《废旧混凝土再生利用关键技术及工程应用》

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据中国混凝土与水泥制品协会统计,中国2016年商品混凝土(简称砼)产量约18亿立方米(约占全球的50%),资源消耗巨大;同时每年产生废旧砼2亿吨以上,弃置填埋占用大量土地且严重破坏生态环境,成为制约中国可持续发展的瓶颈,也是一个世界性难题。课题组在国家杰出青年科学基金项目、国家科技支撑计划课题等资助下,创新性地提出了解决该难题的新思想、新技术、新标准并广泛应用,开辟了废旧砼资源化利用的新道路。

思路创新:为从根本上突破废旧砼利用效率偏低的困境,提出了大尺度再生块体与小尺度再生骨料双轨循环利用思想,块体尺度(60〜300mm)较传统再生骨料(0.075~31.5mm)提升1〜2个数量级,处理能耗降低40%~60%,再生块体砼的水泥用量比常规砼节省约30%;提出了再生块体砼的强化策略,使低强度废旧砼的应用范围大幅拓展,当废旧砼强度仅20MPa时,可实现再生块体砼组合强度50~70MPa;提出了再生块体砼的组合力学参数概念,构建了不同组合力学指标的计算公式,解决了其结构设计中最具共性特征的技术难题;提出了再生卵石骨料砼与再生碎石骨料砼并行利用思路,发现前者力学性能并不低于后者,颠覆了此前人们的认识,突破了前者应用的技术障碍。

技术创新:为彻底扭转废旧砼利用主要局限于工程次要部位的尴尬局面,研发了梁、板、柱、墙、节点等再生块体砼结构构件系列,系统揭示了再生块体砼的拉、压、剪、徐变、疲劳、冻融、高温、尺寸效应、形状效应等基本性能,发现再生块体砼的新、旧界面并非薄弱部位,展示了再生块体砼构件优良的力学性能和抗震、耐火性能,建立了相应的设计方法;提出了再生块体砼构件的高效施工工艺,确定了块体的单次最大允许堆放高度和优化取代率范围,比既有方法提高施工效率1~2倍;系统揭示了型钢/钢管再生骨料砼构件的力学行为及抗震性能,为重载结构采用再生骨料砼提供了重要技术支撑。

标准创新:为彻底改变废旧砼利用无章可循的混乱局面,制定了系列技术标准。主编国际上首部再生块体砼结构技术标准,为其推广应用奠定了坚实基础;主编再生粗骨料国家标准,首次规定了其技术要求和检验规则,彻底改变了其质量依据缺失的局面,填补了国内空白;主编再生骨料应用技术的行业标准,对不同品质再生骨料的工程应用提供了系统技术规定,显著促进了中国再生骨料及其衍生品的推广应用;主编再生骨料砼耐久性标准,对有效控制其耐久性做出了系统技术规定,首次回答了其耐久性评价问题。

授权专利30件(美国1件/发明19件/实用新型10件),通过国际PCT专利审查3件;主编国标1部/行标3部/CECS及省标2部;发表论文130篇,出版专著1部。实现了国际上再生块体砼结构的首例工程应用,成果在广东、河南、江苏、广西、甘肃等十余省包括中建三局、保利房地产公司、中铁房地产公司、贵州建工集团的近百项实际工程中得到应用,经济环境综合效益显著。

获2016年教育部科技进步一等奖和2017年第22届全国发明展览会金奖。

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