預(yù)拌混凝土企業(yè)固體廢棄物回收再利用研究及應(yīng)用

分別從未硬化混凝土和硬化混凝土的角度出發(fā)，通過對(duì)現(xiàn)有的回收處理系統(tǒng)改進(jìn)以及引進(jìn)再生骨料生產(chǎn)線，探討了預(yù)拌混凝土企業(yè)固體廢棄物的回收再利用處理方法，得到了再生細(xì)骨料用于C30混凝土的最佳摻量為25%，并且工程應(yīng)用效果良好。

混凝土企業(yè); 固體廢棄物; 回收再利用

X705A

［定稿日期］2023-04-04

［作者簡介］段后紅（1990—），女，本科，工程師，主要從事混凝土相關(guān)技術(shù)工作。

0 引言

長期以來，噪音、粉塵和固體廢棄物是影響預(yù)拌混凝土企業(yè)形象的主要因素，而其中固體廢棄物是最為困擾企業(yè)的難中之難，要想作到固體廢棄物的減量化，首先要梳理清晰固體廢棄物產(chǎn)生的源頭，根據(jù)長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，預(yù)拌混凝土企業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生的源頭主要有三點(diǎn)［1］：一是機(jī)樓及磅底廢料，由于操作不當(dāng)上料爆倉，或混凝土下料過程中操作失誤，放料至機(jī)樓和地上；二是回尾報(bào)廢，因質(zhì)量問題退料或工地多報(bào)料而產(chǎn)生的回廠廢料；三是廢棄試件和泥漿，試驗(yàn)室混凝土試件和清洗車輛產(chǎn)生的廢泥漿等。根據(jù)材料性質(zhì)判斷，預(yù)拌混凝土企業(yè)固體廢棄物大體分為未硬化混凝土和硬化混凝土兩大類。受以往粗放型生產(chǎn)經(jīng)營模式的影響，對(duì)于固體廢棄物的處置，很多企業(yè)缺乏精細(xì)化管理，大多是直接堆放至廢料堆，造成了資源浪費(fèi)，影響廠區(qū)環(huán)境衛(wèi)生，并且無形之中增加了企業(yè)的管理成本。

盡管行業(yè)人員對(duì)預(yù)拌混凝土企業(yè)固體廢棄物的回收再生利用進(jìn)行了大量的研究，但多數(shù)是從分離回收的角度進(jìn)行考慮，對(duì)固體廢棄物產(chǎn)生及處理的全過程分析研究還比較缺乏，而本文以中冶建工集團(tuán)有限公司混凝土工程分公司為例，分別從未硬化混凝土和硬化混凝土的角度，擬對(duì)固體廢棄物的回收再利用進(jìn)行研究與應(yīng)用，真正意義上實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的“零排放”。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 膠凝材料

水泥：重慶小南海水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R型水泥，水泥的化學(xué)成分和基本性能分別見表1和表2。

礦渣粉：重慶祥眾建材有限公司，性能指標(biāo)見表3。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，所選礦渣粉的性能達(dá)到GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的S95級(jí)產(chǎn)品技術(shù)要求。

粉煤灰：重慶華珞粉煤灰開發(fā)有限責(zé)任公司的Ⅱ級(jí)粉煤灰，性能指標(biāo)見表4。所選粉煤灰的性能符合GB 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定的Ⅱ級(jí)粉煤灰的技術(shù)要求。

1.2 集料

粗集料：重慶歌樂山產(chǎn)石灰石破碎碎石，5～10 mm粒徑和10～20 mm粒徑混合使用，連續(xù)級(jí)配，針片狀含量4.5%，主要性能見表5。

細(xì)集料：細(xì)集料分別為石灰?guī)r碎石機(jī)制砂，主要性能見表6。

1.3 外加劑

天津冶建特種材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，建議摻量2%，主要性能見表7。

1.4 水

采用普通自來水。

2 未硬化混凝土的回收再利用研究

預(yù)拌混凝土企業(yè)生產(chǎn)過程中，每天清洗混凝土攪拌設(shè)備、運(yùn)輸罐車、泵車等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的廢漿、廢渣。根據(jù)JG/T5094-1997《混凝土攪拌運(yùn)輸車》表示僅運(yùn)輸罐車中未硬化混凝土出料殘余率可達(dá)3%～5%，另外，還有生產(chǎn)過程中的計(jì)量誤差及操作失誤等無法滿足施工要求而退貨或報(bào)廢的混凝土以及試驗(yàn)室試配成型后剩余的混凝土等都需要通過清洗處理。然而，如此龐大的廢棄物早期并沒有引起預(yù)拌混凝土企業(yè)的重視，大多采用簡單的砂石分離、廢水多級(jí)沉淀后再利用、廢渣定期清運(yùn)的處理方式，工藝流程如圖1所示。因此，企業(yè)每年都要承擔(dān)高昂的廢渣處理費(fèi)用。但隨著綠色發(fā)展的持續(xù)推進(jìn)，在混凝土的深入研究中發(fā)現(xiàn)清洗產(chǎn)生的廢漿廢渣大多為混凝土的主要成分砂、石、水泥漿，不存在對(duì)混凝土有害的成分，因此，均可以用于混凝土的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)攪拌站廢棄物的“零排放”。

基于此，對(duì)未硬化混凝土的回收處理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，其工藝流程如圖2所示。廢棄混凝土經(jīng)過高壓沖洗進(jìn)入螺旋排砂機(jī)完成骨料漿體分離后，經(jīng)砂石滾動(dòng)篩完成砂石分離，由后臺(tái)皮帶機(jī)輸送回到各自料倉，返回系統(tǒng)再配料。剩余的廢漿經(jīng)過螺旋排砂機(jī)和旋流器完成二次篩分，骨料進(jìn)入料倉，漿體進(jìn)入漿體儲(chǔ)存罐，經(jīng)漿水調(diào)和罐處理后，控制漿水含固量在規(guī)定范圍內(nèi)后直接用于混凝土和砂漿的生產(chǎn)。福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 13-199-2014《廢棄混凝土拌合物利用技術(shù)規(guī)程》對(duì)于設(shè)備洗刷水的使用給出了指導(dǎo)，規(guī)定用于混凝土生產(chǎn)的洗刷水固體含量不應(yīng)大于4%，且洗刷水不能用于預(yù)應(yīng)力混凝土、清水混凝土及存在堿活性骨料的混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也不宜高于C35。現(xiàn)場設(shè)備如圖3所示，主要配置為石滾動(dòng)篩、螺旋排砂機(jī)、旋流器、2個(gè)100 t漿水罐和1個(gè)20 t漿水調(diào)和罐，設(shè)立生產(chǎn)污水、廢渣、場地污水回收集成處理系統(tǒng)，每小時(shí)污水廢渣處理能力55 t。回收漿體含砂率低，濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)后即可用于混凝土及砂漿生產(chǎn)。

本工藝投入使用后徹底解決了攪拌站中廢料的最大來源部分——未硬化混凝土。將產(chǎn)生的全部未硬化混凝土轉(zhuǎn)化為骨料和回收漿液用于混凝土生產(chǎn)，減少了資源浪費(fèi)。

3 硬化混凝土的回收再利用研究

廢棄的硬化混凝土是建筑廢棄物中最主要的組成，其性能最為接近現(xiàn)階段使用的建筑材料，有相當(dāng)大的再生循環(huán)利用空間。據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一個(gè)年產(chǎn)50萬m3的預(yù)拌混凝土企業(yè)，每年用于混凝土試配、質(zhì)量控制及出廠檢驗(yàn)的混凝土試塊多達(dá)400 m3。但目前這些廢棄試塊的處理方式多作為固體垃圾清運(yùn)填埋，不僅需要一定的清運(yùn)費(fèi)用，而且造成了資源的浪費(fèi)。并且，攪拌站點(diǎn)的廢棄試塊與建筑垃圾相比，組分固定且無塑料、廢磚、木屑等雜質(zhì)，無需繁瑣的分揀歸類，可直接經(jīng)過破碎—篩分—稱量—級(jí)配—混合得到再生粗、細(xì)骨料重新利用。

3.1 再生骨料的物理性能測(cè)試結(jié)果

根據(jù)前期試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)廢棄混凝土破碎、篩分后獲得的再生粗骨料針片狀含量較高，不適用于制備再生混凝土，因此只用于制備全再生細(xì)骨料，其測(cè)試結(jié)果見表8、表9。

3.2 再生細(xì)骨料的應(yīng)用研究

我國對(duì)廢棄的硬化混凝土的再利用方式主要是將粗骨料用于道路基層，而用再生粗骨料代替部分天然粗骨料制備預(yù)拌混凝土和相關(guān)制品的生產(chǎn)很少見，主要是因?yàn)樵偕止橇系脑蓟炷翉?qiáng)度等級(jí)廣泛且性能各異，導(dǎo)致適用范圍受限（一般用于C30以下非預(yù)應(yīng)力混凝土中）等。而采用再生細(xì)骨料取代部分天然細(xì)骨料用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的技術(shù)已比較成熟，國家也在積極推廣。目前我公司為降低生產(chǎn)成本也引用了再生細(xì)骨料生產(chǎn)線，在廠區(qū)內(nèi)即可完成再生細(xì)骨料的生產(chǎn)，如圖4所示。

與天然骨料相比，再生骨料的吸水率大、孔隙率大等特點(diǎn)使再生骨料混凝土普遍具有坍落度損失快，流動(dòng)性差等問題。因此，做好再生骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制至關(guān)重要，本文主要采用再生細(xì)骨料部分取代天然細(xì)骨料的方式進(jìn)行，同時(shí)從再生細(xì)骨料的干濕狀態(tài)和外加劑的復(fù)配方面開展優(yōu)化工作。

試驗(yàn)中采用企業(yè)生產(chǎn)和試驗(yàn)后廢棄的混凝土塊（強(qiáng)度等級(jí)為C15～C60，比例不等）為原材料制備的再生細(xì)骨料，取代天然細(xì)骨料制備再生細(xì)骨料混凝土。以實(shí)際生產(chǎn)中的C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比為基礎(chǔ)，研究干燥狀態(tài)下和吸水飽和狀態(tài)下再生細(xì)骨料摻量分別為0%、25%、50%、75%、100%時(shí)對(duì)混凝土性能的影響，具體實(shí)驗(yàn)方案如表10所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示，實(shí)驗(yàn)過程中，由于外加劑的控制，混凝土拌合物的出機(jī)坍落度相對(duì)穩(wěn)定，無顯著差異。干燥狀態(tài)下的再生細(xì)骨料摻入混凝土中，整體為220 mm左右；預(yù)濕后的再生細(xì)骨料摻入混凝土中，整體坍落度為230 mm左右。但隨著再生細(xì)骨料摻量的增加，拌合物坍落度損失情況表現(xiàn)不同。如圖5所示，基準(zhǔn)配合比C30-1中細(xì)骨料摻量0%，1 h坍落度損失為20 mm。而在配合比C30-5中細(xì)骨料摻量100%，1 h坍落度損失達(dá)150 mm。在圖6中，吸水飽和狀態(tài)下，配合比C30-5的1 h坍落度損失在110 mm左右。1 h坍落度損失明顯小于干燥狀態(tài)下?lián)饺朐偕?xì)骨料的混凝土。由于再生細(xì)骨料內(nèi)部孔隙含量高，吸水率較大，所以干燥的再生細(xì)骨料在凝結(jié)過程中不斷吸收拌合水使得混凝土坍落度損失嚴(yán)重。飽和吸水的再生細(xì)骨料則可以有效規(guī)避這一情況，并在拌合過程中可以有效改善混凝土的工作性，從而有利于混凝土的澆筑施工。

干燥狀態(tài)和吸水狀態(tài)的再生細(xì)骨料摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如圖7、圖8所示，隨著再生細(xì)骨料摻量的增加，兩種狀態(tài)整體的變化趨勢(shì)是強(qiáng)度逐漸降低。但在摻量為25%時(shí)，預(yù)濕狀態(tài)的再生細(xì)骨料混凝土優(yōu)于基準(zhǔn)配合比的強(qiáng)度發(fā)展，28 d抗壓強(qiáng)度提高了6.7%。這可能是由于一定量預(yù)濕后的再生細(xì)骨料的摻入，其表面裂縫吸入新的水泥漿體。

界面區(qū)水化產(chǎn)物與其表面原有的水泥砂漿進(jìn)一步膠結(jié)強(qiáng)化，使其強(qiáng)度有輕微增長。再生細(xì)骨料不超過50%，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度可滿足強(qiáng)度要求。摻量超過50%后，抗壓強(qiáng)度下降幅度明顯，當(dāng)摻量為100%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度下降27%。再生骨料的壓碎指標(biāo)偏大，強(qiáng)度較小。當(dāng)摻量過大時(shí)，強(qiáng)度低的因素強(qiáng)于新舊水泥砂漿在界面區(qū)膠結(jié)強(qiáng)化對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。但總的來說，較于干燥的再生細(xì)骨料，預(yù)濕后的再生細(xì)骨料更有利于混凝土強(qiáng)度的整體發(fā)展。

綜上所述，預(yù)濕后的再生細(xì)骨料以25%的摻量替代機(jī)制中砂使用。制得的混凝土工作性能和力學(xué)性能相對(duì)較好，

4 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

（1）節(jié)約固體廢棄物清運(yùn)費(fèi)用。若按年產(chǎn)量50萬m3的預(yù)拌混凝土企業(yè)計(jì)算，一年的廢棄混凝土至少在20 000 m3左右。傳統(tǒng)的固體廢棄物處理技術(shù)大多采用簡單的砂石分離、廢水多級(jí)沉淀后再利用、廢渣定期清運(yùn)的方式，企業(yè)每年

都要承擔(dān)高昂的廢渣清運(yùn)費(fèi)用。以公司水碾站為例，正常生產(chǎn)運(yùn)營狀態(tài)下每年廢渣清運(yùn)費(fèi)用高達(dá)30萬元左右。

（2）節(jié)約間接費(fèi)用。固體廢棄物不再需要倉庫臨時(shí)堆放，也不再外排、填埋、占用土地資源，固體廢棄物全面回收利用后，有效節(jié)約了土地資源；商品混凝土生產(chǎn)運(yùn)營過程中，可能因環(huán)保檢查不合規(guī)而產(chǎn)生的巨額罰款；可能因環(huán)保不達(dá)標(biāo)停產(chǎn)造成的利潤損失，以及客戶投訴。

（3）再生細(xì)骨料帶來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保收益。利用廢棄混凝土制備的再生細(xì)骨料以25%比例替代現(xiàn)有的天然機(jī)制中砂全部用于生產(chǎn)混凝土，可節(jié)約機(jī)制砂成本。與此同時(shí)，混凝土中再生骨料的使用，直接減少了天然骨料的用量，降低天然砂石資源開采量，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。而企業(yè)只需要購置固體廢棄物處置與回收再利用設(shè)備，主要包括砂石分離設(shè)備、廢水循環(huán)利用系統(tǒng)、壓濾機(jī)、破碎設(shè)備等，而且因環(huán)保設(shè)備均屬于自動(dòng)化設(shè)備，也不需增加人力資源，僅僅負(fù)責(zé)回收利用過程中產(chǎn)生的水電、維護(hù)保養(yǎng)等成本，就能達(dá)到固體廢棄物“零排放”，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

5 應(yīng)用前景

綜上所述，預(yù)拌混凝土企業(yè)實(shí)現(xiàn)固體廢棄物回收再利用，不僅可以節(jié)約天然不可再生資源和能源的消耗，更能夠消耗廢棄資源，增加資源的再循環(huán)利用率，在預(yù)拌實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的“零排放”，推動(dòng)了混凝土行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高了混凝土行業(yè)在社會(huì)中美譽(yù)度，重塑了行業(yè)價(jià)值尊嚴(yán)，整個(gè)企業(yè)環(huán)境更加干凈、整潔，改善了企業(yè)職工工作環(huán)境；企業(yè)的品牌形象得到很大提升，環(huán)評(píng)、環(huán)境管理體系、三星級(jí)綠色生產(chǎn)評(píng)價(jià)等三大環(huán)保體系更為健全，大幅度增加客戶的信任與認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

［1］ 盧浩，張二猛.預(yù)拌混凝土企業(yè)固體廢棄物減量化管理與再生利用［J］.廣東建材，2017（3）：13-15.