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混凝土用新型复合矿物掺合料的研究

上海海笠工贸有限公司

生产线

测试人员在作抗压试验

传统的建材工业是国民经济重要基础产业,也是天然资源和能源消耗最高、破坏生态环境最多、对大气污染最为严重的行业之一。,作为混凝土主要原料的水泥工业是一种污染严重的不可持续发展的“夕阳工业”。因为每生产1吨水泥要消耗天然矿物石灰石2吨,排放出“温室气体”CO2 1吨,同时还排放出大量的NO2,SO2和粉尘,消耗大量的能源——煤、电。

我国是世界水泥第一生产大国,年产量5亿吨,CO2年排放量5亿吨,对环境影响很大。现在世界各国纷纷制定了绿色建材的性能指标,绿色高性能混凝土(GHPC)这一全新概念被提了出来。所谓“绿色”即是在混凝土材料中尽可能的用其他材料来代替水泥,生产出性能更好,耐久性更长,能耗更低,环境污染更小的新型混凝土。

我国在2002年12月1日开始实施高强高性能混凝土用矿物外加剂的国家标准。它提倡和指导在混凝土搅拌过程中加入有一定细度和活性的用于改善混凝土性能,特别是混凝土耐久性的四种矿物外加剂。

根据我们对市场的调研,当时在上海有多家混凝土生产单位无法在混凝土搅拌过程中同时使用矿粉和粉煤灰两种活性矿物掺合料。这类混凝土生产单位占全市总数的30%以上。

我们研制该产品的目标是旨在将矿粉和粉煤灰两种以上的活性矿物掺合料按照一定的比例并添加少量的激发剂预混合,成为一种混凝土用的复合活性矿物掺合料产品投放市场,为此类企业降低成本作专项服务,填补上海乃至全国的空白。

该项目以粉煤灰、高炉渣、天然矿物等为主要原料,加入少量激发剂后进行混合复配制成混凝土用复合矿物掺合料,用以等量取代混凝土中30~50%的水泥,降低了混凝土的生产成本,并能提高混凝土的质量和耐久性。项目2005年被认定为上海市高新技术转化项目。经查新,其技术水平达到国际先进水平。项目解决了各种原料的优化配比和颗粒级配,设计和研制了智能化配料系统和多级均化装置,大掺量取代混凝土中的水泥,提高混凝土性能。本项目使工业固体废弃物资源化,化废为宝,具有很好的经济效益和社会效益。符合国家可持续发展与环境治理和废弃物综合利用的方针和政策,符合绿色高性能混凝土的概念,具有科技创新和市场创新的特点,并能带动相关产业的发展。

研究的内容主要包括:两种以上活性矿物掺合料的筛选、成分分析和处理,包括来源、品种、质量和价格等;各种活性矿物掺合料的配比、细度、颗粒分布对混凝土性能的影响;加入的各种活性矿物掺合料如何来改善混凝土的各种性能,降低水化热,防止温升裂缝,抑制和缓解碱-骨料反应,提高混凝土的长期强度和耐久性以及机理探讨;对各种活性矿物掺合料(例如:矿粉、粉煤灰、硅灰、沸石粉等)的研究及应用表明,两种或两种以上的活性矿物掺合料按一定的比例复合掺入混凝土中,其各种性能明显优于单掺。筛选各种活性矿物掺合料的组合,筛选各种配比,筛选各种激发剂等使各种活性矿物掺合料的复配,能在混凝土中发挥最大的协同效应。我们以2002年12月1日开始实施的国家标准GB/T1873-2002为依据,研制开发的混凝土用复合矿物掺合料受到市场欢迎,上海乃至全国市场都是首次面市。

上海海笠工贸有限公司是致力于各种工业固体废弃物的处置和资源化综合利用的上海市高新技术企业。已投资1800万元在顾村工业园区建有生产和配制生产线,有完备的物理检测和化学分析实验室,有一支技术和生产队伍。合作单位上海大学为面向21世纪国家重点建设的一百所大学之一,专业门类齐全。有一批教师和科研人员长期从事工业固体废弃物的处理和利用、建筑材料、化学建材等领域的研究。、

双方自2003年以来长期进行产学研合作,已共同申请了26项发明专利,其中4项已授权。在多年的合作中,双方取长补短,优势互补,取得了卓有成效的成果。

本课题涉及面广,需要多学科配合,产学研合作方面予以推进。组建了由环境工程、应用化学、水泥、机械等方面的专业人员组成的课题组,具备了承接本课题的技术基础和研发能力,为课题的研究和完成提供了有力的组织保障。上海大学负责复合掺合料的筛选、优化、小试等,上海海笠工贸有限公司负责工艺优化、性能测试、中试等。双方共同配合,如期完成课题。同时采用课题组长负责制,保证了课题的顺利实施。

由于采用复合掺合料技术,新产品在配制混凝土时能充分发挥掺合料各种成分的叠加效应,在等量取代水泥30-50% 的条件下,用复合矿物掺合料配制 (C25-C50)的混凝土具有施工性能好、水化热低、收缩小、混凝土耐久性好等优点,并已用在中环线,地铁等市重大工程项目之中受到建设和施工单位的好评。

本公司与上海大学长期合作,共同完成和承担了多项市科委、市建委、市教委和市联盟计划项目,并进行了成果转化,共同申请了26项发明专利,其中4项已授权,共同培养研究生9名,本科生10名。上海海笠工贸有限公司2011年1月被评为2010年度上海市资源综合利用“十佳企业”;企业被评为宝山区产学研示范企业;上海市专利工作培育企业。在多年的合作中,双方取长补短,优势互补,取得了卓有成效的成果。形成了双方认定对方可以作为长期合作的战略伙伴的“战略合作模式”。这种模式能保证双方长期的合作关系,企业能从不断的技术创新中提升技术能级取得经济效益;研发单位能有稳定的科研经费和科研方向,有利于人才的培养。