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【技術革新類】三等獎：超高性能超大體積井下充填用膠凝材料制備技術及應用
2021年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎已經啟動，歡迎業(yè)內企事業(yè)單位及從業(yè)人員，持續(xù)關注協會官方公眾號【混凝土科技獎】的相關信息。
2020年度中國混凝土與水泥制品協會
混凝土科學技術獎?技術革新類
獲獎項目展示
2020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2020年6月啟動，至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目61項。經過專家評審委員會的初評及終評，共計39個項目獲獎，包括一等獎2項、二等獎15項、三等獎22項，其中“科技進步類”13項、“基礎理論類”2項、“技術革新類”24項。
主要完成單位：安徽馬鋼嘉華新型建材有限公司、安徽工業(yè)大學鐵尾礦是選礦后的廢棄物，其堆存不僅占用大量土地，同時在暴雨極端天氣下極易引發(fā)泥石流，誘發(fā)崩塌，污染地下水源。因此，如何合理利用鐵尾礦，是我們急需解決的問題。鐵尾礦砂作為鐵尾礦廢棄物的主要成分，其物理形態(tài)和力學性能與天然砂接近，可替代天然砂作為細骨料在砂漿和混凝土中使用，已經取得了不錯的效果。鐵尾礦砂除了可以用作細骨料外，粒徑較小的鐵尾礦粉還可用于制備充填膠凝材料。
為充分利用鐵尾礦粉、脫硫灰渣等具有潛在膠凝性能的固體廢棄物，本項目采用鐵尾礦粉、脫硫灰渣和礦渣微粉作為膠凝組份，選用鐵尾礦砂、鋼渣砂作為細骨料，并利用氫氧化鈉和石膏對膠凝材料進行復合激發(fā)，開發(fā)制備成本低、性能高以及體積大的井下充填用新型膠凝材料。在該膠凝材料中，鐵尾礦粉、脫硫灰渣作為膠凝材料不僅可以降低工程造價，而且有效緩解礦渣微粉聚合速度過快、收縮大等問題。同時由于復合激發(fā)作用，可進一步提高膠凝組份的火山灰活性和早期強度。
本項目主要科技內容包括：（1）開展井下充填膠凝材料激發(fā)劑篩選試驗研究，確定激發(fā)劑種類及最佳設計配比，給出井下充填膠凝材料各組分的合理取值范圍，結合大型礦井充填的技術特點與實際需求，制備超大體積超高性能全固廢井下充填膠凝材料；（2）開展鐵尾礦砂-粗鋼渣混合粗骨料井下充填體強度試驗研究，探究粗鋼渣摻量、堆積體密實度、全固廢混合粗骨料井下充填體抗壓強度之間的相互關系，確定粗鋼渣摻量的合理取值范圍；（3）開展超大體積超高性能全固廢混合骨料井下充填體強度與耐久性能試驗研究，分析齡期、溫度對其性能的影響，采用SEM、XRD和MIP等手段表征全固廢混合骨料井下充填體的微觀特性，揭示其凝結硬化和水化作用機理；（4）開展超大體積超高性能全固廢混合骨料井下充填體流動、流變性能試驗研究，探究膠砂比、料漿質量濃度對全固廢混合骨料井下充填體管輸特性的影響規(guī)律，建立泌水率與膠砂比、料漿質量濃度的相關關系。
綜上所述，本項目開展超高性能超大體積井下充填用膠凝材料的制備及性能研究，探討鐵尾礦粉摻量、脫硫灰渣摻量、氫氧化鈉摻量、石膏摻量、膠砂比和鋼渣砂摻量對礦山充填膠凝材料凝結時間、力學性能的影響規(guī)律，并提出充填體強度的計算公式，建立充填料漿管道輸送關系模型。本文研究不僅解決了鐵尾礦、脫硫灰渣大量堆積的問題，同時對提高鐵尾礦、脫硫灰渣資源化利用率，緩解對周邊環(huán)境的污染和破壞有重要意義。
年產300萬噸配套的充填站2. 在上述制備的膠凝材料基礎上，配制滿足大型井下充填要求的鐵尾礦砂-粗鋼渣混合粗骨料井下充填體與鐵尾礦砂-鋼渣砂混合細骨料井下充填體，構建全固廢混合骨料井下充填體強度的BP神經網絡預測模型與配比優(yōu)化模型，確定全固廢混合骨料井下充填體材料組分的最優(yōu)配合比；
3. 在上述試驗研究與有限元分析的基礎上，進一步結合工業(yè)現場試驗研究，優(yōu)化全固廢混合骨料井下充填體的充填施工工藝，指導充填管道的設計與生產，對全固廢混合骨料井下充填體的工業(yè)化應用提供合理化建議。
為了保證項目成果能得到較好的推廣，結合產品實際情況，項目推廣具體分為三個階段：
試點推廣階段。對安徽馬鞍山某鐵礦山進行充填試驗研究，并總結充填過程中試驗數據和經驗方法。
批量生產階段。在試點推廣的基礎上，結合礦山充填后的數據進行分析和研究，在分析得到較好的試驗結果后，批量生產一定量的超高性能超大體積井下充填膠凝材料，為下一階段大面積推廣項目產品打下基礎。
大面積推廣階段。在全國范圍內進行全方面、多層面的實施推廣。對各充填點的充填進程、典型案例、出現問題及原因等進行總結、分析和集體討論。對大面積推廣取得的成果進行評估、深化推廣。
本項目的研究成果為大型、復雜礦山充填工程提供一種新的充填技術，在馬鞍山及周邊地區(qū)的10余個礦山充填中得到應用。該新型井下充填體的制備與應用研究適應我國固廢循環(huán)利用和污染協同控制理論體系，有力促進系統(tǒng)成套的固廢資源化利用技術的發(fā)展與工業(yè)化應用的推廣，為大幅度提高我國資源利用效率，支撐生態(tài)文明建設提供科技保障。
安徽馬鋼嘉華新型建材有限公司位于長江人頭磯港區(qū)，是中國寶武環(huán)境資源科技有限公司旗下專業(yè)從事粒化高爐礦渣深加工及貿易的現代化綠色環(huán)保高新技術企業(yè)。
經過10多年的發(fā)展，目前公司年產能420萬噸，已經形成?；郀t礦渣、礦渣微粉、井下礦山充填專用固結劑、鐵粒等四大系列產品。公司生產的S95級?；郀t礦渣微粉是一種優(yōu)質的混凝土摻合料和水泥混合材料，摻有高爐礦渣微粉的混凝土具有水化熱低，抗侵蝕，抗微縮，與鋼筋的結合力強，后期強度高等特點。礦渣微粉作為一種新型綠色環(huán)保產品，大量節(jié)約不可再生資源，有效保護了生態(tài)環(huán)境，在國內外都得到了廣泛的應用，市場前景十分廣闊。
公司采用擁有自主知識產權的高新技術生產的馬嘉固結劑是一種無熟料、低能耗、和易性能好，膠結性能強的綠色節(jié)能環(huán)保膠凝材料，產品可廣泛應用于鐵礦、銅礦、鉛鋅礦和煤礦等金屬、非金屬井下礦山的膠結充填。用馬嘉固結劑作為膠凝材料的充填體后期強度增長穩(wěn)定，干縮量小，充填體接頂性好。
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