高艳彬，李城，凯乐，林宗浩，邓孝容

（重庆建工建材物流有限公司，重庆 401122）

0 引言

随着城市化进程的不断推进，预拌商品混凝土得到了高速发展，但与此同时，混凝土搅拌站在生产过程中会产生大量的废水废浆，如处理不当将带来资源浪费、环境破坏等问题[1]。在国家大力倡导“绿色、环保、节能、减排”的背景下，高效利用资源，实现可持续发展已经成为当今搅拌站发展的趋势[2]。随着人们对搅拌站废浆的关注度不断提高，如何对废浆进行科学合理的回收利用，是搅拌站面临的现实问题。

目前国内外学者研究的重点多集中在废浆对混凝土性能的影响方面，研究表明一定浓度的废浆完全可以用于混凝土生产[3-4]，但在实际应用中仍面临另外的难题：废浆浓度是随时变化的，特别是在生产高峰时段，涮洗罐车的频率较低，废浆的浓度较低，而生产量较小时罐车涮洗量大将导致废浆浓度增大。在废浆浓度检测方面，目前搅拌站行业尚无一套成熟稳定的自动检测技术，相关研究也较少，浓度检测以烘干为主，试验结果具有严重的滞后性，不能及时指导废浆的使用，不利于混凝土质量控制，极大制约了废浆的应用。

基于上述现状，本文开发了一套废浆浓度在线检测系统，测试结果与工控系统连通，通过工控配合比自动计算实现废浆用量实时补给，有效保证混凝土质量，对废浆的科学应用具有重要意义。

1 废浆来源与特性

1.1 废浆来源

（1）废弃浆料分离过程产生的废浆

废弃浆料主要来自报废混凝土、搅拌机清洗、混凝土运输车回站洗罐，经过石子振动分离筛分离出石子和粗砂，剩下含有粒径较小细砂的浆液利用细砂分离器进行二次分离，最后得到主要含水泥、掺合料及其水化产物的废浆。

（2）冲洗生产场地产生的废浆

搅拌站冲洗场地的水经场地内沟渠进入废浆池，此部分废浆含有少量混凝土材料，一定程度上对废浆浓度进行了稀释。

（3）部分雨水

雨水经场地内沟渠进入废浆池。

1.2 废浆利用流程

图1为典型的废浆循环使用工艺流程。

图1 废浆回收利用工艺流程

1.3 废浆特性

废浆中固体颗粒的主要成分为水泥、掺合料水化颗粒和细砂颗粒，密度较自来水有所升高，同时由于废浆中含有水泥水化产物氢氧化钙和C-S-H凝胶，致使废浆的pH值较高，一般在12左右，属于碱性浆料，促使混凝土加快凝结，这也是使用废浆会导致混凝土拌合物性能损失变快的主要原因[5]。

2 废浆浓度在线检测系统

2.1 工作原理

采用定容容器，称量其装满废浆时的质量，已知废浆固体颗粒密度，推算废浆浓度（固含量）。废浆固含量指废浆中固体颗粒总质量占废浆质量的百分比，设废浆的固含量为S（%），装满废浆时废浆的质量为m（g），容器容积为V（mL），固体密度为ρ固（g/cm3），则有：

将废浆看作水和固体颗粒的悬浮液，即废浆质量m=m水+m固；

不考虑温度的影响，水的密度ρ水为1g/cm3，简化S=

已知容器容积V和固体密度ρ固的条件下，通过测量装满废浆时的质量m，即可得到废浆的固含量。

2.2 装置设计

图2为废浆浓度在线检测系统示意图，其中，1为废浆池，储存废浆；7为搅拌装置，因废浆中固体颗粒易发生沉淀，造成池底部废浆浓度大，上部浓度小，设置废浆池搅拌装置，定时启动，搅匀废浆，使测试废浆浓度的取样更有代表性，更利于指导废浆应用。废浆桶为一固定容积的测试桶，废浆桶底部与气动蝶阀连接，测试前蝶阀关闭，测试结束后打开蝶阀排出废浆；通过水泵控制抽取废浆；采用称重传感器对废浆称重计量，通过称重变送器进行测试数据传输。

图2 废浆浓度检测系统示意图

2.3 自动化控制

废浆浓度在线检测的自动控制主要流程如图3所示，整个检测周期在2min内完成，测试结果与工控系统连接，自动计算，系统自动进行废浆实时补给，图4为工控端废浆浓度结果显示界面（回收水仓位）。

图3 废浆浓度在线检测系统自动控制流程

图4 废浆（回收水）浓度工控显示

3 试验与分析

3.1 废浆固体颗粒密度

根据工作原理，要得到废浆浓度S，除测试得到废浆质量m外，还需获知废浆中固体颗粒的密度ρ固。固体颗粒成分主要为水泥、掺合料等水化颗粒和细砂颗粒，实际中各组分的比例会有一定变化，但总体保持在一个相对固定的范围，因此可将固体密度看作一个相对固定的参数。本文通过对不同日期不同时段产生的废浆进行固体颗粒密度测试（图5），对20组固体密度试验结果分析发现，密度最大值为2.526g/cm3，最小值为2.484g/cm3，平均值为2.505g/cm3，标准差σ为0.013g/cm3，最大离散为0.8%，表明固体密度的分布比较集中，可以其平均值作为一定时段内密度的固定参数。为确保浓度测试更加准确，可以在材料种类发生较大变化时修正取值，或定期对固体颗粒密度进行修正。

图5 废浆中固体颗粒密度测试

3.2 废浆桶体积标定

废浆桶体积也是废浆浓度测试的必要参数，有效体积为废浆桶蝶阀蝶板至溢流管下沿之间的体积。表1为废浆桶体积标定记录，经标定，废浆桶体积为11174mL。

3.3 浓度对比

废浆浓度对比试验结果见表2。可以看出，90%在线检测结果与烘干法的浓度检测结果偏差在1%以内，最大偏差为1.5%，表明在线检测废浆浓度具有较高的准确性，可作为废浆浓度检测方法用于废浆质量管控中。

表2 在线检测与烘干法检测的浓度对比

4 应用成效

研究成果在实践中进行了应用，实现了废浆浓度的在线检测，精度控制在±2.0%内，实现了废浆的科学精准利用（图6）。据统计，2021年3—12月，应用中两个站点合计使用废浆3.47万t，直接经济效益超过15万元，经济效益显著。更重要的是通过浓度自动检测，从技术上实现了废浆的精细化管理，极大改善了之前相对粗犷的利用方式，对保证混凝土质量起到了非常重要的作用。此外，完全实现了搅拌站废浆零排放的绿色生产目标，由此带来了巨大的环境效益。

图6 废浆浓度在线检测系统实际应用

5 结语

搅拌站废浆回收利用是预拌混凝土行业实现绿色环保、可持续发展、节能减排的有效途径。本文针对搅拌站废浆利用的现状，从提高废浆使用水平和保证混凝土质量的角度着手，成功开发了一套废浆浓度在线检测系统，检测周期不超过2min，浓度值偏差不超过2%，具有较高的检测准确度。经大量实践应用表明，废浆浓度在线检测系统从技术上实现了废浆的精细化管理，提高了废浆利用水平，对保证混凝土质量具有重要意义。该系统的应用使搅拌站实现了废浆零排放的绿色生产目标，促进了经济、技术和环境多重效益的全面提升。