攪拌站廢漿濃度在線檢測技術的研究與應用

高艷彬，李城，凱樂，林宗浩，鄧孝容

（重慶建工建材物流有限公司，重慶 401122）

0 引言

隨著城市化進程的不斷推進，預拌商品混凝土得到了高速發展，但與此同時，混凝土攪拌站在生產過程中會產生大量的廢水廢漿，如處理不當將帶來資源浪費、環境破壞等問題[1]。在國家大力倡導“綠色、環保、節能、減排”的背景下，高效利用資源，實現可持續發展已經成為當今攪拌站發展的趨勢[2]。隨著人們對攪拌站廢漿的關注度不斷提高，如何對廢漿進行科學合理的回收利用，是攪拌站面臨的現實問題。

目前國內外學者研究的重點多集中在廢漿對混凝土性能的影響方面，研究表明一定濃度的廢漿完全可以用于混凝土生產[3-4]，但在實際應用中仍面臨另外的難題：廢漿濃度是隨時變化的，特別是在生產高峰時段，涮洗罐車的頻率較低，廢漿的濃度較低，而生產量較小時罐車涮洗量大將導致廢漿濃度增大。在廢漿濃度檢測方面，目前攪拌站行業尚無一套成熟穩定的自動檢測技術，相關研究也較少，濃度檢測以烘干為主，試驗結果具有嚴重的滯后性，不能及時指導廢漿的使用，不利于混凝土質量控制，極大制約了廢漿的應用。

基于上述現狀，本文開發了一套廢漿濃度在線檢測系統，測試結果與工控系統連通，通過工控配合比自動計算實現廢漿用量實時補給，有效保證混凝土質量，對廢漿的科學應用具有重要意義。

1 廢漿來源與特性

1.1 廢漿來源

（1）廢棄漿料分離過程產生的廢漿

廢棄漿料主要來自報廢混凝土、攪拌機清洗、混凝土運輸車回站洗罐，經過石子振動分離篩分離出石子和粗砂，剩下含有粒徑較小細砂的漿液利用細砂分離器進行二次分離，最后得到主要含水泥、摻合料及其水化產物的廢漿。

（2）沖洗生產場地產生的廢漿

攪拌站沖洗場地的水經場地內溝渠進入廢漿池，此部分廢漿含有少量混凝土材料，一定程度上對廢漿濃度進行了稀釋。

（3）部分雨水

雨水經場地內溝渠進入廢漿池。

1.2 廢漿利用流程

圖1為典型的廢漿循環使用工藝流程。

圖1 廢漿回收利用工藝流程

1.3 廢漿特性

廢漿中固體顆粒的主要成分為水泥、摻合料水化顆粒和細砂顆粒，密度較自來水有所升高，同時由于廢漿中含有水泥水化產物氫氧化鈣和C-S-H凝膠，致使廢漿的pH值較高，一般在12左右，屬于堿性漿料，促使混凝土加快凝結，這也是使用廢漿會導致混凝土拌合物性能損失變快的主要原因[5]。

2 廢漿濃度在線檢測系統

2.1 工作原理

采用定容容器，稱量其裝滿廢漿時的質量，已知廢漿固體顆粒密度，推算廢漿濃度（固含量）。廢漿固含量指廢漿中固體顆粒總質量占廢漿質量的百分比，設廢漿的固含量為S（%），裝滿廢漿時廢漿的質量為m（g），容器容積為V（mL），固體密度為ρ固（g/cm3），則有：

將廢漿看作水和固體顆粒的懸浮液，即廢漿質量m=m水+m固；

不考慮溫度的影響，水的密度ρ水為1g/cm3，簡化S=

已知容器容積V和固體密度ρ固的條件下，通過測量裝滿廢漿時的質量m，即可得到廢漿的固含量。

2.2 裝置設計

圖2為廢漿濃度在線檢測系統示意圖，其中，1為廢漿池，儲存廢漿；7為攪拌裝置，因廢漿中固體顆粒易發生沉淀，造成池底部廢漿濃度大，上部濃度小，設置廢漿池攪拌裝置，定時啟動，攪勻廢漿，使測試廢漿濃度的取樣更有代表性，更利于指導廢漿應用。廢漿桶為一固定容積的測試桶，廢漿桶底部與氣動蝶閥連接，測試前蝶閥關閉，測試結束后打開蝶閥排出廢漿；通過水泵控制抽取廢漿；采用稱重傳感器對廢漿稱重計量，通過稱重變送器進行測試數據傳輸。

圖2 廢漿濃度檢測系統示意圖

2.3 自動化控制

廢漿濃度在線檢測的自動控制主要流程如圖3所示，整個檢測周期在2min內完成，測試結果與工控系統連接，自動計算，系統自動進行廢漿實時補給，圖4為工控端廢漿濃度結果顯示界面（回收水倉位）。

圖3 廢漿濃度在線檢測系統自動控制流程

圖4 廢漿（回收水）濃度工控顯示

3 試驗與分析

3.1 廢漿固體顆粒密度

根據工作原理，要得到廢漿濃度S，除測試得到廢漿質量m外，還需獲知廢漿中固體顆粒的密度ρ固。固體顆粒成分主要為水泥、摻合料等水化顆粒和細砂顆粒，實際中各組分的比例會有一定變化，但總體保持在一個相對固定的范圍，因此可將固體密度看作一個相對固定的參數。本文通過對不同日期不同時段產生的廢漿進行固體顆粒密度測試（圖5），對20組固體密度試驗結果分析發現，密度最大值為2.526g/cm3，最小值為2.484g/cm3，平均值為2.505g/cm3，標準差σ為0.013g/cm3，最大離散為0.8%，表明固體密度的分布比較集中，可以其平均值作為一定時段內密度的固定參數。為確保濃度測試更加準確，可以在材料種類發生較大變化時修正取值，或定期對固體顆粒密度進行修正。

圖5 廢漿中固體顆粒密度測試

3.2 廢漿桶體積標定

廢漿桶體積也是廢漿濃度測試的必要參數，有效體積為廢漿桶蝶閥蝶板至溢流管下沿之間的體積。表1為廢漿桶體積標定記錄，經標定，廢漿桶體積為11174mL。

3.3 濃度對比

廢漿濃度對比試驗結果見表2。可以看出，90%在線檢測結果與烘干法的濃度檢測結果偏差在1%以內，最大偏差為1.5%，表明在線檢測廢漿濃度具有較高的準確性，可作為廢漿濃度檢測方法用于廢漿質量管控中。

表2 在線檢測與烘干法檢測的濃度對比

4 應用成效

研究成果在實踐中進行了應用，實現了廢漿濃度的在線檢測，精度控制在±2.0%內，實現了廢漿的科學精準利用（圖6）。據統計，2021年3—12月，應用中兩個站點合計使用廢漿3.47萬t，直接經濟效益超過15萬元，經濟效益顯著。更重要的是通過濃度自動檢測，從技術上實現了廢漿的精細化管理，極大改善了之前相對粗獷的利用方式，對保證混凝土質量起到了非常重要的作用。此外，完全實現了攪拌站廢漿零排放的綠色生產目標，由此帶來了巨大的環境效益。

圖6 廢漿濃度在線檢測系統實際應用

5 結語

攪拌站廢漿回收利用是預拌混凝土行業實現綠色環保、可持續發展、節能減排的有效途徑。本文針對攪拌站廢漿利用的現狀，從提高廢漿使用水平和保證混凝土質量的角度著手，成功開發了一套廢漿濃度在線檢測系統，檢測周期不超過2min，濃度值偏差不超過2%，具有較高的檢測準確度。經大量實踐應用表明，廢漿濃度在線檢測系統從技術上實現了廢漿的精細化管理，提高了廢漿利用水平，對保證混凝土質量具有重要意義。該系統的應用使攪拌站實現了廢漿零排放的綠色生產目標，促進了經濟、技術和環境多重效益的全面提升。