基于低品质资源与固体废弃物利用的高性能混凝土关键技术

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针对地下混凝土结构开裂、渗水以及混凝土结构耐久性降低等问题,北京科技大学项目组对低品质粉煤灰、尾矿微粉改性及组分优化、新型石灰石粉复合矿物掺合料的开发、利用尾矿废石制备高性能混凝土骨料及其在结构抗裂混凝土工程中应用的成套技术等四大关键性技术问题,进行了长期研究和应用,取得了一系列原创性的技术和工程应用成果。整体技术贯穿一条主线:低品质资源与固体废弃物的开发及其在地下等结构高抗裂混凝土中的应用。

以低品质粉煤灰、金属尾矿粉的高效利用和提高混凝土和易性、体积稳定性及耐久性等整体性能为双重目标,首创了低品质粉煤灰、金属尾矿微粉"优化组分、晶种植入、表面改性、颗粒细化"的复合改性技术,成功解决了其在钢筋混凝土中应用的技术难题。实现了大量消纳低质粉煤灰与金属尾矿的目的。以石灰石粉的高效利用和新型矿物掺合料制备为目标,研究材料性能互补设计、组分与使用环境的协调、性能参数的选择与优化、具有激发活性和补偿收缩功能的优化材料的匹配与控制等关键技术问题,首先提出了用亚甲蓝值作为石灰石粉质量评判的关键指标。形成了新型高性能矿物掺合料的成套制备技术。利用利用尾矿废石制成高品质混凝土骨料,并将其应用于C20-C60的大流态混凝土中,有效控制混凝土浆骨比,提高混凝土匀质性、体积稳定性与耐久性。首次提出了“一种混凝土粗骨料不规则粒形的定义、检测方法以及技术指标”等定义和检测方法,促进砂石行业产品品质的提高。 针对混凝土结构频繁开裂、结构耐久性降低的问题,通过对高性能混凝土的配合比设计方法改进,解决制约利用改性低品质粉煤灰、石灰石粉、尾矿微粉新型矿物掺合料配制高性能混凝土的关键技术问题,并建立相应的实验技术和测试方法。

成果在国内8省市重点工程(包括奥运工程)中推广应用,典型工程有奥运工程北京鸟巢北侧地下通道、北京地铁5号线天坛-瓷器口区间抗裂混凝土、北京地铁四号线清河斜拉桥承台、广州珠江黄埔大桥、广乐高速乌石北江特大桥等工程。近3年处理低品质粉煤灰、石粉及金属尾矿400余万吨,减少废弃物堆放占地5500余亩;利用废石60余万方;经济效益和节能减排效果显著。研究成果先后获教育部科技进步二等奖、北京市科技进步三等奖、中国建筑学会科技进步一等奖。

5年来,获得授权的发明专利5项,实用新型专利1项,编写行业标准及地方标准2项,发表论文50余篇,其中SCIEI检索论文20余篇,出版学术专著2部。