【科技进步类】一等奖:混凝土用系列新型矿物掺合料开发及工程应用技术
2021年度
混凝土科学技术奖•科技进步类
项目展示
2021年度 混凝土科学技术奖工作于2021年5月启动,至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目44项。经过专家评审委员会的初评及终评,共计33个项目获奖,包括一等奖1项、二等奖18项、三等奖14项,其中“科技进步类”16项、“技术发明类”1项、“技术革新类”16项。
主要完成单位:中国建筑科学研究院有限公司、中国路桥工程有限责任公司、云南交投集团公路建设有限公司
主要完成人:周永祥、王晶、夏京亮、高超、冷发光、贺阳、王祖琦、张朝贵、李佳佳、宋普涛、王永海、魏晓航、姬勇刚、王伟、周郅人
评审委员会评语
该科技成果的实施,从促进行业发展、固废资源化利用、保护生态环境方面对促进我国国民经济和社会发展有重大作用,是建材行业创新的成功典范。
矿物掺合料作为混凝土的第六组份,不仅能有效利用固废、降低成本,更是提高混凝土性能的重要组成部分,应用已十分广泛,而复合矿物掺合料的应用是在此基础上的一种提升。课题成果在组方、性能控制、标准建立和生产应用中均取得了重要进展,对混凝土技术进步及社会发展具有积极的意义。
随着国内基础设施建设和国家“一带一路”倡议的不断推进,混凝土作为最大宗的建筑材料,目前全球每年的用量已超过50亿立方米。大规模建设使得生产混凝土的原材料在区域内出现了相对短缺,传统的优质矿物掺合料如粉煤灰、矿渣粉等日益紧缺。而且,公路、铁路、水利工程往往地处偏远或在欠发达国家、地区,混凝土原材料外运的物流成本和时间成本十分巨大。此外,随着超高层等结构形式的多样化,以及在盐渍土等严酷服役环境下工程建设需求的增多,对混凝土提出了高流态、防腐蚀等功能型需求,通过矿物掺合料等混凝土原材料配制技术是提升混凝土性能的重要途径。鉴于上述原因,开发混凝土用新型矿物掺合料制备高性能混凝土,是工程建设的客观需要,也是技术、社会发展的必然趋势。
项目围绕混凝土用系列新型矿物掺合料开发及工程应用技术,指导在缺乏粉煤灰、矿渣粉、硅灰等传统矿物掺合料地区,开发利用天然火山灰质材料或者天然岩石粉配制高性能混凝土,通过创新配制技术与施工工艺,提高混凝土性能,保证工程质量。项目组历经10年,经试验研究、工程实践和标准规范,取得丰硕的科技成果。
主要创新点
1.针对粉煤灰、矿粉等常规矿物掺合料日益紧缺、混凝土性能需求不断提升的现状,系统研究了多种单一矿物掺合料、复合矿物掺合料及功能型复合矿物掺合料,形成了矿物掺合料复合的理论体系,建立了系列标准化技术指标。
2.揭示了天然火山灰质材料,石灰岩石粉、片麻岩石粉、花岗岩石粉等天然材料,镍铁渣和磷渣等工业废渣作为单一新型矿物掺合料的技术特性,建立了火山灰有效碱含量、岩石粉吸附特性、镍铁渣活性与安定性、磷渣五氧化二磷含量等关键质量控制指标及其测试与评价方法。
3.基于矿物掺合料之间诱导激活和紧密堆积原理,阐明了不同种类矿物掺合料之间的协同效应,提出了矿物掺合料粉体活性提升与粉体颗粒级配优化技术,为针对性设计各种复合矿物掺合料提供了理论指导。
4.开发了降黏型、防腐降黏型、蒸养早强型等功能型复合矿物掺合料,建立了黏度比、蒸养抗压强度比等标准化评价技术方法和指标,为不同应用场景下混凝土的制备和施工提供了针对性的技术解决方法。
应用效果
该项技术用于指导在缺乏粉煤灰、矿渣粉、硅灰等传统矿物掺合料地区,开发利用天然火山灰质材料或者天然岩石粉配制高性能混凝土,已获发明专利12项,实用新型4项,制定国家标准2项,行业标准5项,地方标准1项,企业标准工程工法1项,完成专著2本,形成了具有自主知识产权的混凝土系列矿物掺合料工程应用成套技术。
项目成果在肯尼亚蒙内铁路、肯尼亚内马铁路、肯尼亚内罗毕西环路、首都国际机场与欧洲大道连接快速路项目,以及国内首个120m全混凝土风电塔筒等16项国内外工程中得到应用,获得混凝土生产和工程施工单位的好评,取得良好的社会和经济效益。
▲肯尼亚蒙内铁路
▲国内首个120m全混凝土风电塔筒
科技成果
▲授权发明专利(部分)
▲授权实用新型专利(部分)
▲主编国家标准(部分)
▲主编行业标准(部分)
中国建筑科学研究院有限公司成立于1953年,是全国建筑行业较大的综合性研究和开发机构。混凝土技术是中国建筑科学研究院建院初期最早的研究方向之一,长期致力于混凝土及其衍生领域的技术研发与咨询。近年来,中国建筑科学研究院高性能混凝土研究中心主编国家标准《高性能混凝土技术条件》、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082、《混凝土用复合掺合料》JGT/T 486-2015、《高性能混凝土用骨料》JG/T568-2019、《石灰石粉混凝土》GB/T 30190-2013、《混凝土用功能型复合掺合料》T/CCES 6004-2021等国家、行业及团体标准数十余项。承担“十三五“重点研发计划“天然岩石粉制备绿色混凝土关键技术研究与应用”、“利用火山灰渣制备绿色混凝土的研究与应用”,住建部标准指导实施监督项目“高性能混凝土技术及标准国际化推广对策研究”,北京市科委科研项目“穿越裂谷地形铁路工程设计施工技术研究与应用之混凝土专题研究”等重大科研项目数十余项。
承担了重大技术咨询项目数十余项,成果成功应用于“一带一路”倡议项目肯尼亚蒙-内铁路和内-马铁路,以及马来西亚、科特迪瓦、孟加拉、云南、广东、陕西、安徽、广西、山东、贵州等地区的铁路、公路、水利以及核电等重大工程中。
中国路桥工程有限责任公司是中国最早进入国际工程承包市场的四家大型国有企业之一,主要从事道路、桥梁、港口、铁路、机场、隧道、水工、市政、疏浚等工程承包,兼具投资、实业、贸易、租赁、服务等业务,在亚洲、非洲、欧洲、美洲50多个国家和地区设立了分支机构,形成了高效快捷的全球市场开发网络。拥有国家建设部批准的施工总承包资质、专业承包资质和公路工程施工总承包特级资质,承建了众多各类技术含量高、极具国别和区域影响力的“高、精、尖”工程,获得了“国家科技进步奖”“中国土木工程詹天佑奖” 、“中国建筑工程鲁班奖”、“国家优质工程奖”“国际麦邱利金像奖”、“国际阿拉伯奖”等许多有影响的国内国际大奖,并连续多年入选ENR全球最大国际承包商。
云南交投集团公路建设有限公司是云南大型国有企业一一云南省交通投资建设集团有限公司控股子公司。主要从事公路工程设计及施工、市政公用工程施工;高速公路养护、设计及施工。公司具有公路工程施工总承包特级、桥梁工程专业承包一级、公路路面工程专业承包一级、路基工程专业承包一级、公路工程设计甲级、云南省环境保护行业污染治理乙级、对外援助成套项目总承包企业资格等资质。在公路桥梁、隧道、路面施工中积累了较强的能力和丰富的经验,是云南省公路建设的主力军,养护龙头企业、国家高新技术企业、云南省交通系统重点科技攻关骨干企业、云南省百强企业。公司先后取得国家级工法1项、省部级工法22项、各类科学技术奖励21项、自主知识产权(发明专利、实用新型 、软件著作权)23项、各类省部级标准10项、出版各种技术指南4项。公司参建项目先后荣获国家优质工程金奖、第十五届中国土木工程詹天佑奖、全国公路水运平安工程、全国水土保持生态文明工程、交通运输部公路交通优质工程奖等。
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