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2020年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)

混凝土科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?技術(shù)革新類

獲獎(jiǎng)項(xiàng)目展示

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(xué)

主要完成人：趙魯卿、王宗森、于峰、郭衛(wèi)東、陳忠華

項(xiàng)目概況

鐵尾礦是選礦后的廢棄物，其堆存不僅占用大量土地，同時(shí)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(xué)性能與天然砂接近，可替代天然砂作為細(xì)骨料在砂漿和混凝土中使用，已經(jīng)取得了不錯(cuò)的效果。鐵尾礦砂除了可以用作細(xì)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(xiàng)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(xì)骨料，并利用氫氧化鈉和石膏對膠凝材料進(jìn)行復(fù)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(jià)，而且有效緩解礦渣微粉聚合速度過快、收縮大等問題。同時(shí)由于復(fù)合激發(fā)作用，可進(jìn)一步提高膠凝組份的火山灰活性和早期強(qiáng)度。

本項(xiàng)目主要科技內(nèi)容包括：（1）開展井下充填膠凝材料激發(fā)劑篩選試驗(yàn)研究，確定激發(fā)劑種類及最佳設(shè)計(jì)配比，給出井下充填膠凝材料各組分的合理取值范圍，結(jié)合大型礦井充填的技術(shù)特點(diǎn)與實(shí)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(qiáng)度試驗(yàn)研究，探究粗鋼渣摻量、堆積體密實(shí)度、全固廢混合粗骨料井下充填體抗壓強(qiáng)度之間的相互關(guān)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(qiáng)度與耐久性能試驗(yàn)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(jié)硬化和水化作用機(jī)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(dòng)、流變性能試驗(yàn)研究，探究膠砂比、料漿質(zhì)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(zhì)量濃度的相關(guān)關(guān)系。

綜上所述，本項(xiàng)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(jié)時(shí)間、力學(xué)性能的影響規(guī)律，并提出充填體強(qiáng)度的計(jì)算公式，建立充填料漿管道輸送關(guān)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(shí)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(chǎn)300萬噸配套的充填站

2. 在上述制備的膠凝材料基礎(chǔ)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(xì)骨料井下充填體，構(gòu)建全固廢混合骨料井下充填體強(qiáng)度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)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(yàn)研究與有限元分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場試驗(yàn)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(dǎo)充填管道的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，對全固廢混合骨料井下充填體的工業(yè)化應(yīng)用提供合理化建議。

為了保證項(xiàng)目成果能得到較好的推廣，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際情況，項(xiàng)目推廣具體分為三個(gè)階段：

試點(diǎn)推廣階段。對安徽馬鞍山某鐵礦山進(jìn)行充填試驗(yàn)研究，并總結(jié)充填過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)方法。

批量生產(chǎn)階段。在試點(diǎn)推廣的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山充填后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，在分析得到較好的試驗(yàn)結(jié)果后，批量生產(chǎn)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(xiàng)目產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。

大面積推廣階段。在全國范圍內(nèi)進(jìn)行全方面、多層面的實(shí)施推廣。對各充填點(diǎn)的充填進(jìn)程、典型案例、出現(xiàn)問題及原因等進(jìn)行總結(jié)、分析和集體討論。對大面積推廣取得的成果進(jìn)行評(píng)估、深化推廣。

本項(xiàng)目的研究成果為大型、復(fù)雜礦山充填工程提供一種新的充填技術(shù)，在馬鞍山及周邊地區(qū)的10余個(gè)礦山充填中得到應(yīng)用。該新型井下充填體的制備與應(yīng)用研究適應(yīng)我國固廢循環(huán)利用和污染協(xié)同控制理論體系，有力促進(jìn)系統(tǒng)成套的固廢資源化利用技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)化應(yīng)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(shè)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?；郀t礦渣深加工及貿(mào)易的現(xiàn)代化綠色環(huán)保高新技術(shù)企業(yè)。

經(jīng)過10多年的發(fā)展，目前公司年產(chǎn)能420萬噸，已經(jīng)形成粒化高爐礦渣、礦渣微粉、井下礦山充填專用固結(jié)劑、鐵粒等四大系列產(chǎn)品。公司生產(chǎn)的S95級(jí)粒化高爐礦渣微粉是一種優(yōu)質(zhì)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(jié)合力強(qiáng)，后期強(qiáng)度高等特點(diǎn)。礦渣微粉作為一種新型綠色環(huán)保產(chǎn)品，大量節(jié)約不可再生資源，有效保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用，市場前景十分廣闊。

公司采用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)生產(chǎn)的馬嘉固結(jié)劑是一種無熟料、低能耗、和易性能好，膠結(jié)性能強(qiáng)的綠色節(jié)能環(huán)保膠凝材料，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)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(jié)充填。用馬嘉固結(jié)劑作為膠凝材料的充填體后期強(qiáng)度增長穩(wěn)定，干縮量小，充填體接頂性好。

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