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2023混凝土科学技术奖
【技术革新类】三等奖项目:高速公路浅变质岩机制砂混凝土配制与碱骨料反应预防关键技术研究
时间:2024-11-08    来源:CCPA科技工作部    分享:
本项目开展了利用浅变质岩制备混凝土骨料的研究,为浅变质岩骨料在混凝土中进行科学、合理化利用提供了技术保障,成为大规模资源化利用浅变质岩的新途径。
2023年度

混凝土科学技术奖•技术革新类

项目展示







2023年度 混凝土科学技术奖工作于2023年3月启动,至2023年12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目45项。经过专家评审委员会的初评及终评,共计30个项目获奖,包括一等奖3项、二等奖16项、三等奖11项,其中“基础理论类”2项、“科技进步类”10项、“标准创新类”3项、“技术革新类”15项。

三等奖项目

高速公路浅变质岩机制砂混凝土配制与碱骨料反应预防关键技术研究


主要完成单位:中建西部建设贵州有限公司、中建西部建设(广东)有限公司、贵州宏信创达工程检测咨询有限公司

主要完成人:林喜华、班录江、刘燚、曹海、邹昊天


项目概况

据了解,我省目前在建的高速公路项目众多,包括剑榕高速、雷榕高速、剑黎高速等。由于贵州地区盛产浅变质岩,尤其是贵州东南地区存在着广泛分布的浅变质岩。在高速公路、桥梁、隧道、铁路、工业与民用建筑工程等基础设施建设中,采用当地原材料用于基础设施建设,不仅可以缩短工程工期,而且可以减轻环境负荷、降低工程造价。但浅变质岩骨料具有一定的潜在碱活性,如何预防、检测、监测浅变质岩骨料用于结构物的碱集料反应活性是非常关键、至关重要的。因此,如何有效预防和控制这些天然材料作为结构物骨料时的有害反应,是目前中西部地区基础设施建设中的重要难题之一。

雷榕高速


贵州浅变质岩分布图


本项目依托承接剑榕高速、雷榕高速和印秀高速等项目,展开了以下几点研究:1.浅变质岩骨料碱活性的评价方法;2.浅变质岩集料的颗粒特征与ASR抑制措施;3.浅变质岩骨料混凝土配合比设计优化与性能分析;4.ASR的无损可视化分析;5.水泥稳定浅变质岩碎石路面基层制备技术;6.超缓凝水下不分散混凝土及其外加剂制备关键技术;7.早强高耐久预应力混凝土应用关键技术;8.低水化热高抗裂大体积承台混凝土制备关键技术。


本项目开展了利用浅变质岩制备混凝土骨料的研究,为浅变质岩骨料在混凝土中进行科学、合理化利用提供了技术保障,成为大规模资源化利用浅变质岩的新途径。同时对贵州区域高速公路项目中涉及到的问题提出针对性解决方案,对提高桥梁、隧道工程的质量,延长桥梁、隧道工程的使用寿命,具有重要的经济意义和社会意义。

主要创新点

1.针对贵州黔东南地区的浅变质岩机制砂骨料,研究了发生碱骨料反应的关键影响因素,并提出了抑制反应的技术路线及其指标体系:包括骨料级配的最优组合设计;调整粉煤灰、矿粉等矿物掺合料的比例,有效抑制浅变质岩机制砂混凝土中的碱骨料反应且强度满足设计要求;石粉含量越低越有利于浅变质岩机制砂的使用,从工作性考虑,石粉掺量可于0~5%间适当调整;控制混凝土中的总碱含量(包括水泥、外加剂中碱以及矿物掺合料中的有效碱含量),不应超过3kg/m3

2.基于不同浅变质岩骨料碱活性综合评价方法的对比试验,揭示了浅变质岩碱骨料慢膨胀型的潜在碱活性特征;形成利用浅变质岩制备混凝土材料成套配制技术与碱骨料反应预防关键技术,研发了可抑制碱骨料反应的浅变质岩机制砂混凝土材料,提出基于浅变质岩机制骨料粒形与岩性特征的不同强度混凝土配合比设计理论与方法。


3.利用X-CT技术结合图像处理技术实现了原位无损可视化追踪浅变质岩机制砂混凝土内部发生碱-骨料反应的全过程,可于早期识别混凝土内部裂纹生长趋势,从而判断碱骨料反应发生程度并及时进行处理。


4.基于碱骨料反应抑制技术,结合高速公路桥隧工程中遇到的难题,基于浅变质岩研发了超缓凝水下不分散混凝土及其外加剂制备关键技术、早强高耐久预应力混凝土应用关键技术及低水化热高抗裂大体积承台混凝土制备关键技术等,并总结形成了高速公路桥隧工程难点部位混凝土应用关键技术。

浅变质岩骨料


XCT三维重构模型

工程应用

本项目于2019年12月至2022年3月期间在孖腊段高速公路便道路面、梯笼垫层等部位得以应用,期间累计应用浅变质岩混凝土20082m3;于2019年12月至2020年9月期间在印秀高速公路中得以提供应用浅变质岩混凝土41246m3。浅变质岩骨料的应用使每方混凝土成本明显降低,同时浅变质岩混凝土的强度和工作性均满足国家相关标准要求。

在雷榕高速工程中,通过优化配合比和使用磷渣基固废代替部分水泥的技术,开发了一种采用有机聚磷酸与无机磷酸盐+调节剂复配得到的复合型混凝土缓凝剂提升混凝土综合性能,并在缺乏河砂资源的条件下,改良优化机制砂混凝土配合比提升了预应力混凝土的施工质量。共使用水下桩基混凝土1.1万方,使用6.6万方预应力清水混凝土,使用2.5万方大体积承台混凝土。同时通过提升建设效率,缩短施工工期,减少人工和建设成本。


在剑榕高速路面一标段(73.32km),及二标段(42.48km)全程应用浅变质岩水泥稳定碎石路面基层施工技术,共计节省原材料成本3611.42万元。


剑榕高速施工现场


第一完成单位简介

中建西部建设贵州有限公司 (以下称贵州公司”) 成立于2010年,致力于商品混凝土及相关业务。贵州公司一家以生产预拌商品混凝土为主,并向产业上下游延伸的专业化、多产业、跨区域的大型国有中央企业,是贵州省规模最大、布局最广、实力最强的混凝土企业,是国家高新技术企业和贵州企业100强。

贵州公司自成立以来,始终坚持以科技创新为导向,积极响应国家“五大发展理念”不遗余力地致力于绿色发展、产品创新、技术改进。目前,贵州公司已拥有国家发明专利和实用新型专利近100项,其中发明专利23项,曾荣获中国混凝土行业优秀企业、贵州省五一劳动奖状、贵州省工人先锋号、贵州省青年安全生产示范岗、贵阳市安全文化示范企业等荣誉称号。并创造了房建项目山砂混凝土筏板浇筑体量(1万方)、C40水下自密实混凝土浇筑深度(49米)、C90高强高性能机制山砂混凝土泵送高度(345米)、C100高强高性能机制山砂混凝土泵送高度(331米)、C120高强高性能机制山砂混凝土泵送高度(401米)等一系列贵州省内乃至全国行业机制山砂混凝土施工纪录。


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