预拌混凝土企业生产废浆回收利用试验研究

纪盛猛，唐天佼，冯新义，白体新

（1. 沧兴控股有限公司，河北 沧州 061000；2. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

0 前言

随着国家对环境治理的重点推进，预拌混凝土企业（以下简称混凝土企业）面临着巨大的环保压力，混凝土生产过程中产生的废浆处置与环境保护之间的矛盾逐渐显露，实现对废浆的回收利用和零排放早已被提上日程。借助科技的进步和经济社会的发展，我们可以运用先进的技术和设备，最大限度地实现对废浆的回收利用，并且获得显著的经济效益、环境效益和质量效益。

1 废浆回收利用的必要性和可行性

废浆的传统处理方法是进行简单的自然沉淀，然后用排水设备将澄清水排放到大自然，沉淀的固体废物进行人工清理。在当前的形势下，对于这种做法不仅国家和社会不予认可，在实际的生产经营过程中也会对环境和企业自身的发展造成不利影响，所以针对混凝土生产过程中产生的废浆处理方法需要进行优化和创新，采取科学、可行的方式进行处理极为重要。

本文的试验研究是基于“砂石分离机＋废浆回收搅拌池”回收系统，对废浆进行回收利用。生产企业可以通过对设备布置、排放、回收、稀释、搅拌、计量等各环节优化来实现这一目标。砂石分离机将石子和粗砂分离，然后回收使用；废浆流入搅拌池，一部分用来洗涮，循环使用，一部分经计量作为混凝土拌合水使用，搅拌池有自动补水装置，当液面低于控制液面时可以自动补水。此种处理废浆的技术方法，实现了混凝土生产“绿色化”、“环保化”和“零排放”的目标。

2 废浆试验研究

2.1 关于废浆

通过对国内混凝土企业废浆的了解和相关文献、标准的研读、剖析，首先明确什么是废浆，相关指标是什么。JGJ/T 328—2014《预拌混凝土绿色生产及管理技术规程》中关于废浆是这样定义的：清洗混凝土搅拌设备、运输设备和搅拌站（楼）出料位置地面所形成的含有较多固体颗粒物的液体，没有明确含固量。根据河北省地方标准 DB 13/T 2358—2016《预拌混凝土生产废水再用技术要求》对废水水质做了相关要求，其中含固量≤2%。但因混凝土生产企业废水含固量较高，即使掺和清水使用，也远高于 2% 的含固量，所以本次废浆试验研究，含固量均大于 2%。

2.2 建立废浆含固量—密度关系曲线

在试验研究开展过程中，一方面含固量试验需要花费大量的时间，另一方面回收池中的废浆因为受到洗刷设备和生产的影响其密度在不断变化，导致其在试验过程中不易控。但是通过大量试验得出的数据表明，含固量和密度存在一定的线性关系。

在河北省地方标准 DB 13/T 2358—2016《预拌混凝土生产废水再用技术要求》中也有相应的建议，即建立废浆含固量—密度关系曲线。本次试验研究含固量与密度关系经过线性拟合得到关系曲线和表达式，如图1 所示。

图1 含固量与密度关系拟合曲线

2.3 废浆对水泥指标的影响

选用几个不同品牌的水泥，在废水掺量和密度变化的条件下进行水泥相关试验，将标准稠度用水量、凝结时间和抗压强度等数据进行对比，见表1。

表1 废浆对水泥指标的影响试验结果

试验结论：

（1）掺入废浆的比例和含固量的不同会在一定程度上影响水泥的标准稠度用水量和凝结时间，但是与清水的对比结果表明符合现有标准的要求。

（2）废浆掺入比例并非越高越好，而是存在于一定的合理区间，当超过 50% 掺入比例时出现了强度差的下滑。

（3）掺入废浆胶砂试块的 3 天和 28 天抗压强度均比清水制作的胶砂试块抗压强度高 0.5～4MPa 不等，一方面符合现有标准的要求，另一方面表明废浆含固物质中含有一定活性成分以提高水泥胶砂的强度。

2.4 试配试验

为了探究废浆对混凝土工作性能和力学性能的影响，寻求废浆最佳掺入比例和胶材替代量，本次试验研究进行了大量的试配试验，试验数据见表2、表3。

表2 采用重山水泥，试验的基本思路是：以废浆中含固量等量替换粉煤灰研究其对混凝土工作性、力学性能的影响。

表3 采用金隅水泥，试验的基本思路是：考虑到废浆含固物质的活性组分，对比基准混凝土配合比阶梯递减 5kg 粉煤灰，研究其对混凝土工作性、力学性能的影响。

试验结论：

（1）虽然清水试配胶材与废浆试配胶材相同甚至要多于废浆试配，但是掺入废浆的试块强度要高于清水试块，这与前面水泥胶砂试块试验结论相同，说明废浆含固物质有活性组分。

（2）随着废浆掺配比例的提高，混凝土试块强度也有 2～9MPa 不等的增加，每个等级强度最大值多出现在废浆掺入比例 30%～50% 之间（注：当然这与废浆的密度也有很大关系，就本试验而言，采用的是中等偏下的密度）。通过试验，建议混凝土废浆的掺入比例不宜超过 50%，推荐掺入比例 40%。

（3）随着废浆掺入量的增大，混凝土的工作性能也稍受影响，总体来看，坍落度损失较清水试配要大一些，但整体都可以满足施工性能要求。

（4）对比表2、表3 同强度等级试块的强度，表2整体试块强度要高于表3，说明含固量等量代替粉煤灰的强度要偏高于含固量梯度递减代替粉煤灰，两者都符合混凝土强度评定，但表3 经济性更明显。

表2 废浆的含固量代替部分粉煤灰对混凝土性能的影响（重山水泥）

表3 废浆的含固量代替部分粉煤灰对混凝土性能的影响（金隅水泥）

3 设备展示与运行维护

3.1 设备图纸

废浆、废水回收设备示意图见图2～4。

图2 废浆、废水回收设备主视图

3.2 废浆回收主要设备组成

废浆回收主要设备包括：砂石分离机（含洗料槽）、废浆回收池；废浆均化搅拌设备，试验观测安全横桥及防护栏杆（试验取样，水体观测），P1 计量泵（通过管道将废浆连接至搅拌楼回收利用），P2 冲洗泵（通过管道连接至罐车进行罐体清洗），P3 冲洗泵（通过管道连接至砂石分离机洗料槽进行料槽冲洗），下放、上提水泵滑轮撑杆及水泵防护网箱，水位限制装置（最高、最低水位限制），池体安全防护网，清水稀释管道，砂石回收区，搅拌楼内废浆计量称。

3.3 设备运行流程

（1）罐车或其他设备通过 P2 冲洗泵连通管道加水冲洗罐体，洗净后将废浆排入洗料槽及砂石分离机。

（2）砂石分离机将砂石分离至砂石回收区，通过P3 冲洗泵连通循环水，将废浆排入回收池。

（3）启动池体中废浆均化搅拌设备，均匀搅拌池体废浆，使其密度均匀一致。

（4）试验人员通过试样采集和试验，结合数据库进行数据比对后告知质检人员及时调整配合比，跟进生产任务。

（5）在使用过程中，如池体中废浆达到指定限位高度，系统将自动蓄水或停止蓄水。

3.4 设备运行维护

建立试验室人员交班检测和分时检测制度，建立健全试验台账、记录。每四个小时进行一次检测试验。建立生产人员交班监测制度和设备定期维护保养制度，加强设备运转监测，提升废浆质量控制情况，更好的掌握含固量、密度的关系及废浆对混凝土工作性能、力学性能、耐久性能影响关系，提升设备利用率和混凝土生产效率。

废浆回收利用装置可以配备摄像头，加强实时监测设备运行状况，加强运行监测，减少设备故障率。

当前回收利用的废浆密度及其他技术指标均可以满足生产要求，在推荐掺量为 40% 的情况下，结合当前生产任务，可以实现对废浆的完全利用，从而实现零排放。

4 试验研究建议

当前从国家、行业到地方对废浆的标准、规程和试验方法等规范性文件还较少，通过以上试验的开展和数据的积累，废浆在混凝土中的作用已是十分明显。针对此类试验做以下建议：

（1）首先明确废浆、废水的定义和检测指标，本次试验：含固量≤2% 为废水，含固量≤20% 为废浆。试验前要进行严格的自检，必要情况下推荐进一步做型检。

（2）根据 DB 13/T 2358—2016《预拌混凝土生产废水再用技术要求》的要求，预拌混凝土生产废水每3 个月进行一次定期检验，根据试验数据和经验积累建议：对已经有充分试验和技术保障的搅拌站可以延长定期检验时间。

（3）根据 JGJ/T 328—2012《预拌混凝土绿色生产及管理技术规程》和 DB 13/T 2358—2016《预拌混凝土生产废水再用技术要求》共同要求，建议：搅拌站回收利用废浆、废水时建立生产班检测制度，建立相关试验记录，完善相关资料。通过大量的数据线性拟合含固量和密度之间的线性关系，建立废浆含固量—密度关系曲线。

（4）使用前应开展大量废浆与胶凝材料的适应性试验，建议：选用不同品牌的胶材、不同掺配比例和不同密度的废浆进行水泥标准稠度用水量试验、凝结时间试验和水泥胶砂抗压强度等试验，探究废浆与胶凝材料的数量化关系。

使用前还应该开展大量试配试验，有针对性的进行废浆混凝土配合比设计，建议：选用不同品牌原材料、不同废浆掺配比例和不同强度等级进行系统性试配试验，主要检测混凝土工作性能和力学性能，并进一步检测耐久性能。

图3 废浆、废水回收设备俯视图

图4 废浆废水回收池剖面图