2021年度

混凝土科学技术奖●技术发明类

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。

三等奖项目

基于单形重心设计的环保掺合料开发及应用

主要完成单位：华润水泥技术研发（广西）有限公司、广西华润红水河水泥有限公司、华润水泥（富川）有限公司

主要完成人：李巍、曾荣、莫正选、吴有武、劳里林、金彩珍

项目概况

优质的石灰石资源质地纯正，主要成分为CaCO3，可直接用于煅烧水泥。随着水泥和混凝土行业的不断发展，大量优质的石灰石资源不断被消耗。部分石灰石中含镁较高，对水泥安定性产生影响，因此，国标对水泥中MgO的含量有一定限制，通常要求不超过5.0%。生产水泥用石灰石的MgO含量一般控制在3.0%以下，这就直接限制了高镁石灰石在水泥中的利用。同时，高镁废石用于混合材时，受比表面积等国家标准指标、使用习惯等影响，限制了高镁石灰石的使用量；用作骨料时，普遍认为会引起碱碳酸反应，推广受到限制。另外，石灰石粉及复合矿物掺合料应用日趋广泛，但石粉复合掺合料仍然缺少系统的研究，尤其在不同比表面积，不同掺量的石灰石粉及其与不同其他掺合料协同对水泥混凝土影响仍然需要系统研究及应用。因此，高镁石灰石矿山的废弃矿物逐年增加，长期堆存于地表，占用了大量土地资源，对环境有着潜在的危害。

针对上述行业现状，项目完成单位利用高镁石灰石及多种工业固废，采用单形重心设计开展了环保型掺合料系统研究及生产应用，研究了高镁废石与其他辅助胶凝材料复掺条件下混凝土的耐久性能，获得了高镁石粉的安全使用范围，建设环保型复合掺合料生产线，开展了高镁复合掺合料配置混凝土的高远程泵送研究并进行了工程示范。

▲广西华润红水河水泥有限公司年产60万吨环保掺合料生产线

主要创新点

1.采用单形重心的方法，利用不同比表面积及掺量的高镁废石粉与不同固废进行设计，最终得到了配方设计方程式，配制出较佳性能的掺合料；

2.采用了高镁石灰石粉（比表面积为500-950m2/kg）及其他胶凝材料体系系统，研究了其协同效应及安全使用范围，最终画出了高镁石灰石粉与其他掺合料体系的性能等值线图，为胶凝材料的配合比设计提供理论参考；

3.开发及生产的掺合料配制不同强度等级（C30-C100）、不同工作性的混凝土，对不同泵送速度和不同管径条件下、在不同部位的管道内部压力进行了系统研究，同时采用不同形式的流变仪同步测定混凝土拌合物的流变性能，系统全面地开展混凝土流变与泵送性能的足尺模拟试验研究。

▲单形重心设计性能等值线图，可据需求快速输出配方

应用效果

本项目获得了关于高镁废石的3项发明专利授权，包括“高镁废石粉基复合矿物掺合料及在中等强度混凝土中的应用”（CN104909592B），“高镁废石粉基复合矿物掺合料及在高强度混凝土中的应用”（CN104909594B）以及“高镁废石粉基复合矿物掺合料及在低强度混凝土中的应用”（CN104909593B）。

▲本项目科研成果（发明专利授权）

本发明专利提供一种高镁废石（氧化镁含量3.5~12.6%）利用的有效新途径，创新地改变了传统水泥企业对高镁废石的使用限制观念，显著提高高镁废石的利用率，变废为宝，能缓解废石堆埋等对环境造成的危害；同时采用湿排灰、锰渣、炉底渣、钢渣等工业废渣与高镁废石或石灰石共同粉磨，消耗了大量工业废渣，具有明显的经济效益、社会效益及环境效益。

本项目科研成果——环保掺合料参与完成了“十三五”重点科技研发计划项目“高抗裂预拌混凝土关键材料及制备技术”中的“1000米水平盘管混凝土模拟泵送试验”。目前，已形成了可泵性评价方法理论，完成了高远程示范工程应用工作，同时也验证了生产的高镁废石粉基复合掺合料及满足配置C100及更高性能的超远程泵送要求，掌握了配套技术。本技术产品已销往了南宁、贵港、宾阳等地，积累了生产经验，技术也复制至华润水泥其他基地。近三年，项目产生的直接经济效益为新增销售额2264万元（未含自用部分），新增利润1571万元，新增税收663万元，节支总额1670万元。近3年累计减少CO2排放28万吨。

▲华润水泥（富川）有限公司年产28万吨环保掺合料生产线

▲产品应用于十三五国家重点研发项目“高抗裂预拌混凝土关键材料及制备技术”子课题“混凝土泵送盘管试验及高远程泵送示范”

企业介绍

华润水泥技术研发（广西）有限公司是华润水泥投资有限公司旗下的全资子公司。华润水泥控股有限公司成立于2003年，是央企华润集团旗下香港上市公司。公司是华南地区颇具规模及竞争力的水泥、熟料和混凝土生产商,位列中国水泥协会“中国水泥上市公司综合实力排名”第四位，并列入恒生综合指数、恒生中资企业指数、HangSeng China High Dividend Yield Index、恒生综合行业指数(地产建筑业)、恒生综合中型股指数5个指数。公司业务聚焦基础建材（水泥、骨料）、结构建材（混凝土、装配式建筑）、功能建材（人造石材、瓷砖胶、白水泥）和新材料（钙基、硅基、玄武岩）领域，并充分发挥各业务间协同优势，持续优化产业链布局，推动企业转型创新，促进行业高质量及可持续发展。

华润水泥技术研发（广西）有限公司领导高度重视，利用集团公司现有技术力量，积极整合相关资源，于2013年5月成立华润水泥技术研发（广西）有限公司，投资总额285.8万美元。公司经营范围为水泥、混凝土生产技术的研发及销售，水泥助磨剂及相关产品的研发、生产及销售，掺合料的研发、生产及销售，机械备件、配件的生产及销售，专利技术转让的生产及销售，提供相关技术咨询、技术服务。公司通过了广西水泥研发中心、广西水泥工业节能及综合利用工程技术研究中心（广西工程技术研究中心）、广西自治区级研发中心及高新技术企业认定。现有员工70人，教授级高级工程师4人，博士12人，硕士及以上学历44人，党员比例48%。华润水泥在广州、南宁各有一个研发实验室，总占地面积10000多m2，仪器设备总值超过3000万元，配置达到了行业先进水平。

公司多年来与清华大学、山东大学、湖南大学、华南理工大学、中南大学、武汉理工大学、广西大学、桂林理工大学、中国建筑材料研究总院、中国建筑科学研究总院、中材研究总院等均建立了长期的产-学-研-用合作关系，已参与完成多个专项科研项目。