攪拌站廢漿回收利用正交試驗研究與應用

楊松林，王光偉，曹達純

（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研究與應用

楊松林，王光偉，曹達純

（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研究攪拌站廢漿的應用，分析其對預拌混凝土初始坍落度、坍落度損失、抗壓強度的影響。試驗結果表明：廢漿密度是影響混凝土初始坍落度及 28d 抗壓強度的主要因素，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。

預拌混凝土；廢漿；正交試驗；強度

0 前言

隨著預拌混凝土行業的飛速發展，攪拌站在生產過程中會產生大量的廢漿，給自然環境造成巨大的壓力。目前，攪拌站廢漿的問題正逐漸受到人們的關注，因而廢漿回收利用已成為綠色環保攪拌站建設與發展的關鍵。

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

現在攪拌站對廢漿的普遍處理方式為沉淀法[1]，把所有的廢漿經排水系統引入三級沉淀池，沉淀后的清水回收利用，沉淀的固體廢料再另行處理。此外，也有攪拌站對廢漿采用壓濾機進行處理，壓濾后的清水回收再利用，壓濾后的固體廢料須及時做無害化處理。這兩種方法都需要對濕的固體廢料進行再處理，產生二次污染且花費處理費用，難以實現真正的廢漿 100% 回收。

廢漿由固體顆粒和澄清液組成，廢漿經靜置沉淀后的澄清液水質符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》規定，固體顆粒作為混凝土填充料，是可以直接用于混凝土中的。我公司采用經砂石分離機分離出的漿體直接使用的方式，不再做沉淀或壓濾處理，無二次污染，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，經專用管道和計量裝置輸入攪拌主機使用。

廢漿的用量由試配決定，根據前期的使用經驗，廢漿的密度、摻量影響混凝土性能，且影響外加劑用量。已有研究認為對于中低強度等級混凝土，摻入廢漿后對其力學性能影響不大，甚至還會提高其力學性能[2]，但會導致中低等級強度混凝土拌合物的擴展度和坍落度變小[3]。本工作主要采用正交試驗設計和分析方法[4]探討廢漿密度、摻量、外加劑用量對預拌混凝土初始坍落度、坍落度損失（以下簡稱坍損）、抗壓強度的影響，優化廢漿回收利用方案，實現廢漿利用率最大化及廢漿利用的經濟性，合理、高效、經濟的實現廢漿100% 回收利用。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

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

（2）細骨料：惠州產中砂，細度模數為 2.5，含泥量為0.8%；其它技術性能指標符合現行規范要求。

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

（4）礦物摻合料：電廠灰，細度為 21.5%，含水率0.8%；其它技術性能指標符合現行規范要求。

（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%)；其它技術性能指標符合現行規范要求。

（6）拌合水：自來水。

1.2 試驗方法

混凝土拌合物性能試驗和力學性能試驗分別按照國家標準 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

1.3 正交試驗方案設計

本試驗以廢漿密度 (A)，廢漿等量替代清水的摻量 (B)以及外加劑用量 (C) 為三個影響因素，每個因素取三個水平值，以此設計三因素、三水平（L9(34)）正交試驗，如表 1 所示。性能指標為初始坍落度、1h 坍落度損失值和 28d 抗壓強度。本次試驗暫時不考慮各因素之間的相互作用，根據表 1所列的因素水平，以 C35 泵送混凝土為例，并設計一個不摻廢漿的基準混凝土對比，加漿試驗參數如表 2 所示。

表 1 正交試驗因素水平表

表 2 C35 泵送混凝土廢漿正交試驗組合及廢漿用量

2 試驗結果及分析

2.1 正交試驗結果與分析

由表 3 分析結果可知，對初始坍落度、1h 坍損值、28d抗壓強度三個性能指標分別進行計算分析，得出以下三個好的方案：初始坍落度——A1B1C2 或 A1B2C2；1h 坍落度損失值——A1B2C3 或 A1B3C3；28d 抗壓強度——A1B2C3。

對初始坍落度的影響，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 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；對于 28d 抗壓強度的影響，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結果分析

2.2 優組合綜合平衡分析

由于不同性能指標所對應的優化組合不完全相同，對一個指標是好方案，而對另一個指標卻不一定是好方案。因此，需要進一步采用綜合平衡分析法選取較優的因素水平組合。

表 4 不同性能指標極差及優方案

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

廢漿密度 A 的水平選取：對于初始坍落度、28d 抗壓強度，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 抗壓強度的主要因素，且最優水平均為 A1；對于 1h 坍落度損失值，廢漿密度是次要影響因素，但最優水平為 A1。因此，綜合考慮這三個性能指標，廢漿密度取 A1水平最優。

廢漿摻量 B 的水平選取：對于 1h 坍落度損失值來說，廢漿摻量的極差最大，即廢漿摻量是主要影響因素。但是，對于初始坍落度和 28d 抗壓強度，廢漿摻量的極差都是最小的，即是影響最小的因素。然而，對 1h 坍落度損失值、初始坍落度、28d 抗壓強度，均有廢漿摻量 B2 水平最好。因此，綜合分析這三個性能指標，廢漿摻量取 B2 水平較優。

外加劑用量 C 的水平選取：對三個性能指標來說，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。對于 1h 坍落度損失值和 28d 抗壓強度來說，外加劑用量取 C3 水平最好；對于初始坍落度，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，外加劑用量應取 C3 水平為好。

綜上所述，得出理論上較優的試驗方案如下：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% 結果基本一致。

2.3 生產控制優組合選用

由綜合平衡分析選取的較優水平組合 A1B2C3 可知：低濃度、中等摻量及高外加劑摻量。這種組合在實際生產中有以下幾個問題：一是廢漿使用量有限，不能及時地消化每天產生的廢漿；二是提高了外加劑用量，會增加混凝土成本。因此，在生產中，除了考慮廢漿對混凝土性能的影響，還需兼顧廢水利用率最大化及廢水利用的經濟性。

從正交試驗各因素對混凝土性能的主次影響關系上來看，可以進一步優化 A1B2C3 組合，選取更適宜生產需要的水平組合。由 2.1 節的主次影響關系分析結論可知：三因素中，廢漿密度是初始坍落度和 28d 抗壓強度的主要影響因素，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，可以通過外加劑用量來調整坍損值而不會過多地影響混凝土性能，只會導致成本的增加，所以，在應用中，可提高廢漿摻量至 40%，即 B3 水平，而外加劑用量可根據實際生產需要進行控制。

因此，建議在生產中選擇 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實際情況控制，即廢漿的使用應堅持低濃度、高摻量，對混凝土影響小而又不過多增加混凝土成本的原則。

3 結論

（1）廢漿密度是影響混凝土初始坍落度及 28d 抗壓強度的主要因素，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性能的次要影響因素。

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

（3）從實際應用需要的角度和各因素對混凝土性能的主次影響關系分析上來看，生產應用可選用密度為(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上可根據實際生產情況控制。

（4）廢漿的使用應堅持低濃度、高摻量，對混凝土影響小而又不過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] 劉瑞江，張業旺，聞崇煒，等．正交試驗設計和分析方法研究[J]．實驗技術與管理，2010,27(9): 52-55．

[5] 楊根宏，楊松林，曹達純，等．混凝土攪拌站廢漿回收利用的研究與應用[J]．廣東建材，2013,9 (29): 64-67．

［通訊地址］龍崗區布吉街道布沙路 162 號南景豪庭星皓閣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與管理。