来自预拌混凝土厂的处理洗涤水对混凝土性能与耐久性的影响

为什么混凝土用水很重要

每一座新建的建筑、桥梁或道路都伴随着一项隐形代价：大量的洁净饮用水。仅混凝土生产就估计消耗了全球约16%的淡水，而许多地区正苦于为居民和农业提供安全用水。本研究探讨了一个简单但有力的想法——能否将清洗混凝土运输车后留下的浑浊废水净化并再用来配制新混凝土——以减少浪费、节约淡水，同时保持结构的安全性和耐久性？

将废水变为资源

在预拌混凝土厂，每批次后都要清洗罐车和搅拌机，产生高碱性、浑浊、含有水泥与砂粒的“洗涤水”。直接排放这种水既昂贵又可能损害土壤和河流。研究人员在埃及的一家工厂采集了这种废水，首先通过细筛去除粗大固体。经过这一基础处理后，水色由深褐变为淡黄，表明悬浮颗粒大幅减少。化学检测显示，尽管碱性较高，经处理的水在关键指标上符合国际标准关于混凝土拌和用水的安全限值。

测试如何进行

为评估这种处理洗涤水在实际中的表现，团队设计了五种混凝土配合比。一种仅用常规饮用水，其余四种将拌和水分别替换为25%、50%、75%和100%的处理洗涤水。所有配合比的水泥、砂石相同，未加除洗涤水中已溶解物质以外的额外化学外加剂。研究人员在坍落度锥试验中测量新拌混凝土的和易性，并通过抗压强度（承受挤压力的能力）和劈裂抗拉强度（在拉裂或开裂力作用下的表现）检测硬化后的强度。他们还进行了电阻率测试，通过向混凝土施加微小电流来评估侵蚀性离子在内部的迁移难易——这是判断长期耐久性和钢筋腐蚀风险的快速指标。

强度与耐久性的权衡

测试显示出明确规律。一旦引入洗涤水，新拌混凝土的流动性就下降：与仅用饮用水的对照配合比相比，坍落度约降至一半。这种易于施工性的下降与洗涤水中大量细颗粒有关——它们吸收自由水，使拌合物变得更粘稠。就强度而言，中等替代比例表现出令人意外的良好结果。在7天龄期时，25%和50%洗涤水的配合比抗压强度下降不足10%，在埃及建筑规范允许范围内。到28天，50%替代的强度基本与对照相当，而25%、75%和100%替代的强度下降最多约18%。劈裂抗拉行为呈相似趋势：在50%及以下替代时，混凝土抗裂性能与对照相近，但在75%和100%替代时，抗拉强度约下降五分之一左右。

出乎意料的长期防护提升

虽然在较高替代率下强度略有下降，但耐久性指标实际上有所改善。随着处理洗涤水比例增加，电阻率上升——25%替代时约增加44%，50%时约60%，而完全替代时电阻率可增长至原来的六倍。电阻率越高，氯离子等离子在混凝土中迁移越困难，这通常可以延缓钢筋腐蚀。研究人员将这一现象归因于“微填料”效应：洗涤水中极细的颗粒有助于堵塞小孔隙，使内部通道更曲折，从而阻止水分和盐分的轻易迁移。同时，处理后的水仍保持碱性且氯盐与硫酸盐含量较低，形成有利于维持钢筋保护状态的化学环境。

对未来建筑的意义

为便于工程师应用这些发现，团队推导出简单的数学公式，用以预测在给定洗涤水替代率下抗压强度的下降幅度。在测试范围内，这些方程与实验结果吻合良好。总体而言，研究得出结论：在预拌厂将拌和水替换最多一半为处理洗涤水是可行的，不会对结构性能造成显著损失，反而能提高抗腐蚀能力。通过沉淀与细筛等简单处理步骤，工厂可以减少淡水用量、降低污染排放，并支持全球可持续发展目标——同时无需对现有混凝土生产工艺进行重大改变。

引用: Shamseldein, A., Amr, M. & Attia, F. Impact of treated wash water from ready mix concrete plants on concrete properties and durability. Sci Rep 16, 8493 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39590-5

关键词: 可持续混凝土, 再生洗涤水, 预拌厂, 混凝土耐久性, 节约用水