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2021年8月18日，中國混凝土與水泥制品協會組織召開了由中國建筑科學研究院有限公司、中國路橋工程有限責任公司、云南交投集團公路建設有限公司完成的“混凝土用系列新型礦物摻合料開發及工程應用技術”科技成果鑒定會（視頻）。鑒定委員會專家們認為，該成果為高性能混凝土提供了多元化礦物摻合料技術方案，在國內外市場應用前景廣闊。

一、立項背景

隨著國內基礎設施建設和國家“一帶一路”倡議的不斷推進，混凝土作為最大宗的建筑材料，目前全球每年的用量已超過50億立方米。大規模建設使得生產混凝土的原材料在區域內出現了相對短缺，傳統的優質礦物摻合料如粉煤灰、礦渣粉等日益緊缺。而且，公路、鐵路、水利工程往往地處偏遠或在欠發達國家、地區，混凝土原材料外運的物流成本和時間成本十分巨大。此外，隨著超高層等結構形式的多樣化，以及在鹽漬土等嚴酷服役環境下工程建設需求的增多，對混凝土提出了高流態、防腐蝕等功能型需求，通過礦物摻合料等混凝土原材料配制技術是提升混凝土性能的重要途徑。鑒于上述原因，開發混凝土用新型礦物摻合料制備高性能混凝土，是工程建設的客觀需要，也是技術、社會發展的必然趨勢。

二、研究內容

在缺乏粉煤灰、礦渣粉、硅灰等傳統礦物摻合料地區，本項目科研團隊開發利用天然火山灰質材料或者天然巖石粉配制高性能混凝土，研究天然火山灰質材料低能耗極加工技術，天然火山灰質材料作為礦物摻合料的技術指標體系，天然火山灰質材料對混凝土工作性能、力學性能、耐久性能及長期性能的影響規律，天然火山灰質材料混凝土抗裂性能，天然火山灰質材料-水泥膠凝材料體系水化亞微觀機理。使得天然火山灰質材料生產加工經濟合理，細度、流動度比、活性指數、有害物含量、安定性等技術指標滿足標準要求，天然火山灰質材料配制的混凝土性能滿足工程要求。以天然火山灰、巖石粉、鎳鐵渣、磷渣等作為原材料開發復合礦物摻合料，解決工程建設礦物摻合料緊缺和特殊性能需求的難題。具體研究內容如下：

1.天然材料特性及其摻合料開發技術

項目組展開了天然火山灰質材料摻合料的研發，包括：天然火山灰質材料調研；基于高性能混凝土摻合料性能要求的天然火山灰質材料物理、化學指標分析和高效生產技術開發；以拌合物狀態和耐久性為導向的天然火山灰質材料配制高性能混凝土技術及基本性能研究；以提高早期強度為導向的天然火山灰質材料制備預制高強混凝土的關鍵技術研究；天然火山灰質材料對高性能混凝土耐久性和長期性能影響規律研究；基于干旱、大暴露面積條件下天然火山灰質材料高性能混凝土成套養護技術研究；編制《天然火山灰質材料混凝土應用技術規程》及標準的國際推廣探索。

項目組還對天然巖石粉及其復合摻合料進行了研發，包括：巖石粉的技術特性研究、普通復合礦物摻合料的研發及其在混凝土中應用、混凝土流變防腐劑和降粘增強劑的研發及其在混凝土中應用、應用地域性材料研發的復合摻合料在云臨高速公路混凝土工程中應用、以及巖石粉微觀性能的研究。

2.典型工業廢渣作為摻合料的開發利用技術

研究包括：對鎳鐵渣粉、磷渣粉、及超細粉煤灰的開發及利用，展開了一下內容的研究：高爐鎳鐵渣粉特性、摻合料性能、水化特性以及高爐鎳鐵渣粉混凝土工作性能、力學性能、抗氯離子滲透性能和大摻量高爐鎳鐵渣粉性能研究；磷渣粉摻合料的基本性能，以及作為摻合料，磷渣粉及其中P2O5含量對混凝土性能影響的研究；超細粉煤灰作為混凝土摻合料的基本特性以及作為改性高性能注漿材料的研究。

3.復合摻合料及功能型復合摻合料的開發及應用

研究包括：對粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉、鋼渣、硅灰等不同摻合料復合疊加效應進行研究；燒矸粉、天然火山灰等低品質礦物摻合料的復合改性研究；早強型、降粘型功能型復合礦物摻合料的開發研究；功能型復合摻合料的顆粒協同效應、疊加效應和互補效應機理、關鍵技術指標及試驗方法研究；針對實際工程應用的功能型復合摻合料應用技術及系列產品開發結合實際工程需要，開發功能復合摻合料應用技術及系列產品。

三、關鍵技術和創新點

1.針對粉煤灰、礦粉等常規礦物摻合料日益緊缺、混凝土性能需求不斷提高的現狀，系統研究了多種單一礦物摻合料、復合礦物摻合料及功能型復合礦物摻合料，形成了礦物摻合料復合的理論體系，建立了系列標準化技術指標。

2.揭示了天然火山灰質材料，石灰巖石粉、片麻巖石粉、花崗巖石粉等天然材料，鎳鐵渣和磷渣等工業廢渣作為單一礦物摻合料的技術特性，建立了火山灰有效堿含量、巖石粉吸附特性、鎳鐵渣活性與安定性、磷渣五氧化二磷含量等關鍵質量控制指標及其測試與評價方法。

3.基于礦物摻合料之間誘導激活和顆粒緊密堆積原理，闡明了不同種類礦物摻合料之間的協同效應，提出了礦物摻合料活性提升與粉體顆粒級配優化方法，為針對性設計各種功能型復合礦物摻合料提供了理論指導。

4.開發了降黏型、防腐降黏型、蒸養早強型等功能型復合礦物摻合料，建立了黏度比、蒸養抗壓強度比等標準化評價技術方法和指標，為不同應用場景下混凝土的制備和施工提供了針對性的技術解決方法。

四、經濟社會環境效益

項目研究成果廣泛應用于“一帶一路”工程肯尼蒙內鐵路、內馬鐵路等國際項目及國內多項重大工程項目中，2018年至2020年為工程建設節約成本約3.24億元。

成果為缺乏粉煤灰等傳統礦物摻合料地區的工程建設提供了技術支持，對保證混凝土工程質量具有重要意義，社會效益顯著。同時，采用各類礦物摻合料，可以減少水泥用量，減少碳排放，環境效益顯著。

肯尼亞蒙內鐵路

國內首個120m全混凝土風電塔筒

五、總結

該項目成果已獲授權中國發明專利12項、實用新型專利4項，制訂國家標準2項、行業標準5項、團體標準2項、地方標準1項、企業標準1項、施工工法1項，出版專著2本，形成了具有自主知識產權的混凝土用系列礦物摻合料工程應用成套技術，在肯尼亞蒙內鐵路、內馬鐵路、內羅畢西環路、內羅畢首都國際機場與歐洲大道連接快速路項目，以及國內首個120m全混凝土風電塔筒等16項國內外工程中得到應用。該項目成果為高性能混凝土提供了多元化礦物摻合料技術方案，在國內外市場應用前景廣闊。