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1、LOGO河南省废物利用技术与装备工程研究中心河南省废物利用技术与装备工程研究中心 2020年,河南省发改委批准建设 华北水利水电大学和郑州鼎盛工程技术有限公司共建 发展目标:根据国家生态文明建设的重大战略需求,在国家及我省产业政策支持下,突破固体废弃物资源化高效利用关键技术和核心装备,实现工程产业化推广应用LOGO 省部级科技进步奖贰等奖2项 厅级科技进步奖一等奖2项 省优秀学术论文奖2项 专著2部 发明专利6项 SCI、EI收录期刊论文5篇相关成果相关成果01020304研究背景研究背景再生微粉制备再生微粉制备生态低碳水泥配方优化生态低碳水泥配方优化混凝土性能研究混凝土性能研究CONTENT
2、05工程应用工程应用01研究背景LOGO1.1.研究背景研究背景 2018年全国建筑垃圾产生量达到17亿吨,2020年预计突破30亿吨 建筑垃圾约占城市固体废物总量的40%,已成为我国城市单一品种排放数量最大、最集中的固体垃圾 2018年建筑垃圾资源化量为1.3亿吨,资源化利用率不足10%,远低于欧美国家的90%和日韩的95%特点:建筑垃圾存量大、增长快、地域分布不平衡,资源化利用率低 我国建筑垃圾主要采取外运、填埋和露天堆放等方式处理,危害生态环境和人民健康0 03 36 69 9820062006200720072008200820092009201020102011
3、2000001720182018产生量产生量/亿吨亿吨年份年份LOGO1.1.研究背景研究背景 十九大:建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计,必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,要加强固体废弃物和垃圾处置 循环经济发展战略及近期行动计划(国发20135号):推进建筑废物资源化利用,推进建筑废物集中处理、分级利用,生产高性能再生混凝土、混凝土砌块等建材产品 循环发展引领行动(14个部委,2017年):到2020年,城市建筑垃圾资源化处理率达到13%LOGO1.1.研究背景研究背景 碱激发胶凝材料(A
4、lkali Activated Materials):是由具有火山灰性或潜在水硬性原料与碱性激发剂反应生成的一类新型无机胶凝材料 与硅酸盐相比,具有相似的性能,其固废资源利用率高(90%以上),CO2排放大幅减少(降低80%以上),低能耗(降低70%以上),低自然资源消耗(降低85%以上)碱激发胶凝材料的推广应用有利于实现我国2060年碳中和的承诺 低碳水泥被科学美国人评为2020年十大新兴技术之一,可帮助应对气候变化 固废资源化属于国家战略性新兴产业02再生微粉制备LOGO2.2.再生微粉制备再生微粉制备 制备工艺颚式破碎对辊破碎球磨再生微粉分选LOGO2.2.再生微粉制备再生微粉制备 活性
5、分析废红砖粉废混凝土粉废红砖粉和废混凝土粉比表面积增加,活性指数增加。7d活性指数在7080%之间,28d活性指数在8090%之间,与粉煤灰相近。LOGO2.2.再生微粉制备再生微粉制备 物相分析废红砖粉废红砖粉废混凝土粉废混凝土粉再生微粉中主要晶相均为石英。其中废红砖粉中石英相主要源自粘土矿物,废混凝土粉中石英相则主要来源于废弃混凝土中的砂。LOGO3.3.生态低碳水泥配方优化生态低碳水泥配方优化烘干前烘干后 避免泛霜问题避免泛霜问题(激发剂:氢氧化物+副产品石膏)LOGO3.3.生态低碳水泥配方优化生态低碳水泥配方优化 降低成本降低成本l 绝大部分方案都能达到32.5或42.5强度等级。l
6、 碱激发胶凝材料成本在200320元/吨,显著低于硅酸盐水泥(400-500元/吨)。l 性价比=抗压强度/胶凝材料成本,碱激发胶凝材料的性价比比PO42.5水泥提高30%以上。LOGO3.3.生态低碳水泥配方优化生态低碳水泥配方优化 XRDXRD分析分析反应生成了大量的碱金属铝硅酸盐凝胶、C-A-S-H凝胶、C-N-A-S-H凝胶、低碱C-S-H以及类沸石、托勃莫来石等晶体矿物。配方配方1 1的的XRDXRD图谱图谱 配方配方2 2的的XRDXRD图谱图谱LOGO3.3.生态低碳水泥配方优化生态低碳水泥配方优化 SEM与EDS分析 配方1的SEM图 配方2的SEM图 配方1的EDS分析 配方
7、2的EDS分析04混凝土性能研究LOGO4.4.混凝土性能研究混凝土性能研究 强度强度方案1的混凝土抗压强度 方案2的混凝土抗压强度20304050600.320.340.360.380.40.420.440.460.48抗压强度/Mpa水胶比3d抗压强度7d抗压强度28d抗压强度00.250.30.350.40.450.50.55抗压强度/MPa水胶比3d抗压强度7d抗压强度28d抗压强度LOGO4.4.混凝土性能研究混凝土性能研究 抗硫酸盐侵蚀不同循环次数下的质量变化率抗压强度耐腐蚀系数随着干湿循环次数的增加,两个配方下的混凝土的质量变化率和抗压强度耐蚀系数都是先稍微
8、增加、后下降的趋势。当干湿循环次数达到150 次时,抗压强度耐蚀系数均大于75%,具有比较好的抗硫酸盐侵蚀性能。LOGO4.4.混凝土性能研究混凝土性能研究 抗冻性混凝土具有较好的抗冻性能,抗冻等级大于F125。混凝土的质量损失率混凝土的相对动弹性模量LOGO4.4.混凝土性能研究混凝土性能研究 抗渗性混凝土密实度高,具有较好的抗渗性能。序号123456均值水痕高度均值(cm)3.23.33.23.43.23.33.3相对抗渗系数(10-6cm/h)0.5330.5560.5330.5910.5330.5560.550序号123456均值水痕高度均值(cm)3.23.13.23.33.23.1
9、3.2相对抗渗系数(10-6cm/h)0.5330.5000.5330.5560.5330.5000.528方案1的混凝土抗渗性能方案2的混凝土抗渗性能05工程应用LOGO5.5.工程应用工程应用 修筑路面l 固体废弃物:废混凝土粉、废红砖粉、矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏l 激发剂:前述激发剂l 骨料:人工砂、碎石l 减水剂:聚羧酸系和萘系l 用水量:170-190kg/m3l 固废用量:420-500kg/m3l 砂率:36%-40%l 混凝土坍落度:120-200mml 凝结时间:5-10hl 抗压强度:30-50MPaLOGO5.5.工程应用工程应用 修筑路面贵州省黔南州委书记参观第四届全国
10、建筑固废资源化综合利用经验交流会专家考察LOGO5.5.工程应用工程应用 免烧实心砖生产l 砖机类型:免托板渣土砖机l 振动频率:2800-3400r/min(变频可调)35-60Hzl 激振力:180-270kNl 额定工作压力:12-25MPal 免烧砖规格为标砖,尺寸为240mm115mm53mmLOGO5.5.工程应用工程应用 免烧实心砖生产序号序号胶凝材料占比胶凝材料占比/%/%砂合土砂合土/kg/kg干密度干密度/(kgm/(kgm-3-3)3d3d抗压强度抗压强度/MPa/MPa7d7d抗压强度抗压强度/MPa/MPa28d28d抗压强抗压强度度/MPa/MPa1 1813822
11、0018.3120.2723.852 2.7724.1230.913 315127.5223023.3225.7333.03使用方案1的配比与性能序号序号胶凝材料占比胶凝材料占比/%/%砂合土砂合土/kg/kg干密度干密度/(kgm/(kgm-3-3)3d3d抗压强度抗压强度/MPa/MPa7d7d抗压强度抗压强度/MPa/MPa28d28d抗压强抗压强度度/MPa/MPa4 4.0220.3929.135 515127.5221018.2521.8531.21使用方案2的配比与性能LOGO5.5.工程应用工程应用 工程注浆或采空区回填工程注浆或采空
12、区回填l 公路非开挖注浆加固0070800.250.30.350.40.450.5抗压强度/MPa水胶比7d28d注浆材料流动度小于20s,无泌水,凝结时间可调,无收缩。LOGO5.5.工程应用工程应用 工程注浆或采空区回填工程注浆或采空区回填方案3注浆材料18.2712.1410.168.057.30015200.670.8211.221.5马氏漏斗黏度/s抗压强度/MPa水胶比抗压强度马氏漏斗黏度22.8915.1110.938.758.63443432292705101520250.670.8211.221.5马氏漏斗黏度/s抗压强度/MPa水胶比抗压强度马氏漏斗黏度方案4注浆材料l 煤层顶板底板注浆加固马氏漏斗黏度在30-60s,析水率低,结石率高,凝结时间可调,无收缩。LOGO5.5.工程应用工程应用 工程注浆或采空区回填工程注浆或采空区回填024680588抗压强度/MPa再生微粉比例/%7d抗压强度28d抗压强度02468001220334048抗压强度/MPa发泡体积/%7d抗压强度28d抗压强度l 矿山采空区充填流动性大,流动性损失小,稳定性强,析水率低,结石率高,无收缩。