环境保护与资源综合利用技术

铁尾矿、煤矸石、钢渣、建筑垃圾等是工业生产活动中产生的产量较大几类主要固体废物，但其综合利用率不到60%。随着2020年修订的《固体废物污染环境防治法》（即新《固废法》）的实施，以及“无废城市”试点建设工作的展开，工业固体废物处理利用产业正在向多途径、高附加值、综合利用的新格局快速发展。本项目选用铁尾矿、钢渣、煤矸石、再生砖骨料/混凝土骨料等为主要研究对象，对原材料的基本物理、化学性能进行测试分析。（1）通过对铁尾矿中4种常见的富含SiO2矿物的蒸压反应行为的研究，得出复杂尾矿体系在蒸压反应条件下物理、化学变化规律和物相演变规律，实现尾矿混凝土生产中对料浆稠化速度、发气速度、发气高度调控，建立尾矿的本质特征与目标材料应用性能的有机联系。基于对铁尾矿中常见富含SiO2矿物的蒸压反应规律研究的基础上，研发无水泥尾矿、废石蒸压砖制品，建立了尾矿、废石本质特征与应用物理力学性能的有机联系，降低CO2的排放，同时解决部分地区砂子和粉煤灰不足的现状，对PM2.5的产生起到源头控制的作用。（2）研究不同种类的助磨剂对钢渣的物理激发的影响，确定最佳的助磨剂及其掺入量，分析其作用机理；研究不同组分的激发剂按不同比例掺入钢渣后的微观性能和其作用机理，揭示钢渣胶砂宏观强度和微观性能之间的联系；研究CO2浓度、压力、温度、时间等因素对钢渣水泥基及其复合钢渣骨料混凝土材料的性能的影响规律，揭示其微观产物及微观结构的变化机理，建立钢渣混凝土体积稳定性的最佳碳化条件；研究以钢渣骨料、煤矸石骨料制备全固废透水混凝土的配合比设计方法，揭示骨料掺量、骨料粒径、骨胶比等因素对透水混凝土性能的影响规律，研究煤矸石骨料透水混凝土、钢渣透水混凝土的最佳配合比、抗压强度、透水系数、耐久性等力学性能，建立适用于透水路面工程的施工工艺标准。（3）研究再生细骨料、粗骨料（废弃混凝土骨料、废弃砖骨料）在腐蚀环境下的砂浆及混凝土界面过渡区、新旧水泥基石的孔结构、腐蚀产物的变化规律，确定其各物相的力学性能、界面过渡区和新旧水泥基石的体积分数及其界面厚度，基于微观各物相的力学性能，建立跨尺度的腐蚀后砂浆和再生混凝土的弹性模量预测模型；建立缩尺的再生砖砌体砖混结构住宅房屋模型进行多种工况的振动台试验研究和分析，研究模型在不同地震和烈度下的破坏机理和形式，测试各楼层相对底层的最大位移和位移时程曲线，评估结构的变形能力和抗震性能。

（1）铁尾矿蒸压材料的研究实现技术建材化规模化应用，取得显著经济效益。基于863项目建成铁尾矿生产加气混凝土年产30万立方米生产线2条（灵丘豪洋、首钢迁安），年产60万立方米生产线条（遵化），其中迁安和遵化两条生产线尾矿代替硅砂率达到100%；建成铜尾矿生产加气混凝土年产20万立方米生产线1条（承德），铜尾矿代替硅砂率≥50%；在年生产10万立方米生产线上完成金尾矿生产加气混凝土的工业试验（招远），尾矿代替硅砂率达到100%。加气混凝土达到《GB11968-2006蒸压加气混凝土砌块》B06级合格品指标。完成560根Ⅲa C80全尾矿废石骨料高性能预应力混凝土铁路轨枕的中试，所制备的全尾矿废石混凝土高强结构材料尾矿废石代替天然砂石率达到100%。抗压强度(28d)88.4MPa；抗折强度(28d)8.3MPa；劈裂抗拉强度(28d)6.2MPa；抗氯离子渗透性(28d)(电通量法)90C； KS150抗硫酸盐结晶破坏耐蚀系数84.3%，F300冻融循环质量损失率0.48%；碳化深度(28d)0 mm。C60全尾矿废石骨料高性能预应力混凝土铁路轨枕实现工业生产。并将部分技术应用到预应力混凝土管桩和预拌泵送混凝土。铁尾矿制备高速铁路功能型构件用纤维增强型砂浆制品技术，完成1000平方米的中试，铁尾矿纤维增强砂浆制品中尾矿代替天然砂石率达到100%；抗压强度大于130MPa；抗氯离子渗透性(C)≤500，抗冻性大于F500。（2）钢渣、煤矸石透水混凝土及其工程应用技术的规模化应用。钢渣、煤矸石透水混凝土的配合比设计及力学性能研究，混凝土强度等级≥C25，孔隙率≥10%，透水系数≥5mm/s；煤矸石二灰混合料的工程应用达到1-2个；煤矸石、钢渣、粉煤灰、矿粉等固废混合料能够在路面基层、场地回填等工程中应用，每年带来直接经济效益达500万元，占工程总造价的20%，效益可观。（3）再生砖骨料、再生混凝土骨料混凝土的微观力学性能及其制品的工程应用技术。课题的研究不仅可以获得高品质的再生粗骨料，有助于扩大再生粗骨料的工程实际应用范围，也可以解决建筑垃圾随意堆存带来的占用土地和污染周边环境等问题，还可以为天然资源日趋紧张的建材工业提供充足的砂石替代资源，对再生粗骨料的生产与工程实际应用、建材行业的可持续发展均具有非常重要的意义，也响应了我国可持续发展的基本国策。