攪拌站廢漿回收利用正交試驗(yàn)研究與應(yīng)用

楊松林，王光偉，曹達(dá)純

（深圳市為海建材有限公司，廣東 深圳 518114）

攪拌站廢漿回收利用正交試驗(yàn)研究與應(yīng)用

楊松林，王光偉，曹達(dá)純

（深圳市為海建材有限公司，廣東 深圳 518114）

本文以 C35 泵送混凝土為例采用正交試驗(yàn)研究攪拌站廢漿的應(yīng)用，分析其對(duì)預(yù)拌混凝土初始坍落度、坍落度損失、抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：廢漿密度是影響混凝土初始坍落度及 28d 抗壓強(qiáng)度的主要因素，廢漿摻量是影響混凝土 1h坍落度損失值的主要因素，而外加劑用量屬于次要影響因素。

預(yù)拌混凝土；廢漿；正交試驗(yàn)；強(qiáng)度

0 前言

隨著預(yù)拌混凝土行業(yè)的飛速發(fā)展，攪拌站在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢漿，給自然環(huán)境造成巨大的壓力。目前，攪拌站廢漿的問(wèn)題正逐漸受到人們的關(guān)注，因而廢漿回收利用已成為綠色環(huán)保攪拌站建設(shè)與發(fā)展的關(guān)鍵。

攪拌站廢漿是清洗攪拌樓攪拌機(jī)、混凝土攪拌車鼓內(nèi)以及分離混凝土剩料，經(jīng)砂石分離機(jī)分離出砂、石后的剩余產(chǎn)物。廢漿中含有部分未水化的膠凝材料、水化產(chǎn)物、石粉、泥等固體顆粒以及少量殘余的外加劑，pH 值呈堿性，若直接排放將嚴(yán)重破壞土壤，污染環(huán)境。

現(xiàn)在攪拌站對(duì)廢漿的普遍處理方式為沉淀法[1]，把所有的廢漿經(jīng)排水系統(tǒng)引入三級(jí)沉淀池，沉淀后的清水回收利用，沉淀的固體廢料再另行處理。此外，也有攪拌站對(duì)廢漿采用壓濾機(jī)進(jìn)行處理，壓濾后的清水回收再利用，壓濾后的固體廢料須及時(shí)做無(wú)害化處理。這兩種方法都需要對(duì)濕的固體廢料進(jìn)行再處理，產(chǎn)生二次污染且花費(fèi)處理費(fèi)用，難以實(shí)現(xiàn)真正的廢漿 100% 回收。

廢漿由固體顆粒和澄清液組成，廢漿經(jīng)靜置沉淀后的澄清液水質(zhì)符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，固體顆粒作為混凝土填充料，是可以直接用于混凝土中的。我公司采用經(jīng)砂石分離機(jī)分離出的漿體直接使用的方式，不再做沉淀或壓濾處理，無(wú)二次污染，回收再利用效果良好。使用前采用均化裝置將廢漿水中固體顆粒分布均勻，經(jīng)專用管道和計(jì)量裝置輸入攪拌主機(jī)使用。

廢漿的用量由試配決定，根據(jù)前期的使用經(jīng)驗(yàn)，廢漿的密度、摻量影響混凝土性能，且影響外加劑用量。已有研究認(rèn)為對(duì)于中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，摻入廢漿后對(duì)其力學(xué)性能影響不大，甚至還會(huì)提高其力學(xué)性能[2]，但會(huì)導(dǎo)致中低等級(jí)強(qiáng)度混凝土拌合物的擴(kuò)展度和坍落度變小[3]。本工作主要采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法[4]探討廢漿密度、摻量、外加劑用量對(duì)預(yù)拌混凝土初始坍落度、坍落度損失（以下簡(jiǎn)稱坍損）、抗壓強(qiáng)度的影響，優(yōu)化廢漿回收利用方案，實(shí)現(xiàn)廢漿利用率最大化及廢漿利用的經(jīng)濟(jì)性，合理、高效、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)廢漿100% 回收利用。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：光大 P·O42.5R 水泥，3d 齡期的抗折強(qiáng)度為 6.1MPa，抗壓強(qiáng)度為 28.1MPa；28d 齡期的抗折強(qiáng)度為7.5MPa，抗壓強(qiáng)度為 49.0MPa；其它技術(shù)性能指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

（2）細(xì)骨料：惠州產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)為 2.5，含泥量為0.8%；其它技術(shù)性能指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

（3）粗骨料：5～31.5mm，含泥量 0.2%，針片狀含量為 4.1%，壓碎指標(biāo) 7.9%；其它技術(shù)性能指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

（4）礦物摻合料：電廠灰，細(xì)度為 21.5%，含水率0.8%；其它技術(shù)性能指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

（5）外加劑：深圳市 SL-D 緩凝高效減水劑（水劑，含固量 (30±1.5)%，減水率≥14%，氯離子含量≤1%)；其它技術(shù)性能指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

（6）拌合水：自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土拌合物性能試驗(yàn)和力學(xué)性能試驗(yàn)分別按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

1.3 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以廢漿密度 (A)，廢漿等量替代清水的摻量 (B)以及外加劑用量 (C) 為三個(gè)影響因素，每個(gè)因素取三個(gè)水平值，以此設(shè)計(jì)三因素、三水平（L9(34)）正交試驗(yàn)，如表 1 所示。性能指標(biāo)為初始坍落度、1h 坍落度損失值和 28d 抗壓強(qiáng)度。本次試驗(yàn)暫時(shí)不考慮各因素之間的相互作用，根據(jù)表 1所列的因素水平，以 C35 泵送混凝土為例，并設(shè)計(jì)一個(gè)不摻廢漿的基準(zhǔn)混凝土對(duì)比，加漿試驗(yàn)參數(shù)如表 2 所示。

表 1 正交試驗(yàn)因素水平表

表 2 C35 泵送混凝土廢漿正交試驗(yàn)組合及廢漿用量

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表 3 分析結(jié)果可知，對(duì)初始坍落度、1h 坍損值、28d抗壓強(qiáng)度三個(gè)性能指標(biāo)分別進(jìn)行計(jì)算分析，得出以下三個(gè)好的方案：初始坍落度——A1B1C2 或 A1B2C2；1h 坍落度損失值——A1B2C3 或 A1B3C3；28d 抗壓強(qiáng)度——A1B2C3。

對(duì)初始坍落度的影響，A＞C＞B，即密度＞外加劑用量＞摻量，密度是影響混凝土拌合物初始坍落度的主要因素；對(duì) 1h坍損值的影響，B＞A=C，即摻量＞密度=外加劑用量，摻量是影響混凝土拌合物 1h 坍損值的主要因素；對(duì)于 28d 抗壓強(qiáng)度的影響，A＞C＞B，即密度＞外加劑用量＞摻量，密度是影響混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度的主要因素。綜上可知，廢漿密度和摻量是影響混凝土性能的主要因素，外加劑用量不是最主要的因素。

表 3 C35 泵送混凝土正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 優(yōu)組合綜合平衡分析

由于不同性能指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化組合不完全相同，對(duì)一個(gè)指標(biāo)是好方案，而對(duì)另一個(gè)指標(biāo)卻不一定是好方案。因此，需要進(jìn)一步采用綜合平衡分析法選取較優(yōu)的因素水平組合。

表 4 不同性能指標(biāo)極差及優(yōu)方案

考慮各因素水平對(duì)混凝土綜合性能的影響，選取可以兼顧的較優(yōu)的水平組合，由表 4 可知：

廢漿密度 A 的水平選?。簩?duì)于初始坍落度、28d 抗壓強(qiáng)度，廢漿密度引起的極差最大，即廢漿密度是影響混凝土初始坍落度和 28d 抗壓強(qiáng)度的主要因素，且最優(yōu)水平均為 A1；對(duì)于 1h 坍落度損失值，廢漿密度是次要影響因素，但最優(yōu)水平為 A1。因此，綜合考慮這三個(gè)性能指標(biāo)，廢漿密度取 A1水平最優(yōu)。

廢漿摻量 B 的水平選?。簩?duì)于 1h 坍落度損失值來(lái)說(shuō)，廢漿摻量的極差最大，即廢漿摻量是主要影響因素。但是，對(duì)于初始坍落度和 28d 抗壓強(qiáng)度，廢漿摻量的極差都是最小的，即是影響最小的因素。然而，對(duì) 1h 坍落度損失值、初始坍落度、28d 抗壓強(qiáng)度，均有廢漿摻量 B2 水平最好。因此，綜合分析這三個(gè)性能指標(biāo)，廢漿摻量取 B2 水平較優(yōu)。

外加劑用量 C 的水平選?。簩?duì)三個(gè)性能指標(biāo)來(lái)說(shuō)，外加劑用量的極差都不是最大，即外加劑用量不是影響最大的因素，屬于較次的因素。對(duì)于 1h 坍落度損失值和 28d 抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，外加劑用量取 C3 水平最好；對(duì)于初始坍落度，雖然取C2 水平較好，但由于它并不是影響初始坍落度的主要影響因素，且 C3 水平與 C2 水平接近，綜合分析各性能指標(biāo)，外加劑用量應(yīng)取 C3 水平為好。

綜上所述，得出理論上較優(yōu)的試驗(yàn)方案如下：廢漿密度選取第一水平 (A1)，即 (1.025±0.005)g/cm3；廢漿摻量選取第二水平 (B2)，即 30%；外加劑用量選取第三水平 (C3)，即11.1kg/m3。該優(yōu)方案與楊等人[5]研究推薦的最佳密度最佳摻量分別為 1.020g/cm3和 30% 結(jié)果基本一致。

2.3 生產(chǎn)控制優(yōu)組合選用

由綜合平衡分析選取的較優(yōu)水平組合 A1B2C3 可知：低濃度、中等摻量及高外加劑摻量。這種組合在實(shí)際生產(chǎn)中有以下幾個(gè)問(wèn)題：一是廢漿使用量有限，不能及時(shí)地消化每天產(chǎn)生的廢漿；二是提高了外加劑用量，會(huì)增加混凝土成本。因此，在生產(chǎn)中，除了考慮廢漿對(duì)混凝土性能的影響，還需兼顧廢水利用率最大化及廢水利用的經(jīng)濟(jì)性。

從正交試驗(yàn)各因素對(duì)混凝土性能的主次影響關(guān)系上來(lái)看，可以進(jìn)一步優(yōu)化 A1B2C3 組合，選取更適宜生產(chǎn)需要的水平組合。由 2.1 節(jié)的主次影響關(guān)系分析結(jié)論可知：三因素中，廢漿密度是初始坍落度和 28d 抗壓強(qiáng)度的主要影響因素，而摻量是次要因素，因此，廢漿密度的選用和控制是最重要的，應(yīng)選取 A1 水平；廢漿摻量盡管是影響坍損值的主要因素，但外加劑不是影響混凝土各性能的主要因素，因此，可以通過(guò)外加劑用量來(lái)調(diào)整坍損值而不會(huì)過(guò)多地影響混凝土性能，只會(huì)導(dǎo)致成本的增加，所以，在應(yīng)用中，可提高廢漿摻量至 40%，即 B3 水平，而外加劑用量可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行控制。

因此，建議在生產(chǎn)中選擇 A1B3 組合，即使用最佳密度為 (1.025±0.005)g/cm3，最佳摻量為 40%，而外加劑用量可根據(jù)實(shí)際情況控制，即廢漿的使用應(yīng)堅(jiān)持低濃度、高摻量，對(duì)混凝土影響小而又不過(guò)多增加混凝土成本的原則。

3 結(jié)論

（1）廢漿密度是影響混凝土初始坍落度及 28d 抗壓強(qiáng)度的主要因素，廢漿摻量是影響混凝土 1h 坍落度損失值的主要因素，外加劑用量屬于這三個(gè)性能的次要影響因素。

（2）綜合平衡分析，試驗(yàn)結(jié)果廢漿使用的優(yōu)組合為A1B2C3，即密度為 (1.025±0.005)g/cm3，摻量為 30%，外加劑用量為 11.1kg/m3（比基準(zhǔn)混凝土多 0.5 kg/m3）。

（3）從實(shí)際應(yīng)用需要的角度和各因素對(duì)混凝土性能的主次影響關(guān)系分析上來(lái)看，生產(chǎn)應(yīng)用可選用密度為(1.025±0.005)g/cm3，摻量為 40%，即 A1B3 組合，外加劑用量在盡量不增加成本的基礎(chǔ)上可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況控制。

（4）廢漿的使用應(yīng)堅(jiān)持低濃度、高摻量，對(duì)混凝土影響小而又不過(guò)多增加混凝土成本的原則。

[1] 黃希宇．混凝土攪拌站廢漿的回收利用研究[J]．廣西節(jié)能，2012,02: 19-20．

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[3] Fran co S, Elisa F.Waste wash water recycling in ready mixed concrete plants[J]. Cement and Concrete Research, 2001, 31: 485-489.

[4] 劉瑞江，張業(yè)旺，聞崇煒，等．正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法研究[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010,27(9): 52-55．

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［通訊地址］龍崗區(qū)布吉街道布沙路 162 號(hào)南景豪庭星皓閣16 層（518114）

Research and application on orthogonal test analysis of waste slurry recycling in ready mixed concrete plants

Yang Songlin, Wang Guangwei, Cao Dachun
(Shenzhen Weihai Building Material Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518114)

By mean of the orthogonal experimental analysis, the inf l uence of waste slurry on the concrete performance of C35 concrete was studied in this paper. The results show that density is the main inf l uence factor of the initial slump and 28d compressive strength, dosage is the main inf l uence factor of 1 hour slump loss value, while admixture is not the main inf l uence factor of them.

ready-mixed concrete; waste slurry; orthogonal test; strength

楊松林（1983—），男，碩士，工程師，主要從事商品混凝土技術(shù)與管理。