預(yù)拌混凝土企業(yè)生產(chǎn)廢漿回收利用試驗(yàn)研究

紀(jì)盛猛，唐天佼，馮新義，白體新

（1. 滄興控股有限公司，河北 滄州 061000；2. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024）

0 前言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理的重點(diǎn)推進(jìn)，預(yù)拌混凝土企業(yè)（以下簡(jiǎn)稱混凝土企業(yè)）面臨著巨大的環(huán)保壓力，混凝土生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢漿處置與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾逐漸顯露，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢漿的回收利用和零排放早已被提上日程。借助科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我們可以運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，最大限度地實(shí)現(xiàn)對(duì)廢漿的回收利用，并且獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和質(zhì)量效益。

1 廢漿回收利用的必要性和可行性

廢漿的傳統(tǒng)處理方法是進(jìn)行簡(jiǎn)單的自然沉淀，然后用排水設(shè)備將澄清水排放到大自然，沉淀的固體廢物進(jìn)行人工清理。在當(dāng)前的形勢(shì)下，對(duì)于這種做法不僅國(guó)家和社會(huì)不予認(rèn)可，在實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中也會(huì)對(duì)環(huán)境和企業(yè)自身的發(fā)展造成不利影響，所以針對(duì)混凝土生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢漿處理方法需要進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，采取科學(xué)、可行的方式進(jìn)行處理極為重要。

本文的試驗(yàn)研究是基于“砂石分離機(jī)＋廢漿回收攪拌池”回收系統(tǒng)，對(duì)廢漿進(jìn)行回收利用。生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)對(duì)設(shè)備布置、排放、回收、稀釋、攪拌、計(jì)量等各環(huán)節(jié)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。砂石分離機(jī)將石子和粗砂分離，然后回收使用；廢漿流入攪拌池，一部分用來(lái)洗涮，循環(huán)使用，一部分經(jīng)計(jì)量作為混凝土拌合水使用，攪拌池有自動(dòng)補(bǔ)水裝置，當(dāng)液面低于控制液面時(shí)可以自動(dòng)補(bǔ)水。此種處理廢漿的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了混凝土生產(chǎn)“綠色化”、“環(huán)?；焙汀傲闩欧拧钡哪繕?biāo)。

2 廢漿試驗(yàn)研究

2.1 關(guān)于廢漿

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)混凝土企業(yè)廢漿的了解和相關(guān)文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)的研讀、剖析，首先明確什么是廢漿，相關(guān)指標(biāo)是什么。JGJ/T 328—2014《預(yù)拌混凝土綠色生產(chǎn)及管理技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于廢漿是這樣定義的：清洗混凝土攪拌設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和攪拌站（樓）出料位置地面所形成的含有較多固體顆粒物的液體，沒(méi)有明確含固量。根據(jù)河北省地方標(biāo)準(zhǔn) DB 13/T 2358—2016《預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廢水再用技術(shù)要求》對(duì)廢水水質(zhì)做了相關(guān)要求，其中含固量≤2%。但因混凝土生產(chǎn)企業(yè)廢水含固量較高，即使摻和清水使用，也遠(yuǎn)高于 2% 的含固量，所以本次廢漿試驗(yàn)研究，含固量均大于 2%。

2.2 建立廢漿含固量—密度關(guān)系曲線

在試驗(yàn)研究開(kāi)展過(guò)程中，一方面含固量試驗(yàn)需要花費(fèi)大量的時(shí)間，另一方面回收池中的廢漿因?yàn)槭艿较此⒃O(shè)備和生產(chǎn)的影響其密度在不斷變化，導(dǎo)致其在試驗(yàn)過(guò)程中不易控。但是通過(guò)大量試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)表明，含固量和密度存在一定的線性關(guān)系。

在河北省地方標(biāo)準(zhǔn) DB 13/T 2358—2016《預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廢水再用技術(shù)要求》中也有相應(yīng)的建議，即建立廢漿含固量—密度關(guān)系曲線。本次試驗(yàn)研究含固量與密度關(guān)系經(jīng)過(guò)線性擬合得到關(guān)系曲線和表達(dá)式，如圖1 所示。

圖1 含固量與密度關(guān)系擬合曲線

2.3 廢漿對(duì)水泥指標(biāo)的影響

選用幾個(gè)不同品牌的水泥，在廢水摻量和密度變化的條件下進(jìn)行水泥相關(guān)試驗(yàn)，將標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 廢漿對(duì)水泥指標(biāo)的影響試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)論：

（1）摻入廢漿的比例和含固量的不同會(huì)在一定程度上影響水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間，但是與清水的對(duì)比結(jié)果表明符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）廢漿摻入比例并非越高越好，而是存在于一定的合理區(qū)間，當(dāng)超過(guò) 50% 摻入比例時(shí)出現(xiàn)了強(qiáng)度差的下滑。

（3）摻入廢漿膠砂試塊的 3 天和 28 天抗壓強(qiáng)度均比清水制作的膠砂試塊抗壓強(qiáng)度高 0.5～4MPa 不等，一方面符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求，另一方面表明廢漿含固物質(zhì)中含有一定活性成分以提高水泥膠砂的強(qiáng)度。

2.4 試配試驗(yàn)

為了探究廢漿對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響，尋求廢漿最佳摻入比例和膠材替代量，本次試驗(yàn)研究進(jìn)行了大量的試配試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。

表2 采用重山水泥，試驗(yàn)的基本思路是：以廢漿中含固量等量替換粉煤灰研究其對(duì)混凝土工作性、力學(xué)性能的影響。

表3 采用金隅水泥，試驗(yàn)的基本思路是：考慮到廢漿含固物質(zhì)的活性組分，對(duì)比基準(zhǔn)混凝土配合比階梯遞減 5kg 粉煤灰，研究其對(duì)混凝土工作性、力學(xué)性能的影響。

試驗(yàn)結(jié)論：

（1）雖然清水試配膠材與廢漿試配膠材相同甚至要多于廢漿試配，但是摻入廢漿的試塊強(qiáng)度要高于清水試塊，這與前面水泥膠砂試塊試驗(yàn)結(jié)論相同，說(shuō)明廢漿含固物質(zhì)有活性組分。

（2）隨著廢漿摻配比例的提高，混凝土試塊強(qiáng)度也有 2～9MPa 不等的增加，每個(gè)等級(jí)強(qiáng)度最大值多出現(xiàn)在廢漿摻入比例 30%～50% 之間（注：當(dāng)然這與廢漿的密度也有很大關(guān)系，就本試驗(yàn)而言，采用的是中等偏下的密度）。通過(guò)試驗(yàn)，建議混凝土廢漿的摻入比例不宜超過(guò) 50%，推薦摻入比例 40%。

（3）隨著廢漿摻入量的增大，混凝土的工作性能也稍受影響，總體來(lái)看，坍落度損失較清水試配要大一些，但整體都可以滿足施工性能要求。

（4）對(duì)比表2、表3 同強(qiáng)度等級(jí)試塊的強(qiáng)度，表2整體試塊強(qiáng)度要高于表3，說(shuō)明含固量等量代替粉煤灰的強(qiáng)度要偏高于含固量梯度遞減代替粉煤灰，兩者都符合混凝土強(qiáng)度評(píng)定，但表3 經(jīng)濟(jì)性更明顯。

表2 廢漿的含固量代替部分粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響（重山水泥）

表3 廢漿的含固量代替部分粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響（金隅水泥）

3 設(shè)備展示與運(yùn)行維護(hù)

3.1 設(shè)備圖紙

廢漿、廢水回收設(shè)備示意圖見(jiàn)圖2～4。

圖2 廢漿、廢水回收設(shè)備主視圖

3.2 廢漿回收主要設(shè)備組成

廢漿回收主要設(shè)備包括：砂石分離機(jī)（含洗料槽）、廢漿回收池；廢漿均化攪拌設(shè)備，試驗(yàn)觀測(cè)安全橫橋及防護(hù)欄桿（試驗(yàn)取樣，水體觀測(cè)），P1 計(jì)量泵（通過(guò)管道將廢漿連接至攪拌樓回收利用），P2 沖洗泵（通過(guò)管道連接至罐車進(jìn)行罐體清洗），P3 沖洗泵（通過(guò)管道連接至砂石分離機(jī)洗料槽進(jìn)行料槽沖洗），下放、上提水泵滑輪撐桿及水泵防護(hù)網(wǎng)箱，水位限制裝置（最高、最低水位限制），池體安全防護(hù)網(wǎng)，清水稀釋管道，砂石回收區(qū)，攪拌樓內(nèi)廢漿計(jì)量稱。

3.3 設(shè)備運(yùn)行流程

（1）罐車或其他設(shè)備通過(guò) P2 沖洗泵連通管道加水沖洗罐體，洗凈后將廢漿排入洗料槽及砂石分離機(jī)。

（2）砂石分離機(jī)將砂石分離至砂石回收區(qū)，通過(guò)P3 沖洗泵連通循環(huán)水，將廢漿排入回收池。

（3）啟動(dòng)池體中廢漿均化攪拌設(shè)備，均勻攪拌池體廢漿，使其密度均勻一致。

（4）試驗(yàn)人員通過(guò)試樣采集和試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)后告知質(zhì)檢人員及時(shí)調(diào)整配合比，跟進(jìn)生產(chǎn)任務(wù)。

（5）在使用過(guò)程中，如池體中廢漿達(dá)到指定限位高度，系統(tǒng)將自動(dòng)蓄水或停止蓄水。

3.4 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)

建立試驗(yàn)室人員交班檢測(cè)和分時(shí)檢測(cè)制度，建立健全試驗(yàn)臺(tái)賬、記錄。每四個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次檢測(cè)試驗(yàn)。建立生產(chǎn)人員交班監(jiān)測(cè)制度和設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)制度，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)，提升廢漿質(zhì)量控制情況，更好的掌握含固量、密度的關(guān)系及廢漿對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能影響關(guān)系，提升設(shè)備利用率和混凝土生產(chǎn)效率。

廢漿回收利用裝置可以配備攝像頭，加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況，加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，減少設(shè)備故障率。

當(dāng)前回收利用的廢漿密度及其他技術(shù)指標(biāo)均可以滿足生產(chǎn)要求，在推薦摻量為 40% 的情況下，結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢漿的完全利用，從而實(shí)現(xiàn)零排放。

4 試驗(yàn)研究建議

當(dāng)前從國(guó)家、行業(yè)到地方對(duì)廢漿的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和試驗(yàn)方法等規(guī)范性文件還較少，通過(guò)以上試驗(yàn)的開(kāi)展和數(shù)據(jù)的積累，廢漿在混凝土中的作用已是十分明顯。針對(duì)此類試驗(yàn)做以下建議：

（1）首先明確廢漿、廢水的定義和檢測(cè)指標(biāo)，本次試驗(yàn)：含固量≤2% 為廢水，含固量≤20% 為廢漿。試驗(yàn)前要進(jìn)行嚴(yán)格的自檢，必要情況下推薦進(jìn)一步做型檢。

（2）根據(jù) DB 13/T 2358—2016《預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廢水再用技術(shù)要求》的要求，預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廢水每3 個(gè)月進(jìn)行一次定期檢驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累建議：對(duì)已經(jīng)有充分試驗(yàn)和技術(shù)保障的攪拌站可以延長(zhǎng)定期檢驗(yàn)時(shí)間。

（3）根據(jù) JGJ/T 328—2012《預(yù)拌混凝土綠色生產(chǎn)及管理技術(shù)規(guī)程》和 DB 13/T 2358—2016《預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廢水再用技術(shù)要求》共同要求，建議：攪拌站回收利用廢漿、廢水時(shí)建立生產(chǎn)班檢測(cè)制度，建立相關(guān)試驗(yàn)記錄，完善相關(guān)資料。通過(guò)大量的數(shù)據(jù)線性擬合含固量和密度之間的線性關(guān)系，建立廢漿含固量—密度關(guān)系曲線。

（4）使用前應(yīng)開(kāi)展大量廢漿與膠凝材料的適應(yīng)性試驗(yàn)，建議：選用不同品牌的膠材、不同摻配比例和不同密度的廢漿進(jìn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)、凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)和水泥膠砂抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)，探究廢漿與膠凝材料的數(shù)量化關(guān)系。

使用前還應(yīng)該開(kāi)展大量試配試驗(yàn)，有針對(duì)性的進(jìn)行廢漿混凝土配合比設(shè)計(jì)，建議：選用不同品牌原材料、不同廢漿摻配比例和不同強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)性試配試驗(yàn)，主要檢測(cè)混凝土工作性能和力學(xué)性能，并進(jìn)一步檢測(cè)耐久性能。

圖3 廢漿、廢水回收設(shè)備俯視圖

圖4 廢漿廢水回收池剖面圖