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2021年度中國混凝土與水泥制品協會

混凝土科學技術獎●技術發明類

項目展示

2021年度中國混凝土與水泥制品協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、“技術發明類”1項、“技術革新類”16項。

三等獎項目

基于單形重心設計的環保摻合料開發及應用

主要完成單位：華潤水泥技術研發（廣西）有限公司、廣西華潤紅水河水泥有限公司、華潤水泥（富川）有限公司

主要完成人：李巍、曾榮、莫正選、吳有武、勞里林、金彩珍

項目概況

優質的石灰石資源質地純正，主要成分為CaCO3，可直接用于煅燒水泥。隨著水泥和混凝土行業的不斷發展，大量優質的石灰石資源不斷被消耗。部分石灰石中含鎂較高，對水泥安定性產生影響，因此，國標對水泥中MgO的含量有一定限制，通常要求不超過5.0%。生產水泥用石灰石的MgO含量一般控制在3.0%以下，這就直接限制了高鎂石灰石在水泥中的利用。同時，高鎂廢石用于混合材時，受比表面積等國家標準指標、使用習慣等影響，限制了高鎂石灰石的使用量；用作骨料時，普遍認為會引起堿碳酸反應，推廣受到限制。另外，石灰石粉及復合礦物摻合料應用日趨廣泛，但石粉復合摻合料仍然缺少系統的研究，尤其在不同比表面積，不同摻量的石灰石粉及其與不同其他摻合料協同對水泥混凝土影響仍然需要系統研究及應用。因此，高鎂石灰石礦山的廢棄礦物逐年增加，長期堆存于地表，占用了大量土地資源，對環境有著潛在的危害。

針對上述行業現狀，項目完成單位利用高鎂石灰石及多種工業固廢，采用單形重心設計開展了環保型摻合料系統研究及生產應用，研究了高鎂廢石與其他輔助膠凝材料復摻條件下混凝土的耐久性能，獲得了高鎂石粉的安全使用范圍，建設環保型復合摻合料生產線，開展了高鎂復合摻合料配置混凝土的高遠程泵送研究并進行了工程示范。

▲廣西華潤紅水河水泥有限公司年產60萬噸環保摻合料生產線

主要創新點

1.采用單形重心的方法，利用不同比表面積及摻量的高鎂廢石粉與不同固廢進行設計，最終得到了配方設計方程式，配制出較佳性能的摻合料；

2.采用了高鎂石灰石粉（比表面積為500-950m2/kg）及其他膠凝材料體系系統，研究了其協同效應及安全使用范圍，最終畫出了高鎂石灰石粉與其他摻合料體系的性能等值線圖，為膠凝材料的配合比設計提供理論參考；

3.開發及生產的摻合料配制不同強度等級（C30-C100）、不同工作性的混凝土，對不同泵送速度和不同管徑條件下、在不同部位的管道內部壓力進行了系統研究，同時采用不同形式的流變儀同步測定混凝土拌合物的流變性能，系統全面地開展混凝土流變與泵送性能的足尺模擬試驗研究。

▲單形重心設計性能等值線圖，可據需求快速輸出配方

應用效果

本項目獲得了關于高鎂廢石的3項發明專利授權，包括“高鎂廢石粉基復合礦物摻合料及在中等強度混凝土中的應用”（CN104909592B），“高鎂廢石粉基復合礦物摻合料及在高強度混凝土中的應用”（CN104909594B）以及“高鎂廢石粉基復合礦物摻合料及在低強度混凝土中的應用”（CN104909593B）。

▲本項目科研成果（發明專利授權）

本發明專利提供一種高鎂廢石（氧化鎂含量3.5~12.6%）利用的有效新途徑，創新地改變了傳統水泥企業對高鎂廢石的使用限制觀念，顯著提高高鎂廢石的利用率，變廢為寶，能緩解廢石堆埋等對環境造成的危害；同時采用濕排灰、錳渣、爐底渣、鋼渣等工業廢渣與高鎂廢石或石灰石共同粉磨，消耗了大量工業廢渣，具有明顯的經濟效益、社會效益及環境效益。

本項目科研成果——環保摻合料參與完成了“十三五”重點科技研發計劃項目“高抗裂預拌混凝土關鍵材料及制備技術”中的“1000米水平盤管混凝土模擬泵送試驗”。目前，已形成了可泵性評價方法理論，完成了高遠程示范工程應用工作，同時也驗證了生產的高鎂廢石粉基復合摻合料及滿足配置C100及更高性能的超遠程泵送要求，掌握了配套技術。本技術產品已銷往了南寧、貴港、賓陽等地，積累了生產經驗，技術也復制至華潤水泥其他基地。近三年，項目產生的直接經濟效益為新增銷售額2264萬元（未含自用部分），新增利潤1571萬元，新增稅收663萬元，節支總額1670萬元。近3年累計減少CO2排放28萬噸。

▲華潤水泥（富川）有限公司年產28萬噸環保摻合料生產線

▲產品應用于十三五國家重點研發項目“高抗裂預拌混凝土關鍵材料及制備技術”子課題“混凝土泵送盤管試驗及高遠程泵送示范”

企業介紹

華潤水泥技術研發（廣西）有限公司是華潤水泥投資有限公司旗下的全資子公司。華潤水泥控股有限公司成立于2003年，是央企華潤集團旗下香港上市公司。公司是華南地區頗具規模及競爭力的水泥、熟料和混凝土生產商,位列中國水泥協會“中國水泥上市公司綜合實力排名”第四位，并列入恒生綜合指數、恒生中資企業指數、HangSeng China High Dividend Yield Index、恒生綜合行業指數(地產建筑業)、恒生綜合中型股指數5個指數。公司業務聚焦基礎建材（水泥、骨料）、結構建材（混凝土、裝配式建筑）、功能建材（人造石材、瓷磚膠、白水泥）和新材料（鈣基、硅基、玄武巖）領域，并充分發揮各業務間協同優勢，持續優化產業鏈布局，推動企業轉型創新，促進行業高質量及可持續發展。

華潤水泥技術研發（廣西）有限公司領導高度重視，利用集團公司現有技術力量，積極整合相關資源，于2013年5月成立華潤水泥技術研發（廣西）有限公司，投資總額285.8萬美元。公司經營范圍為水泥、混凝土生產技術的研發及銷售，水泥助磨劑及相關產品的研發、生產及銷售，摻合料的研發、生產及銷售，機械備件、配件的生產及銷售，專利技術轉讓的生產及銷售，提供相關技術咨詢、技術服務。公司通過了廣西水泥研發中心、廣西水泥工業節能及綜合利用工程技術研究中心（廣西工程技術研究中心）、廣西自治區級研發中心及高新技術企業認定。現有員工70人，教授級高級工程師4人，博士12人，碩士及以上學歷44人，黨員比例48%。華潤水泥在廣州、南寧各有一個研發實驗室，總占地面積10000多m2，儀器設備總值超過3000萬元，配置達到了行業先進水平。

公司多年來與清華大學、山東大學、湖南大學、華南理工大學、中南大學、武漢理工大學、廣西大學、桂林理工大學、中國建筑材料研究總院、中國建筑科學研究總院、中材研究總院等均建立了長期的產-學-研-用合作關系，已參與完成多個專項科研項目。