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2020混凝土科学技术奖
【科技进步类】三等奖:基于预拌厂废渣活化的低碳掺合料及其高性能混凝土设计制备与应用
时间:2021-01-06    来源:     分享:
研制与水泥 - 复合掺合料胶凝体系相容性良好的专用外加剂,设计制备出工作性能优异、耐久性良好的 C20-C70 高性能 混凝土,掌握废渣活化复合掺合料生产工艺与质量动态控制技术,建立废渣活化复合掺合料工业化生产线, 编制相应的规范文件。





2021年度 混凝土科学技术奖已经启动,欢迎业内企事业单位及从业人员,持续关注协会官方公众号【混凝土科技奖】的相关信息。


2020年度

混凝土科学技术奖•科技进步类

获奖项目展示





2020年度 混凝土科学技术奖工作于2020年6月启动,至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目61项。经过专家评审委员会的初评及终评,共计39个项目获奖,包括一等奖2项、二等奖15项、三等奖22项,其中“科技进步类”13项、“基础理论类”2项、“技术革新类”24项。



三等奖项目:基于预拌厂废渣活化的低碳掺合料及其高性能混凝土设计制备与应用



主要完成单中建商品混凝土有限公司



主要完成人:赵日煦、杨文、高飞、黄汉洋、吴雄、代飞、包明、黄义雄、周辉、谯理格


项目概况

预拌混凝土废弃物(废渣)是混凝土预拌厂运营、维护过程中所产生的固体废弃物,目前我国针对废渣的处理方式主要是对其进行分离回收和再利用,分离的砂、石、废水达到标准后可用于预拌混凝土生产,但产生的大量废渣以外运倾倒、回填标高、低品质再生建材制造为主,资源化利用率不足10%。这些数量巨大、难以处理的废渣以堆放或填埋处理需花费巨额的人力、物力和财力,同时造成环境污染与资源浪费。因此,无论是为了满足预拌混凝土行业自身的发展需求,还是为了紧跟国家可持续发展的重大战略,亟需开发一种环境友好、低成本、高附加值的废渣回收再利用方法,实现废渣的高效处置与资源化利用。

对废渣进行机械活化改性后作为掺合料用于制备水泥基材料是实现废渣高附加值利用的可靠途径。已有研究表明,将废渣用作掺合料制备水泥基材料具有理论可行性,但在应用过程中存在以下问题:

①在预拌厂沉淀池中长时间浸泡形成的碱性水体使得废渣的活性降低较明显,对水泥基材料后期力学性能与耐久性产生较大的不利影响;

②废渣在机械力活化处理时的分散性差,极易包球、粘球,现有助磨剂均无法解决这一现象,废渣的单独粉磨能耗高、效率低;

③废渣石粉含量较高,水泥基材料工作性能控制难度较大。

针对废渣机械活化改性作为掺合料用于制备水泥基材料存在的技术问题,以“可用性-环保与经济性-高附加值”为设计目标,基于“次中心质效应”和“协同-互补-叠加”效应基本理论,提出废渣活化复合掺合料设计理论,设计开发出适用于水泥基材料的高活性废渣活化复合掺合料,研制与水泥-复合掺合料胶凝体系相容性良好的专用外加剂,设计制备出工作性能优异、耐久性良好的C20-C70高性能混凝土,掌握废渣活化复合掺合料生产工艺与质量动态控制技术,建立废渣活化复合掺合料工业化生产线,编制相应的规范文件。

主要创新点

 1. 基于废渣的三元体系活化改性设计理论与方法

系统探明了预拌厂废渣的化学组成、矿物组成、微观形貌等基本特性及其对水泥基材料性能的作用规律,创新性采用炉渣、水渣对废渣的机械活化进行协同改性,深刻揭示了废渣、炉渣与水渣在机械力活化处理中的活性协同、粉磨协同和工作性协同效应机理,发明了基于废渣的三元体系活化改性设计理论与方法,解决了废渣胶凝活性低和现有活化技术能耗高、效率低、活化效果差等难题,实现了预拌厂废渣绿色循环再利用。

2.大掺量复合掺合料高性能混凝土优化设计方法与制备关键技术

复合掺合料包括预拌厂废渣、电厂炉渣、钢厂水渣,系统研究了水泥-胶凝体系与聚羧酸减水剂相容性影响规律,针对性整合了新型保坍、抗泥、多重改善三大功能组分,发明了复合掺合料专用外加剂,解决了废渣用作掺合料需水比大、与外加剂相容性差等难题;揭示了复合掺合料对水泥基材料水化动力学、微观结构及C-S-H凝胶的影响规律与作用机理,探明了复合掺合料水泥基材料水化硬化及微结构演变进程,设计并制备了工作性能优异、耐久性良好的C20-C70大掺量废渣复合掺合料高性能混凝土。

3.废渣活化复合掺合料大规模工业化生产工艺设计

系统设计了废渣复合掺合料工业化生产工艺,研究并掌握了复合掺合料生产质量动态调控技术,发明了废渣复合掺合料工业化生产与应用成套技术,建成了国内首条预处理、烘干和粉磨的复合掺合料的50t/h的工艺线,实现了预拌混凝土废弃物复合掺合料大规模工业化生产,成功应用于超高层建筑、大型公共设施、市政桥梁建设等大型工程,取得了良好的效果。

应用效果

华科光电项目

光谷大道改造项目

项目成果在中建商品混凝土有限公司粉磨站实施废渣活化复合掺合料工业化生产,累计生产废渣活化复合掺合料40.02万吨;所生产的复合掺合料在司属江岸厂、青山厂、武昌厂、东西湖厂进行推广试点,累计生产废渣活化复合掺合料混凝土408万方;所制备的混凝土在华科光电项目、光谷大道改造项目、中建大公馆项目等工程中进行了应用,实现了项目成果在超高层建筑、大型公共设施、市政桥梁工程等大型工程中的推广,工程应用效果良好。

企业介绍

中建商品混凝土有限公司是以生产预拌商品混凝土为主,专业化、多产业、跨区域的高新技术企业,拥有首家预拌混凝土行业的国家企业技术中心。为中国混凝土行业最大的上市公司和国内领先的建材产业综合服务商(中国混凝土行业第二位)—中建西部建设股份有限公司(简称中建西部建设、股票代码002302)的重要成员单位。

在国家“一带一路”、“长江经济带”战略引领下,公司强化央企担当,充分利用上市公司平台,发展布局覆盖“六省三国”。目前形成湖北、福建、江西、江苏、安徽、山西等核心区域市场。2012年走出海外,先后进驻阿尔及利亚、马来西亚、柬埔寨市场,2016年成立中建西部建设(马来西亚)责任有限公司。按照“一体两翼”战略部署,实施产业互联网协同和产业链协同,打造智慧工厂、创建公司商城、构建产业物联网等。公司商城进一步升级为中建西部建设商城。

公司坚持以科技创新为社会创造价值。技术中心被授予国家企业技术中心、湖北省工程技术研究中心,拥有40余项达到国际先进和领先水平的科研成果、150余项国家专利(其中发明专利70余项)、50余项省部级及以上科技奖,30余项省部级以上工法。公司形成的成套高强混凝土综合施工技术,解决了高强混凝土工程结构易开裂的难题,保障了武汉中心、武汉绿地国际金融中心、武汉永清商务综合区等多个高精尖项目的顺利施工,在武汉绿地工程中汇集了高标号、大体量、大单次混凝土连续浇注施工记录。另外,公司自主研发的自密实、清水、自养护、轻集料、彩色、透水、泡沫等特种混凝土产品,在众多特殊工程、地标建筑、特色建筑得到应用。在武汉客运专线武汉站工程中,多项技术创造行业记录;武汉中心工程中,LC40轻骨料混凝土泵送高度402米并应用了C150高强度混凝土。

长期以来,公司坚持提质增效,走“效益+规模型”的高质量发展道路。公司签约额过百亿元,产量跨越千万平台。先后荣获全国文明单位、全国五一劳动奖状、全国工人先锋号、中国混凝土行业绿色环保示范企业等荣誉。

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