定，统计结果见表1。

      ⑵减少废浆结块的处理费用：包括用风炮凿烂、装车、运走的人工费及堆放场地租金（5000～6000 元/年）计算每天6 车，每车按100 元计算即每天耗用600元，每年350 天算即21 万元。总达21.5 万元以上。

      以上两样合计每年共可节约成本321.5 万元。

4 结语

      通过废浆在管桩生产过程中的再利用，我们既降低了胶凝材料的用量，节约了生产成本，又节省了处理废浆所需要的财力和物力，减少了废浆对社会环境的污染，达到一定经济效益和社会效益。对于管桩废浆的有效利用方面，还有很多其他的方面可以继续挖掘，希望在不久的将来，管桩废浆的利用能得到更大普及和发展。