搅拌站废浆回收利用正交试验研究与应用

杨松林，王光伟，曹达纯

（深圳市为海建材有限公司，广东 深圳 518114）

搅拌站废浆回收利用正交试验研究与应用

杨松林，王光伟，曹达纯

（深圳市为海建材有限公司，广东 深圳 518114）

本文以 C35 泵送混凝土为例采用正交试验研究搅拌站废浆的应用，分析其对预拌混凝土初始坍落度、坍落度损失、抗压强度的影响。试验结果表明：废浆密度是影响混凝土初始坍落度及 28d 抗压强度的主要因素，废浆掺量是影响混凝土 1h坍落度损失值的主要因素，而外加剂用量属于次要影响因素。

预拌混凝土；废浆；正交试验；强度

0 前言

随着预拌混凝土行业的飞速发展，搅拌站在生产过程中会产生大量的废浆，给自然环境造成巨大的压力。目前，搅拌站废浆的问题正逐渐受到人们的关注，因而废浆回收利用已成为绿色环保搅拌站建设与发展的关键。

搅拌站废浆是清洗搅拌楼搅拌机、混凝土搅拌车鼓内以及分离混凝土剩料，经砂石分离机分离出砂、石后的剩余产物。废浆中含有部分未水化的胶凝材料、水化产物、石粉、泥等固体颗粒以及少量残余的外加剂，pH 值呈碱性，若直接排放将严重破坏土壤，污染环境。

现在搅拌站对废浆的普遍处理方式为沉淀法[1]，把所有的废浆经排水系统引入三级沉淀池，沉淀后的清水回收利用，沉淀的固体废料再另行处理。此外，也有搅拌站对废浆采用压滤机进行处理，压滤后的清水回收再利用，压滤后的固体废料须及时做无害化处理。这两种方法都需要对湿的固体废料进行再处理，产生二次污染且花费处理费用，难以实现真正的废浆 100% 回收。

废浆由固体颗粒和澄清液组成，废浆经静置沉淀后的澄清液水质符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》规定，固体颗粒作为混凝土填充料，是可以直接用于混凝土中的。我公司采用经砂石分离机分离出的浆体直接使用的方式，不再做沉淀或压滤处理，无二次污染，回收再利用效果良好。使用前采用均化装置将废浆水中固体颗粒分布均匀，经专用管道和计量装置输入搅拌主机使用。

废浆的用量由试配决定，根据前期的使用经验，废浆的密度、掺量影响混凝土性能，且影响外加剂用量。已有研究认为对于中低强度等级混凝土，掺入废浆后对其力学性能影响不大，甚至还会提高其力学性能[2]，但会导致中低等级强度混凝土拌合物的扩展度和坍落度变小[3]。本工作主要采用正交试验设计和分析方法[4]探讨废浆密度、掺量、外加剂用量对预拌混凝土初始坍落度、坍落度损失（以下简称坍损）、抗压强度的影响，优化废浆回收利用方案，实现废浆利用率最大化及废浆利用的经济性，合理、高效、经济的实现废浆100% 回收利用。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：光大 P·O42.5R 水泥，3d 龄期的抗折强度为 6.1MPa，抗压强度为 28.1MPa；28d 龄期的抗折强度为7.5MPa，抗压强度为 49.0MPa；其它技术性能指标符合现行规范要求。

（2）细骨料：惠州产中砂，细度模数为 2.5，含泥量为0.8%；其它技术性能指标符合现行规范要求。

（3）粗骨料：5～31.5mm，含泥量 0.2%，针片状含量为 4.1%，压碎指标 7.9%；其它技术性能指标符合现行规范要求。

（4）矿物掺合料：电厂灰，细度为 21.5%，含水率0.8%；其它技术性能指标符合现行规范要求。

（5）外加剂：深圳市 SL-D 缓凝高效减水剂（水剂，含固量 (30±1.5)%，减水率≥14%，氯离子含量≤1%)；其它技术性能指标符合现行规范要求。

（6）拌合水：自来水。

1.2 试验方法

混凝土拌合物性能试验和力学性能试验分别按照国家标准 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

1.3 正交试验方案设计

本试验以废浆密度 (A)，废浆等量替代清水的掺量 (B)以及外加剂用量 (C) 为三个影响因素，每个因素取三个水平值，以此设计三因素、三水平（L9(34)）正交试验，如表 1 所示。性能指标为初始坍落度、1h 坍落度损失值和 28d 抗压强度。本次试验暂时不考虑各因素之间的相互作用，根据表 1所列的因素水平，以 C35 泵送混凝土为例，并设计一个不掺废浆的基准混凝土对比，加浆试验参数如表 2 所示。

表 1 正交试验因素水平表

表 2 C35 泵送混凝土废浆正交试验组合及废浆用量

2 试验结果及分析

2.1 正交试验结果与分析

由表 3 分析结果可知，对初始坍落度、1h 坍损值、28d抗压强度三个性能指标分别进行计算分析，得出以下三个好的方案：初始坍落度——A1B1C2 或 A1B2C2；1h 坍落度损失值——A1B2C3 或 A1B3C3；28d 抗压强度——A1B2C3。

对初始坍落度的影响，A＞C＞B，即密度＞外加剂用量＞掺量，密度是影响混凝土拌合物初始坍落度的主要因素；对 1h坍损值的影响，B＞A=C，即掺量＞密度=外加剂用量，掺量是影响混凝土拌合物 1h 坍损值的主要因素；对于 28d 抗压强度的影响，A＞C＞B，即密度＞外加剂用量＞掺量，密度是影响混凝土 28d 抗压强度的主要因素。综上可知，废浆密度和掺量是影响混凝土性能的主要因素，外加剂用量不是最主要的因素。

表 3 C35 泵送混凝土正交试验结果分析

2.2 优组合综合平衡分析

由于不同性能指标所对应的优化组合不完全相同，对一个指标是好方案，而对另一个指标却不一定是好方案。因此，需要进一步采用综合平衡分析法选取较优的因素水平组合。

表 4 不同性能指标极差及优方案

考虑各因素水平对混凝土综合性能的影响，选取可以兼顾的较优的水平组合，由表 4 可知：

废浆密度 A 的水平选取：对于初始坍落度、28d 抗压强度，废浆密度引起的极差最大，即废浆密度是影响混凝土初始坍落度和 28d 抗压强度的主要因素，且最优水平均为 A1；对于 1h 坍落度损失值，废浆密度是次要影响因素，但最优水平为 A1。因此，综合考虑这三个性能指标，废浆密度取 A1水平最优。

废浆掺量 B 的水平选取：对于 1h 坍落度损失值来说，废浆掺量的极差最大，即废浆掺量是主要影响因素。但是，对于初始坍落度和 28d 抗压强度，废浆掺量的极差都是最小的，即是影响最小的因素。然而，对 1h 坍落度损失值、初始坍落度、28d 抗压强度，均有废浆掺量 B2 水平最好。因此，综合分析这三个性能指标，废浆掺量取 B2 水平较优。

外加剂用量 C 的水平选取：对三个性能指标来说，外加剂用量的极差都不是最大，即外加剂用量不是影响最大的因素，属于较次的因素。对于 1h 坍落度损失值和 28d 抗压强度来说，外加剂用量取 C3 水平最好；对于初始坍落度，虽然取C2 水平较好，但由于它并不是影响初始坍落度的主要影响因素，且 C3 水平与 C2 水平接近，综合分析各性能指标，外加剂用量应取 C3 水平为好。

综上所述，得出理论上较优的试验方案如下：废浆密度选取第一水平 (A1)，即 (1.025±0.005)g/cm3；废浆掺量选取第二水平 (B2)，即 30%；外加剂用量选取第三水平 (C3)，即11.1kg/m3。该优方案与杨等人[5]研究推荐的最佳密度最佳掺量分别为 1.020g/cm3和 30% 结果基本一致。

2.3 生产控制优组合选用

由综合平衡分析选取的较优水平组合 A1B2C3 可知：低浓度、中等掺量及高外加剂掺量。这种组合在实际生产中有以下几个问题：一是废浆使用量有限，不能及时地消化每天产生的废浆；二是提高了外加剂用量，会增加混凝土成本。因此，在生产中，除了考虑废浆对混凝土性能的影响，还需兼顾废水利用率最大化及废水利用的经济性。

从正交试验各因素对混凝土性能的主次影响关系上来看，可以进一步优化 A1B2C3 组合，选取更适宜生产需要的水平组合。由 2.1 节的主次影响关系分析结论可知：三因素中，废浆密度是初始坍落度和 28d 抗压强度的主要影响因素，而掺量是次要因素，因此，废浆密度的选用和控制是最重要的，应选取 A1 水平；废浆掺量尽管是影响坍损值的主要因素，但外加剂不是影响混凝土各性能的主要因素，因此，可以通过外加剂用量来调整坍损值而不会过多地影响混凝土性能，只会导致成本的增加，所以，在应用中，可提高废浆掺量至 40%，即 B3 水平，而外加剂用量可根据实际生产需要进行控制。

因此，建议在生产中选择 A1B3 组合，即使用最佳密度为 (1.025±0.005)g/cm3，最佳掺量为 40%，而外加剂用量可根据实际情况控制，即废浆的使用应坚持低浓度、高掺量，对混凝土影响小而又不过多增加混凝土成本的原则。

3 结论

（1）废浆密度是影响混凝土初始坍落度及 28d 抗压强度的主要因素，废浆掺量是影响混凝土 1h 坍落度损失值的主要因素，外加剂用量属于这三个性能的次要影响因素。

（2）综合平衡分析，试验结果废浆使用的优组合为A1B2C3，即密度为 (1.025±0.005)g/cm3，掺量为 30%，外加剂用量为 11.1kg/m3（比基准混凝土多 0.5 kg/m3）。

（3）从实际应用需要的角度和各因素对混凝土性能的主次影响关系分析上来看，生产应用可选用密度为(1.025±0.005)g/cm3，掺量为 40%，即 A1B3 组合，外加剂用量在尽量不增加成本的基础上可根据实际生产情况控制。

（4）废浆的使用应坚持低浓度、高掺量，对混凝土影响小而又不过多增加混凝土成本的原则。

[1] 黄希宇．混凝土搅拌站废浆的回收利用研究[J]．广西节能，2012,02: 19-20．

[2] Su N, Miao B Q, Liu F S, et al. Effect of wash water and under ground water on properties of concrete[J] . Cement and C oncrete R esearch, 2002, 32(5): 777-782.

[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] 刘瑞江，张业旺，闻崇炜，等．正交试验设计和分析方法研究[J]．实验技术与管理，2010,27(9): 52-55．

[5] 杨根宏，杨松林，曹达纯，等．混凝土搅拌站废浆回收利用的研究与应用[J]．广东建材，2013,9 (29): 64-67．

［通讯地址］龙岗区布吉街道布沙路 162 号南景豪庭星皓阁16 层（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

杨松林（1983—），男，硕士，工程师，主要从事商品混凝土技术与管理。