【混凝土科技獎】綠色高性能清水混凝土制備及防護關鍵技術研究與應用
2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會
混凝土科學技術獎?技術革新類
項目展示


2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會混凝土科學技術獎工作于2021年5月啟動,至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目44項。經(jīng)過專家評審委員會的初評及終評,共計33個項目獲獎,包括一等獎1項、二等獎18項、三等獎14項,其中“科技進步類”16項、“技術發(fā)明類”1項、“技術革新類”16項。




主要完成單位:中建西部建設新疆有限公司、青島理工大學
主要完成人:孟書靈、李紹純、張平、艾洪祥、韓世界、陳旭、岳彩虹
隨著現(xiàn)代混凝土發(fā)展,礦物摻合料因其能降低混凝土水化熱、提高耐久性等優(yōu)勢受到施工單位的青睞,但由于礦物摻合料質(zhì)量參差不齊,有出現(xiàn)“浮灰”的可能性,對于有更高表觀要求的清水混凝土,常使用提高膠材中水泥用量的方法,將混凝土變?yōu)楦粷{體系的同時控制漿體穩(wěn)定性,但這違背了綠色發(fā)展的理念;且隨著清水混凝土應用領域不斷拓展,環(huán)境對清水混凝土的危害日益顯著,每年由于耐久性問題引起的修補費用上億元。本項目針對清水混凝土開展綠色、高性能化研究與應用。
根據(jù)多元礦物摻合料復合活化機理,明確了專用礦物摻合料對水泥基材料作用機理以及作用效果,提出了低碳清水混凝土專用礦物摻合料制備技術,保證了漿體無色差問題。提出了漿體包裹層厚度對混凝土粘度、內(nèi)部氣泡影響規(guī)律,驗證了骨料緊密堆積對混凝土體積穩(wěn)定性影響,創(chuàng)建了清水混凝土低碳化設計理念框架。發(fā)明了一種零 VOC 高滲透型清水混凝土專用硅烷類防護劑,提出了一種新型合成工藝方法,創(chuàng)新了清水混凝土后期防護技術手段。配套發(fā)明了一種“復合布貼”涂覆技術,解決了傳統(tǒng)硅烷材料噴涂揮發(fā)損失以及不能定向防護的問題。
該項目獲2項國際先進水平成果評價,授權發(fā)明專利4項,發(fā)表文章22篇,其中SCI2篇、EI2篇,核心論文16篇。項目通過清水混凝土低碳化設計以及專用硅烷類防護劑開發(fā),實現(xiàn)了清水混凝土綠色化、高性能化,引領清水混凝土行業(yè)技術發(fā)展。
▲呼和浩特市快速路墩柱完工圖
▲呼和浩特市快速路蓋梁支模
主要創(chuàng)新點
1. 低碳清水混凝土專用礦物摻合料制備技術
揭示了多元礦物摻合料復合活化機理,明確了專用礦物摻合料對水泥基材料作用機理以及作用效果,保證了漿體無色差問題。
2. 創(chuàng)建了清水混凝土低碳化設計理念框架
提出了漿體包裹層厚度對混凝土粘度、內(nèi)部氣泡影響規(guī)律,驗證了骨料緊密堆積對混凝土體積穩(wěn)定性影響,發(fā)明了一種低碳清水混凝土專用配合比設計方法,使用專用礦物摻合料,較傳統(tǒng)方法降低水泥用量20%以上,耐久性能達到同強度等級高性能混凝土要求,且解決了目前富漿體系清水混凝土表面硬度降低的問題。
3. 清水混凝土后期防護技術
發(fā)明了一種零VOC高滲透型清水混凝土專用硅烷類防護劑,提出了一種新型合成工藝方法,揭示了專用防護劑對混凝土性能提升效果;配套發(fā)明了一種“復合布貼”涂覆技術,解決了傳統(tǒng)硅烷材料噴涂揮發(fā)損失以及不能定向防護的問題,降低涂覆成本10%。
▲壓通過靜態(tài)接觸角、掃描電鏡、能譜等微觀測試手段揭示防護劑對混凝土的作用機理
應用效果
該項目成果在中建西部建設新疆有限公司承接的呼和浩特市南北快速路項目應用,該工程又稱為昭烏達路哲里木路改造提升工程,是呼和浩特市規(guī)劃的“兩橫兩縱”快速路網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃重要組成部分,建成后將形成中心城區(qū)南北向快速通道,極大緩解主城區(qū)南北向道路交通壓力。本工程是國內(nèi)首例使用高強清水自密實混凝土的預制裝配式高架橋梁工程,是全國第二例預制裝配式高架橋梁工程,要求704根預制墩柱、381片預制蓋梁使用清水自密實混凝土,且須全年不間斷施工。項目通過高強自密實清水混凝土配合比設計、耐久性能研究、預制構件配制以及表觀質(zhì)量控制技術研究,完成全季節(jié)施工清水自密實混凝土配制技術,制備出滿足工程要求的預制墩柱用C50清水自密實混凝土和預制蓋梁用C60清水自密實混凝土。
同時,該項目成果在中建西部建設新疆有限公司承接的濟南軌道交通R1線工程中成功應用。濟南軌道交通R1線為全國首條清水混凝土干線,高架段7個車站均為島式清水混凝土車站,且外側(cè)梁、柱向外傾斜10度,在國內(nèi)同類工程施工中尚屬首例。整條地鐵是綠色環(huán)保型線路,清水混凝土構件一次澆筑成型,不再進行額外的裝飾,舍去了涂料、飾面等化工產(chǎn)品,也不需要再進行剔鑿修補和抹灰,又減少了大量的建筑垃圾,大大減少了對環(huán)境的污染和破壞,還減少了約3000萬元的投資。項目還采用了新型鋁木模板,施工速度快、成型質(zhì)量好、周轉(zhuǎn)率高,保證了清水混凝土的一次澆筑成型。
自項目研究成果推廣應用以來,已累計生產(chǎn)各類綠色低碳型清水混凝土26萬余方、創(chuàng)造產(chǎn)值為16560萬余元、新增利潤998萬余元、新增稅收合計806萬余元。

中建西部建設新疆有限公司系央企中國建筑(2021年“世界500強”第13位)旗下二級專業(yè)公司中建西部建設股份有限公司(股市簡稱“西部建設”、股票代碼“002302”)的全資子公司,注冊資金14.65億元。是我國西北第一、新疆最大的預拌混凝土生產(chǎn)企業(yè),技術裝備水平和供應服務能力穩(wěn)居西北地區(qū)混凝土行業(yè)首位,同時也是中國預拌混凝土協(xié)會常務理事單位。擁有10家二級單位,40座在產(chǎn)預拌廠、81條專業(yè)自動化混凝土生產(chǎn)線,年度設計產(chǎn)能2290萬方。
以混凝土生產(chǎn)為核心,輻射水泥、干混砂漿、物流運輸、檢測等業(yè)務,基本建立了“技術研發(fā)-資源-加工-銷售-服務”的產(chǎn)業(yè)鏈條。公司始終堅持走科技創(chuàng)新強企之路,在混凝土主業(yè)綠色低碳發(fā)展領域,基礎設施領域,水泥、砂漿、骨料領域,固廢環(huán)保領域具有較強的研發(fā)能力。擁有全行業(yè)首家國家級博士后科研工作站,一家自治區(qū)混凝土工程技術研究中心、一家自治區(qū)企業(yè)技術中心,2家高新技術企業(yè)。參建了數(shù)百項疆內(nèi)外重點工程,涵蓋城市軌道交通、市政道路、高鐵、橋梁、機場等大型基礎設施項目,以及眾多人居工程和高端商業(yè)綜合體,為推動“西部大開發(fā)”、建設“美麗中國”積極貢獻力量。
青島理工大學是一所以工為主,土木建筑、機械制造、環(huán)境能源學科特色鮮明,理工經(jīng)管文法藝等學科協(xié)調(diào)發(fā)展的多科性大學。是國家首批地方高?!?11計劃”建設單位、全國首批深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校、山東省重點建設的應用基礎型人才培養(yǎng)特色名校、山東省首批高水平大學“強特色”建設高校。土木工程獲批省高峰學科、機械工程獲批省優(yōu)勢特色學科。學校擁有高等學校學科創(chuàng)新引智基地、國家實驗教學示范中心、國家地方聯(lián)合工程中心等5個國家級教學科研平臺,擁有29個省部級科研平臺和4個協(xié)同創(chuàng)新中心。是山東省混凝土結(jié)構耐久性工程技術研究中心和青島市建筑材料行業(yè)技術中心的依托單位,其中混凝土實驗室是海洋環(huán)境混凝土技術教育部工程研究中心、山東省重點實驗室。
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