工业领域绿色低碳技术应用案例6 预拌混凝土罐车智能化无废干洗技术项目

案例6预拌混凝土罐车智能化无废干洗技术项目主要完成单位：河南格林同创绿色科技发展研究院有限公司主要完成人员：孙震宇、李海华、王国峰、刘莉莉、徐玉琦、仝琳琳、雷豪预拌混凝土是当今社会最大宗的建筑材料，混凝土罐车是预拌混凝土最重要的运输工具。为了避免混凝土罐车内残余的混凝土凝结硬化，对后续生产运输产生不良影响，需及时将罐车冲洗干净，生产1m³的混凝土平均需要产生0.03t的罐车清洗废浆，废浆存量与产出量巨大。以2019年为例，全国商品混凝土产量达25.5亿m3，年产生约7650万吨废浆。图SEQ图\*ARABIC54预拌混凝土罐车废浆处理传统工艺实景图一、项目背景目前，预拌混凝土罐车内罐体通常使用高压水清洗工艺，既消耗大量清洁水，又产出有害离子高、易对混凝土性能造成不利影响的废浆。但需要注意到的是，废浆的再利用并不容易。《预拌混凝土绿色生产及管理技术规程》（JGJ/T328-2014）中明确指出，“生产的废水、废浆不宜用于制备预应力混凝土、装饰混凝土、高强混凝土和暴露于腐蚀环境的混凝土，不得用于制备利用碱活性或潜在碱活性骨料的混凝土”，进一步强化了废浆的再利用限制。然而，现有回收工艺不成熟，处理工艺复杂，成本高，术容易导致厂区内部环境脏乱差，严重制约了水洗废物有效地回收利用，同时也造成了矿产资源和水资源的极大浪费。因此，有必要进一步清洁生产水平，加快推进绿色低碳发展。河南格林同创绿色科技发展研究院有限公司开展的预拌混凝土罐车智能化无废干洗技术项目，年产规模为20万m3预拌混凝土，工艺技术包含智能称重子系统、清洗骨料配送卸料子系统、智能干洗子系统、润料子系统、数据分析中心五部分。通过对预拌混凝土罐车进、出站罐车重量（kg）采集与门禁车牌识别关联，设定进入干洗系统的罐内残余浆料重量阈值，将加水量与进出站间隔时间、室外气温等因素相结合，同时加入罐车内参与浆料重量5-8倍的混凝土粗骨料作为清洗介质替代传统水洗和砂石分离系统，实现罐车清洗无废水废浆。图SEQ图\*ARABIC55项目技术组成二、创新点及相关技术内容创新点1：研究裹浆骨料微-细-宏观特性传统预拌混凝土罐车内罐体清洗没有对裹浆骨料的界面和多重界面进行深入分析，精细化、定量化特性研究相对缺乏。针对上述现实问题，项目重点鉴别了裹浆骨料的界面和多重界面（骨料与新砂浆的新界面、老骨料与老砂浆的老界面、老砂浆与新砂浆之间的砂浆新界面）的特性，通过扫描电镜观察界面过渡区微观形貌和各组分分布，结合能谱分析产物种类和化学组成，为罐车清洗工艺的优化提供了科学依据和技术支持。图SEQ图\*ARABIC56裹浆骨料多重界面与裹壳结构示意图借助背散射电子技术拍摄界面过渡区灰色度图，通过图像灰色度特征和形貌特征区别不同物相，并定量获得孔隙率。使用能谱沿界面过渡区厚度方向进行元素线扫描，测定Si、Al、O、Na、K、Ca等元素沿厚度方向的分布。使用纳米压痕仪沿界面过渡区厚度方向以一定步长测试弹性模量和显微硬度。根据弹性模量和显微硬度梯度分布，分析得到在界面过渡区内弹性模量和显微硬度的分布云图。把裹浆骨料切开，在通过光学显微镜观察骨料表面裹壳中内核、界面、壳层等结构及其内部的细观构成，并建立具有三层结构的类球体细观物理模型。创新点2：明晰裹浆骨料对泵送混凝土性能的影响为进一步提高工作效率、降低施工成本与保障工程质量，项目研究以裹浆骨料混凝土骨料取代不同比例的天然骨料，制备C30-C50泵送混凝土，参照GBT50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GBT50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测泵送混凝土的工作性（坍落度、扩展度、坍落度损失、保水性）、力学性能（抗压强度、劈裂抗拉强度、干燥收缩、弹性模量）和耐久性能（抗渗性、抗冻性），分析得到裹浆骨料掺量变化对性能影响规律，如REF_Ref143778241\h表15所示。表SEQ表\*ARABIC15裹浆骨料对泵送混凝土性能影响混凝土性能裹浆骨料取代天然骨料比例010%20%30%50%初始塌落度/mm2202102102052057d抗压强度/MPa27.527.227.227.426.128d抗压强度/MPa37.637.437.437.336.0创新点3：明确高效节能的智能干洗技术高压水洗水泥罐体会产生大量含有有害物质的污水，若未经处理排放则会导致环境污染、影响周围土壤和水体的质量。同时，高压水洗水泥罐体存在一定的安全隐患，例如高压水流可能对作业人员造成伤害，容易发生事故，增加了施工现场的安全风险。针对上述现实问题，项目研发的混凝土罐车智能化无废干洗技术，提升了预拌混凝土行业罐车残渣资源回收利用率，大幅减少了传统高压水洗工艺带来的废水、废渣、废浆等二次污染问题，降低了噪音影响，改善了厂容厂貌，实现了能源与水资源消耗的协同节约。表SEQ表\*ARABIC16关键技术参数对比表指标高压水洗技术智能干洗技术对比结果工艺主要使用设备砂石分离机、板框压滤机、搅拌水池、沉淀池、物料输送机原料仓、物料输送机、卸料仓、智能平台设备简单高效运转时间24h/d6.7h/d提高生产效率占地面积200m240m2节约占地面积投资100万元65万元一次性投资降低35%总运行功率25kw3.5kw能耗降低90%以上电耗0.1943kgce/m30.0122kgce/m3水耗30L/m3趋零基本不耗水工序周边环境脏、乱、差干净整洁改善厂区环境污染物产生和排放废水有无无废水产生固废有无无固废产生废气无无不涉及噪声设备噪声分贝高，持续时间24h/d设备噪声分贝较低，持续时间共计6.7h/d噪声影响小环境风险清洗废水、废渣、废浆容易造成水环境、土壤环境污染无消除环境风险三、经验总结与推广价值预拌混凝土罐车智能化无废干洗技术项目研发的预拌混凝土罐车智能化无废干洗技术属于生态环境保护与清洁生产工艺技术领域，可应用于建材行业多数运输罐车清晰，能够解决高压水冲洗技术带来的能耗、物耗、污染问题，解决水洗废物的产生。项目经济、环境与社会效益显著。经河南格林同创绿色科技发展研究院有限公司测算，以1家20万m³/a预拌混凝土企业计，运转效率按95%，年生产300天，原有高压水洗砂石分离设备每天运转18小时，平均每年节约用电95134.55kWh（约7.61万元）、节约用水0.48t（约2.16万元）、节约水泥河沙等原料633.50t（约26.61万元），同时由于不再使用砂石分离系统，降低年维护成本约7.13万元与药剂成本14.16万元，合计节约经济成本57.67万元。技术应用后无废水产生和排放，实现废水减排6000m³/a，CODcr减排1.2t/a，BOD5减排0.6t/a，SS减排1.8t/a，减少固废产生量800t/a，可节约单位产品综合能耗0.1898kgce，减少单位产品CO2排放量0.4934kg，可减少CO2排放量0.6561kg/m³